Dominando Tolerâncias de Chapa Metálica: Insights Práticos para Manufatura de Precisão

Ao escolher um fabricante para suas peças de chapa metálica, o termo tolerância frequentemente surge. Todos querem que suas peças sejam réplicas exatas de seus modelos, mas na verdade, sempre tem que haver alguma margem de manobra na definição de perfeição. Essa variação é o que todos chamamos de tolerância. Mesmo que o termo seja usado o tempo todo, a realidade das tolerâncias de manufatura pode ficar bastante complicada dependendo do processo em questão. Este post comparará usinagem, impressão 3D e processos de chapa metálica e como eles afetam tolerâncias alcançáveis.

Fabricação de Chapa Metálica vs. Usinagem vs. Impressão 3D

Usinagem e impressão 3D são métodos de manufatura altamente precisos, removendo ou adicionando (respectivamente) material com precisão para produzir uma geometria final. Chapa metálica é um método de manufatura ligeiramente menos preciso que depende do corte, dobra e estiramento de chapas finas de metal para produzir uma geometria final. As tolerâncias mais frouxas alcançadas pelo método de chapa metálica são um produto dos processos altamente variáveis usados para alcançar uma geometria.

Usinagem fornece o quadro de referência mais compreendido para tolerâncias de manufatura. Frequentemente vemos blocos de tolerância de usinagem em desenhos de chapa metálica, como este à direita.

Na escola de engenharia, ensinam que ±0,005 pol. (0,127 mm) para três algarismos significativos é a tolerância base. Isso é possível porque há uma máquina criando características independentemente de características já criadas. Não importa se você furou um buraco em um lugar, a próxima posição e tamanho do furo serão determinados exclusivamente pela máquina fazendo o corte.

Impressão 3D também é um método de manufatura preciso, embora o nível real de precisão seja determinado pelos materiais e processos usados. Lembre-se, como usinagem, a impressão 3D cria características em uma peça independentemente das características que vieram antes. Ela continuará a adicionar material nos lugares necessários e manterá um alto nível de precisão (assumindo que seu design suporta adequadamente a peça durante a manufatura). Aqui na Protolabs, tolerâncias de impressão 3D variam de ± 0,002 pol. a ± 0,012 pol. (± 0,051 mm a 0,305 mm).

Salvo indicação contrária:
.XX	±0.01
.XXX	±0.005
.XXXX	±0.0005
Ângulos	± 0.5*

Em certo sentido, a chapa metálica caminha uma linha entre manufatura e bens artesanais. Dobramos e esticamos material para alcançar uma geometria final. Não estamos adicionando e removendo metal com uma única máquina altamente precisa. Na verdade, a manufatura de chapa metálica requer quase uma dúzia de máquinas, dependendo das características requeridas. Até a peça formada mais básica requer uma máquina de corte e uma máquina de dobra, cada uma com suas próprias tolerâncias e limitações.

Tolerâncias de Chapa Metálica da Protolabs

Dividimos tolerâncias em duas categorias.

• Tolerâncias em uma superfície
• Tolerâncias através de múltiplas superfícies

Tolerâncias em uma superfície são muito mais apertadas que aquelas através de múltiplas superfícies. Ao olhar para uma única superfície, a maioria das características é criada usando uma máquina, um laser ou punção. Como usinagem e impressão 3D, isso nos permite manter tolerâncias mais apertadas. É quando introduzimos dobras na geometria que as coisas ficam um pouco menos claras.

Tolerâncias em Uma Superfície

Consulte a tabela abaixo para tolerâncias padrão para cada seção marcada da peça.

Característica	Referência	Tolerância +/-
Borda a Borda	A	0.005 pol. (0.13 mm)
Borda a Furo	B	0.005 pol. (0.13 mm)
Furo a Furo	C	0.005 pol. (0.13 mm)
Furo a Hardware*	D	0.010 pol. (0.25 mm)
Borda a Hardware*	E	0.010 pol. (0.25 mm)
Hardware a Hardware*	F	0.015 pol. (0.38 mm)
Dobra a Furo	G	0.015 pol. (0.38 mm)
Dobra a Hardware*	H	0.015 pol. (0.38 mm)
Dobra a Borda	I	0.010 pol. (0.25 mm)
Dobra a Dobra	J	0.015 pol. (0.38 mm)

*Hardware é considerado pinos, porcas, espaçadores ou outros produtos de auto-fixação.

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Tolerâncias em Múltiplas Superfícies

Consulte a tabela abaixo para tolerâncias padrão para cada seção marcada da peça.

Característica	Referência	Tolerância +/-
Dobra a Dobra	A	0.015 pol. (0.38 mm)
Dobra a Dobra	B	0.030 pol. (0.76 mm)*
Borda a Furo	C	0.015 pol. (0.38 mm)
Dobra a Furo	D	0.030 pol. (0.76 mm)*
Dobra a Furo	E	0.030 pol. (0.76 mm)*
Furo a Característica Formada	F	0.010 pol. (0.25 mm)
Furo a Característica Formada	G	0.030 pol. (0.76 mm)*
Borda a Característica Formada	H	0.010 pol. (0.25 mm)
Borda a Característica Formada	I	0.030 pol. (0.76 mm)
Furo a Furo	J	0.020 pol. (50 mm)*
Borda a Borda	K	0.030 (.76 mm) *
Borda a Dobra	L	0.030 (.76 mm) *

*Não cumulativo.

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Uma caixa de chapa metálica com uma tampa básica pode parecer simples no design, mas há nuances a considerar para garantir um encaixe adequado.

A Luta do Empilhamento

Vamos usar esta caixa e tampa como um estudo de caso de tolerâncias de chapa metálica. Isso nos permitirá analisar as implicações da manufatura de chapa metálica em tolerâncias alcançáveis. Esta montagem é enganosa em sua simplicidade. À medida que fazemos um mergulho profundo no design, dê uma olhada nas nuances envolvidas em projetar boas peças de chapa metálica.

Primeiro, olhe para a tampa verde. Esta peça tem quatro flanges formados para cima a partir da seção central. Esta seção central tem quatro furos usados para montar a tampa na caixa rosa abaixo. Estes quatro furos são cortados a laser e sua posição e tamanho são rigidamente controlados por um processo controlado por computador. Estes furos serão localizados precisamente e livres do impacto do ângulo de dobra e tolerâncias lineares ao redor.

Com a tampa de chapa metálica removida, características adicionais são reveladas que ajudam a criar uma caixa bem projetada com tampa.

A situação é ligeiramente diferente para os furos em nossa caixa rosa. Diferente dos furos na tampa, que estão todos na mesma superfície, os furos na caixa estão em quatro superfícies diferentes, cada uma separada por quatro dobras. Cruzando as quatro dobras, medindo furo-a-furo, nos dá uma tolerância linear de ±0,030 pol. (±0,762 mm) e uma tolerância angular de empilhamento de 1° por dobra. Isso significa que a localização destes furos não é nem de longe tão rigidamente controlada quanto na tampa. É crítico manter isso em mente quando você está projetando componentes de chapa metálica.

Então, o que você pode fazer para superar isso? Você poderia abrir os furos na tampa para permitir desalinhamento de furos de montagem ou usar hardware flutuante na caixa que permite desalinhamento entre a tampa e a caixa. Combine ambas as abordagens e você efetivamente trivializou as tolerâncias de empilhamento vistas na caixa. Você termina com uma montagem funcional que se acopla confiavelmente e impressionará seu cliente com sua habilidade de design de chapa metálica.

Conclusões sobre Tolerâncias

Fabricamos componentes de chapa metálica de precisão. No entanto, precisão não é a mesma em todos os métodos de manufatura. Um designer não pode esperar manter tolerâncias de usinagem em sua peça de chapa metálica. Se você entende isso, e é cuidadoso sobre diretrizes de design e sua abordagem para chapa metálica, você também pode alcançar grandes coisas com suas peças.