Medidores Portáteis de Acabamento Superficial para Áreas de Difícil Acesso

Escrito por Alexandre Dufour, Diretor de Soluções de Engenharia na Mahr Inc.

Começando há cerca de 30 anos, medidores portáteis de acabamento superficial – alguns pequenos o suficiente para caber no bolso de uma camisa – trouxeram um novo nível de controle de peças para o chão de fábrica. Trazer a inspeção de acabamento superficial para fora do laboratório e para o chão foi importante por alguns motivos. Nos 50 anos anteriores, as tolerâncias dimensionais das peças vinham encolhendo. Como resultado, o acabamento superficial e irregularidades de forma estavam consumindo uma porção cada vez maior da tolerância dimensional geral, uma tendência que continua hoje. Também havia ficado claro que o acabamento superficial desempenhava um papel muito importante no desempenho da peça. As características únicas de uma superfície podiam determinar se a tinta permanecia no lugar, a lubrificação segurava ou vazava, ou quanto "ruído" era produzido quando superfícies se moviam uma contra a outra.

Com localização e fixação adequadas, pequenos medidores portáteis de acabamento superficial podem medir parâmetros de acabamento superficial facilmente, geralmente com o toque de um único botão. Como ferramentas manuais dimensionais, medidores portáteis de acabamento superficial de uso geral fornecem resultados fáceis de usar e confiáveis para muitas aplicações. Simplesmente coloque o medidor do tamanho de um bolso na peça para que seus apoios embutidos o localizem no lugar, pressione um botão, e seus resultados aparecem, prontos para serem comparados aos requisitos.

Mas nem sempre é tão fácil. Parâmetros de acabamento superficial podem ser aplicados a praticamente qualquer superfície em uma peça, desde dentro de um furo pequeno, em uma terra curta, ou ao redor de um furo, a um DE entre duas paredes, ou até mesmo nessas paredes. Frequentemente, um medidor portátil de acabamento superficial padrão simplesmente não funcionará – ou a unidade de acionamento é muito grande, o braço da sonda é muito curto, ou obstruções na própria peça interferem com a colocação do medidor.

Extensões do Braço da Sonda

Uma solução possível é o uso de extensões do braço da sonda, embora estas também tenham seus limites. Adicionar extensões aumenta o peso do braço da sonda. Com sondas patinadas, peso extra pode causar marcas nas superfícies das peças, especialmente com materiais mais macios como alumínio. Além disso, peso adicional pode anular a força da mola do patim quando o medidor é usado em posições diferentes de horizontal. Isso pode fazer a sonda perder contato com a superfície durante a medição, causando resultados de medição errôneos e erros de "fora da faixa de medição". Com sondas sem patim, peso extra do braço da sonda pode causar vibração, que também afeta resultados de medição.

Em geral, extensões de sonda não devem ser mais longas que 100 mm para que a força do patim não exceda 0,6 N. Além disso, a faixa angular do instrumento deve ser mantida dentro de um envelope de 135°, começando a 45° da horizontal até uma posição em que o conjunto da unidade de acionamento esteja voltado para baixo em direção à terra.

Soluções de Engenharia

Quando dispositivos padrão não podem fornecer resultados esperados, uma solução melhor é projetar sob medida, ou engenheirar um medidor para atender à aplicação específica. Isso é especialmente verdadeiro em casos onde há um alto volume de peças e uma exigência de medições rápidas e confiáveis – frequentemente por torneiros semi-qualificados em medição dimensional e de acabamento superficial – para garantir qualidade da peça e eliminar o alto custo de recalls de peças. Gabaritos dedicados ou projetados sob medida são mais rápidos, mais fáceis de usar, e produzem resultados com melhor desempenho e R&R. Com um gabarito dedicado, praticamente qualquer operador pode facilmente inspecionar peças usinadas e tomar decisões quanto à sua qualidade. Eles podem até coletar os resultados para análise e controle de processo.

Para alcançar resultados confiáveis e repetíveis, qualquer medidor de acabamento superficial tem que fazer duas coisas: 1) ele tem que posicionar com precisão o estilete de diamante na ponta do braço da sonda para medir a área de superfície especificada, e 2) ele tem que proteger o braço da sonda e estilete sensíveis de danos durante as operações de medição. Atender a esses requisitos para áreas de superfície de difícil acesso resultou na criação de uma família inteira de gabaritos dedicados, projetados para colocar análise de acabamento superficial rápida e confiável nas mãos de torneiros no ponto de fabricação – frequentemente enquanto a peça ainda está fixada na máquina-ferramenta.

Furos de Cilindro

Furos de cilindro precisam de acabamentos específicos para equilibrar retenção de óleo e movimento axial suave. Eles estavam entre as primeiras aplicações a ter gabaritos dedicados projetados para medir acabamento superficial. Furos vêm em vários tamanhos e podem ser relativamente profundos, alguns até oito polegadas. Desenhos podem especificar profundidades e locais específicos para verificações, e com até 12 cilindros em alguns blocos e quatro na grande maioria de aplicações de alto volume, há muitos furos para medir. Assim, gabaritos precisam ser altamente portáteis e fáceis para o operador alinhar e definir a profundidade. O design também tem que proteger a sonda sensível para que não seja danificada ao levar o gabarito à peça.

O gabarito portátil dedicado de acabamento superficial de furo de cilindro é muito parecido com um gabarito tri-furo expansível. O tri-furo tem uma certa quantidade de ajuste de tamanho, mas pode ser definido para um tamanho específico. Isso permite que ele "trave" no lugar e ajuda a fornecer leituras muito repetíveis sem influência do operador. O dispositivo indicador também é protegido por um mecanismo de transferência para que não haja forças de localização aplicadas a ele quando o gabarito é colocado na peça.

O gabarito de acabamento superficial de furo de cilindro empresta os mesmos princípios. Para dar a ele ajustabilidade para travar em vários tamanhos, placas intercambiáveis são usadas para alcançar a faixa de medição correta para o diâmetro. Configurar o gabarito com o conjunto certo de blocos permite entrada fácil no furo do cilindro, e uma vez no lugar, um cilindro de ar controlado manualmente expande os blocos de dimensionamento para que eles travem o gabarito em posição.

Mas o cilindro do gabarito tem outra função ainda mais crítica. Quando comprimido sem ar aplicado, ele mantém a sonda sensível de acabamento superficial em uma posição retraída. Isso significa que durante a inserção a sonda é protegida dentro do corpo do gabarito. Uma vez que o operador está satisfeito com a localização do gabarito, ele aplica o ar, trava o gabarito em posição e a sonda se estende para que ele possa fazer o teste de superfície. Quando terminado, o ar é liberado, a sonda retrai, e o gabarito se torna livre, permitindo remoção fácil pelo usuário.

Furos Pequenos Obstruídos

Medições de acabamento superficial em guias de válvula de cabeçote de cilindro são especialmente difíceis de realizar devido ao seu tamanho pequeno (6 mm) e localização dentro do cabeçote do cilindro. As medições mais confiáveis são realizadas do "lado da mola" do cabeçote do cilindro, pois estes são mais acessíveis. No entanto, as torres do eixo de comando apresentam um problema, pois se projetam na área onde o sistema de acionamento do gabarito deve ser localizado para medição. Ter um pequeno sistema de acionamento é a melhor solução técnica, pois o sistema de acionamento pode ser colocado entre as torres do eixo de comando. É possível usar um gabarito projetado que elimine estes problemas, já que a unidade de acionamento pode ser colocada perto da localização de medição sem a necessidade de extensões excessivas de sonda de medição e configuração. O operador simplesmente monta o gabarito no DE do guia de válvula e a unidade se encaixa dentro da área a ser medida.

Como o gabarito de cilindro, esta versão de acabamento superficial retrai a sonda até que um mecanismo de transferência mecânica libere a sonda quando o plugue está em sua posição final de medição.

Furos Cegos Profundos

Furos são tipicamente fáceis de realizar medições de acabamento superficial em um ambiente de chão de fábrica. Isso é, claro, se o furo é acessível e a profundidade de medição é mantida no mínimo. Furos de eixo de comando e virabrequim de bloco de motor, no entanto, são frequentemente furos cegos profundos (até 500 mm para a maioria dos motores), e são tão pequenos em diâmetro que uma unidade de acionamento de acabamento superficial típica não caberá dentro para localização adequada para medição.

Tipicamente, a unidade de acionamento de acabamento superficial deve ser mantida externa ao furo e uma longa extensão de sonda de medição usada para alcançar os furos de eixo de comando e virabrequim do meio. No entanto, a solução ideal para realizar tais medições é trazer o sistema de acionamento de medição diretamente para a superfície a ser medida.

Um gabarito dedicado pode posicionar a unidade de acionamento e sonda de medição diretamente sobre a superfície a ser medida sem a necessidade de longas extensões de medição. A unidade de acionamento em si é pequena em diâmetro e pode ser colocada dentro do furo diretamente sobre a localização de medição.

Superfícies Obstruídas

Superfícies planas também são fáceis de medir para acabamento superficial e ondulação no chão de fábrica, desde que a superfície seja grande o suficiente para a colocação do dispositivo de medição e não haja obstruções bloqueando sua direção de medição. Frequentemente, no entanto, obstruções e área de terra mínima proíbem o uso de dispositivos portáteis tradicionais.

Algumas superfícies não apenas têm uma pequena área de terra, mas também têm algumas obstruções na fundição que proíbem o uso de um sistema tradicional de acabamento superficial e ondulação. Normalmente, esta superfície teria que ser medida com um sistema de acionamento mantido fora e longe da peça e uma longa extensão de sonda de medição teria que ser usada para alcançar a superfície.

Um gabarito pode realizar medições de acabamento superficial sem patim no chão de fábrica enquanto mantém a unidade de acionamento sem patim e sonda de medição próximas e sem extensões de sonda. O sistema utiliza um gabarito de template para posicionar a unidade de acionamento sem patim e é ligeiramente elevado para limpar quaisquer obstruções.

Superfícies de Mancal

O acabamento superficial é muito crítico em um virabrequim. Rotando a milhares de RPMs, e com superfícies de mancal e virabrequim e suas faces de encosto em contato metal-metal, há tremendo potencial para desgaste. O acabamento superficial ajuda a determinar a vida útil destes produtos.

Um conceito similar a um gabarito snap é usado ao medir acabamento superficial em mancais de virabrequim. O gabarito de acabamento superficial tem que ser ajustável para vários tamanhos, tem que travar no lugar, e proteger a sonda.

Operado a ar, um gabarito dedicado de acabamento de mancal permite que usuários definam as mandíbulas de travamento para o tamanho aproximado. Com atuação manual de ar, o gabarito se trava em posição e libera a sonda para contactar a peça. Como com todos estes gabaritos, a sonda não faz contato a menos que o gabarito esteja totalmente travado em posição. A diferença chave com este gabarito é que ele tem uma operação de sonda transversal para que a sonda se mova horizontalmente ao longo da coroa da peça.

Tão importantes quanto os mancais de mancal e virabrequim são as faces de encosto contra as quais eles rodam. Outro conceito de gabarito snap é usado para posicionar a sonda de acabamento superficial aqui, e com os mesmos pensamentos em mente: fácil de usar, sem influência do operador, e posicionamento protegido da sonda.

Publicado Anteriormente na Quality Magazine.