5 coisas que você precisa saber sobre concentricidade OD/ID

Como verificar a concentricidade de dois diâmetros (e outros fatores no fornecimento de tubos)

A questão de como verificar a concentricidade de dois diâmetros muitas vezes surge no fornecimento de tubos. Envolve determinar a espessura da parede - a medida entre o diâmetro externo (OD) e o diâmetro interno (ID) de um tubo - em diferentes pontos para ver quão constante é em relação a um eixo central.

O desafio está em estabelecer um eixo teórico central que sirva de ponto de referência (eixo datum). Isso pode tornar a concentricidade perfeita quase tão difícil de medir quanto de alcançar.

E é por isso que é inteligente manter as seguintes coisas em mente antes de especificar medições de diâmetro externo e diâmetro interno da tubulação com requisitos de concentricidade.

1. O que é concentricidade?

Entre as tolerâncias GD&T, concentricidade é complexo — uma espécie de “simetria circular” usada para estabelecer uma zona de tolerância para os pontos medianos de uma parte cilíndrica ou esférica.

Qual é a diferença entre cilindricidade e concentricidade? Enquanto a cilindricidade é um indicador de circularidade e retidão ao longo de todo o eixo de uma peça 3D, a concentricidade compara um OD e um ID ou compara a circularidade em dois pontos diferentes.

Às vezes chamado de coaxialidade , a concentricidade GD&T “controla o eixo central do recurso referenciado, para um eixo de referência” de acordo com o site GD&T Basics.

De forma mais simples, você pode definir a concentricidade como uma medida da constância da espessura da parede de um tubo, cano ou outro cilindro. Assim, a concentricidade controla um eixo central que é derivado dos pontos medianos da peça, medidos em seções transversais.

Isso significa que se a concentricidade fosse “perfeita”, a espessura da parede entre o OD e o DI seria a mesma em cada seção transversal, em todos os pontos ao redor do diâmetro do tubo.

O que torna a concentricidade um recurso tão complexo?

A concentricidade da tubulação depende de medições de um eixo derivado em oposição a uma superfície tangível. Em outras palavras, ele cria uma zona de tolerância cilíndrica 3D teórica em que todos os pontos medianos derivados do tubo devem cair.

É exatamente por isso que a concentricidade geralmente é reservada para peças de alta precisão onde há uma necessidade crítica de controlar esses pontos medianos.

O que é excentricidade versus concentricidade?

Quando você tem variações na espessura da parede de um tubo, você tem um excêntrico tubo — aquele em que o centro do círculo formado pelo OD está em um ponto diferente do centro do círculo formado pelo ID. (Em outras palavras, os dois círculos não são concêntricos .)

Excentricidade é medido olhando para uma seção transversal para determinar as dimensões mínima e máxima da parede de um tubo. Em seguida, calcule a diferença entre as espessuras mínima e máxima e divida esse valor pela metade.

2. Chamadas de concentricidade OD/ID

Os requisitos de concentricidade OD/OD da tubulação podem ser indicados em um desenho de várias maneiras diferentes, incluindo:

• Símbolo de concentricidade GD&T, que é um círculo dentro de um círculo
• Porcentagem de excentricidade
• TIR (leitura total do indicador)
• Declarações escritas como "OD e ID devem ser concêntricos dentro de 0,00X polegadas"

Outro termo às vezes usado ao falar sobre concentricidade é arredondamento da parede , que é a mesma coisa que TIR. A excentricidade da parede é calculada colocando um indicador na peça enquanto ela gira em seu eixo, medindo não apenas a concentricidade, mas também a circularidade da peça.

A excentricidade da parede é derivada da excentricidade de um tubo e descreve a variação na espessura da parede em comparação com uma parede nominal especificada. Isso também pode ser expresso como:

• A espessura máxima da parede menos a espessura mínima da parede
• Excentricidade x 2 (vezes dois)

Onde esses (e outros) termos são usados ​​em desenhos para descrever requisitos de concentricidade, fornecedores de materiais e oficinas de corte de metal de precisão são desafiados a determinar não apenas qual processo de máquina usar, mas também como medir a concentricidade para que atenda à especificação.

3. Desafios de medir a concentricidade

Isso nos leva à dificuldade de como medir a concentricidade e determinar se o OD e o ID especificados são alcançados. Além da questão de estabelecer o eixo central teórico, medir a concentricidade requer:

• Fazer muitas medições em uma série de seções transversais
• Mapeando exatamente a superfície e determinando os pontos médios das seções transversais
• Plotagem dessas séries de pontos para ver se eles se enquadram na zona de tolerância cilíndrica

Você pode usar um micrômetro ou comparador óptico para medir a concentricidade de algumas peças. No entanto, a tarefa é melhor executada usando uma máquina de medição por coordenadas (CMM) ou algum outro dispositivo de medição de computador. No entanto, o CMM é demorado, o que, por sua vez, significa custo adicional.

Outro desafio é que, com a microusinagem de hoje, , as peças a serem medidas são geralmente menores do que nunca. Por exemplo, no caso de tubos minúsculos cortados com precisão usados ​​como componentes em dispositivos médicos, o desafio está em como verificar a concentricidade de dois diâmetros em tubos muito, muito pequenos.

4. Quando a concentricidade é necessária

Com toda essa complexidade, a concentricidade geralmente é usada apenas para peças que exigem um grau muito alto de precisão para funcionar corretamente.

Se a concentricidade é crítica depende do uso final, como se alguma entidade física com seu próprio OD precisa se encaixar na tubulação. Por exemplo:

• Em geral, se um tubo precisar entrar em uma abertura e outra peça precisar se encaixar no diâmetro interno do tubo, o diâmetro externo, o diâmetro interno e a concentricidade podem precisar se alinhar para que todas essas partes funcionem juntas.
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• No entanto, se a aplicação exigir que líquido ou gás passe por um tubo, a concentricidade pode não ser importante, pois a não concentricidade do tubo não impediria o fluxo.

Mas mesmo quando a concentricidade não é crítica, pode ser importante saber até que ponto está fora da concentricidade o OD/ID pode ser. Por exemplo, onde um líquido ou gás fluirá através de um tubo sob pressão, pode ser necessário especificar uma espessura de parede mínima aceitável para garantir que a pressão não cause uma ruptura em um ponto fino na parede não concêntrica do tubo.

Até certo ponto, a escolha do material também pode estar relacionada à concentricidade ou à espessura mínima/máxima da parede. Por exemplo, se você escolheu usar tubos soldados que passarão por esmerilhamento para formar uma peça, você pode querer especificar uma espessura mínima para evitar que a parede do tubo fique muito fina e cause uma ruptura na solda.

Da mesma forma, se a sua aplicação final usar um tubo para mover o líquido sob alta pressão, um material sem costura que seja trefilado e não soldado pode ser uma escolha melhor, para minimizar o risco de quebra. Mas, novamente, se o tubo simplesmente liberar ar no ambiente, a tubulação sem costura seria um caso de engenharia excessiva.

5. Uma alternativa:concentricidade versus excentricidade

Em alguns casos, você pode evitar o tempo e o custo de verificar a concentricidade substituindo os requisitos de concentricidade por runout , que é mais fácil de medir e mais facilmente alcançável.

Enquanto a concentricidade observa o quão bem um recurso cilíndrico está centrado em um eixo teórico, o runout observa o quanto o recurso se desvia de um círculo perfeito que está perfeitamente centrado em um eixo de rotação. Em outras palavras, o desvio é uma combinação de concentricidade e circularidade — e se uma peça for perfeitamente redonda, a excentricidade será igual à concentricidade.

Embora concentricidade e excentricidade não sejam a mesma coisa, muitas vezes eles podem ser usados ​​de forma intercambiável para alcançar o mesmo resultado final básico.

A grande diferença é que, com o runout, você pode tocar e medir fisicamente a superfície da peça. Controlar a excentricidade também controlará a concentricidade, embora reconhecidamente não na mesma medida que quando a concentricidade é aplicada por conta própria.

(Saiba mais sobre excentricidade, incluindo excentricidade circular, excentricidade total e TIR.)

Projetar a tubulação com tolerâncias alcançáveis ​​em mente

Lembre-se, a viabilidade de produzir peças que estejam dentro de suas tolerâncias aceitáveis ​​é uma consideração extremamente importante ao fazer seus desenhos. É por isso que a maioria dos maquinistas, técnicos de medição e engenheiros de projeto recomendam evitar a concentricidade OD/ID sempre que possível.

Em vez disso, você pode usar outros símbolos GD&T aplicáveis ​​em seus desenhos e projetos de tubulação – evitando os desafios da concentricidade OD/ID ao não projetar na peça em primeiro lugar.

Para saber mais sobre como a especificação de recursos e tolerâncias GD&T afeta a qualidade da fabricação de peças, baixe nosso artigo gratuito Como ajustar sua solicitação de cotação para sua vantagem máxima:perguntas frequentes no fornecimento de peças pequenas .