Controle Estatístico de Processo.

01. Conceitos e Importância do CEP.

C.E.P é a manutenção do processo dentro das condições e comportamentos planejados, tendo como base valores numéricos (estatísticos).

C.E.P é uma ferramenta que permite fazer um acompanhamento constante no processo de produção. Verificando se seu comportamento está de acordo com o planejado, atuando de forma preventiva.

Todos os processos apresentam variabilidade. Quando fabricamos um produto (bem ou serviço), as características deste produto irão apresentar uma variação inevitável, devido a variações sofridas pelos fatores que compõem o processo produtivo. Como já sabemos, estas variações podem resultar de diferenças entre máquinas, mudanças nas condições ambientais, variações entre lotes de matérias-primas, diferenças entre fornecedores, entre outras. Apesar de um esforço considerável ser especificamente direcionado para controlar a variabilidade em cada um desses fatores, existirá sempre a variabilidade no produto acabado de cada processo de uma empresa. Portanto, é importante que esta variabilidade também seja controlada, para que possam ser fabricados produtos de boa qualidade.

É importante verificar a estabilidade dos processos, já que processos instáveis provavelmente irão resultar em produtos defeituosos, perda de produção, baixa qualidade e, de modo geral, em perda da confiança do cliente.

Resumindo:

“ Não existem dois produtos iguais, quer sejam peças, serviços, relatórios ou palestras”.

“ Um processo sempre apresenta variação”.

“ Os Produtos defeituosos são produzidos devido à presença de variabilidade”.

“ Os processos que apresentam elevada variabilidade, em geral, tornam-se cada vez mais complexos (retrabalho, rejeição e perdas)”.

02. Fatores de Influência e Causas de Variações.

Máquina – Método – Medida - Mão de Obra - Meio Ambiente – Matéria Prima.

Máquina: Compreende todas as causas referentes às máquinas ou equipamentos ligados ao problema como dispositivos, torquímetros, chaves, etc.

- O equipamento estava com manutenção adequada?

- O equipamento vinha funcionando bem?

- Houve alguma modificação recente?

- O equipamento é adequado ao serviço?

Método: Compreende todas as causas referentes aos procedimentos, seqüência de atividades, práticas usadas, etc.

- Esse método de trabalho é adequado?
- Está dentro dos padrões e regulamentos aplicáveis?
- Sempre foi feito desta forma?

Medida: Compreende todas as causas referentes as medidas de monitoramento dos processos.

- A medida é adequada?

Mão de Obra: Compreende todas as causas referentes às pessoas ligadas ao problema.

- Falta treinamento para a equipe?

- Falta habilidade nos colaboradores?

Meio Ambiente: Compreende todas as causas referentes ao ambiente de trabalho onde podem estar inseridas as causas.

- Há presença de sujeira, poluição atmosférica e/ou sonora etc?

- Há falta ou excesso de iluminação, ventilação, umidade, calor, etc?

Matéria Prima: Compreende todas as causas referentes à matéria prima, às informações aos insumos ligados aos processos.

- O material está de acordo com as especificações?

- Houve troca de fornecedor?

- As informações iniciais estavam corretas?

“A variação é inerente ao processo considerado e estará presente mesmo que todas as operações sejam executadas empregando métodos padronizados”

Existem dois tipos de causas para a variação na qualidade dos produtos resultantes de um processo.

Causas Comuns ou Aleatórias:. A variação provocada por causas comuns, também conhecida como variabilidade natural do processo, é inerente ao processo considerado e estará presente mesmo que todas as operações sejam executadas empregando métodos padronizado. Quando apenas as causas comuns estão atuando em um processo, a quantidade de Variabilidade se mantém em uma faixa  estável,  conhecida   como  faixa  característica do processo. Neste caso, dizemos que o  processo está sob controle estatístico, apresentando Um comportamento estável e previsível.

Causas Especiais ou Assinaláveis: As causas especiais de variação surgem esporadicamente, devido a uma situação particular que faz com que o processo se comporte de um modo completamente diferente do usual, o que pode resultar em um deslocamento do seu nível de qualidade. Quando um processo está operando sob a atuação de causas especiais de variação dizemos que ele está fora de controle estatístico e neste caso sua variabilidade geralmente é bem maior do que a variabilidade natural. As causas especiais de variação devem ser, de modo geral, localizadas e eliminadas, e além disto devem ser adotadas medidas para evitar sua reincidência. No entanto, na situação especial em que a atuação da causa especial é benéfica, melhorando o nível de qualidade, deve ser estudada a viabilidade da incorporação ao processo desta causa especial de variação. Alguns exemplos de causas especiais de variação são a admissão de um novo operador para a realização de uma tarefa, a ocorrência de defeitos nos equipamentos, a utilização de um novo tipo de matéria-prima e o descumprimento dos padrões operacionais.

03. Conceitos e Obtenção de Dados

Dados: São as informações que representam a base para tomada de decisões confiáveis durante a análise de qualquer problema.

Existem dois tipos de dados a serem considerados para o controle estatístico do processo.

- Dados Discretos: Contagem ou atributos.

- Dados Contínuos: Dados de medidas.

“Os dados utilizados no controle de torque são dados Contínuos”

População: Universo dos dados sob investigação da qual são retiradas amostras.

Amostra: Grupo de elementos retirados de uma população, com o objetivo de identificar características e desempenho desta população.

Média Aritmética: Região de Distribuição de freqüências onde se concentram a maioria das observações.

Especificação (Limites de Especificação): Requisito do projeto para aceitabilidade de uma característica de cada peça produzida, baseado no desenho funcional da peça e utilizado para verificar adequabilidade da peça.

Limites de Controle: Limites determinados com base na variabilidade do processo produtivo. Dependendo do tamanho da amostra utilizada, utilizado para verificar ou não a presença de ou não de causas especiais de variação.

04. Medidas de Dispersão (Amplitude, Variança e Desvio Padrão)

Amplitude: Medida simples de dispersão dos dados, defini-se pela diferença entre o maior e  menor valor amostral. É denotada pelo símbolo R (Ranger).

Variança: Representa a dispersão quadrática de toda a medição. Média da soma dos quadrados dos desvios.

Desvio Padrão: Medida aritmética da dispersão (espalhamento) das medidas. É a raiz quadrada da variança.

05. Gráfico X-R

A carta de controle, é simplesmente um gráfico de acompanhamento com uma linha superior (LSC) e uma linha inferior (LIC), em cada lado da linha média do processo (LM), todos estatisticamente determinados para monitorar, controlar e melhorar o desempenho do processo ao longo de um certo período, através do estudo da variação para manter o processo estável.

- Análise e controle do processo.

- Visualização de mutações do processo: Causas Comuns e Especiais.

Carta de Controle Eletrônica

Link: Carta Padrão - Excel

Carta de Controle Manual

Link: Carta de Controle Manual

06. Avaliação de Capabilidade de Processos Bilaterais.

É o processo que constrói a qualidade no produto. Então devemos saber se o processo é capaz de produzir qualidade suficientemente boa. O estudo da Capabilidade do processo é conduzido para analisá-la e determiná-la.

A capabilidade do processo fornece “a base para determinar se o processo é capaz de atingir o grau pretendido de qualidade de uma maneira estabilizada”. Assim, ela serve de fundamento para a segurança de qualidade. Pela condução do estuda da capabilidade do processo tomamos as ações necessárias para assegurar que o processo produz dentro do nível de qualidade pretendido. A ação corretiva inclui o aprimoramento do processo para maior eficiência, uma revisão dos métodos de controle para eliminar não conformidades e peneiramento. Mesmo o pessoal do chão da fábrica deve falar sobre a capabilidade do processo como ferramenta da avaliação do mesmo.

O índice de capabilidade do processo serve como base para determinar e as condições são satisfatórias. Matematicamente, a capabilidade do processo é definida como seis desvios padrão (6σ) e o índice de capacidade do processo é sua relação para com a faixa especificada.

O índice de CP relaciona a dispersão dos valores com a tolerância especificada, isto é mede a variabilidade do processo.

07. Índices de Capabilidades com Avaliação das Polaridades.

O índice de CPk nos permite avaliar se o processo está sendo capaz de atingir o valor nominal da especificação, já que ele leva em consideração o valor da média do processo. Logo, o índice CPk pode ser interpretado como uma medida da capacidade real do processo.

O índice de capabilidade com variação da polaridade leva em conta a centralização do processo, relacionando a distância entre a média do processo com o limite de especificação mais próximo, com a metade da dispersão total do processo.

08. Avaliação de Níveis de Capabilidades.

O índice de CP relaciona a dispersão dos valores com a tolerância especificada, isto é, mede a variabilidade do processo. Por outro lado, o CPk compara simultaneamente o seu acerto ou regulação (medida central) e a sua variabilidade relativamente a tolerância.

A capacidade do processo será considerada satisfatória se quer o CP quer o CPk forem igual ou superiores a 1,33. Nesta situação garante-se que a dispersão dos valores está contida nos ± 4σ da curva de dispersão normal e que, para além disso, o processo se encontra centrado em torno do valor ótimo.

09. Distribuição Normal.

A distribuição normal é usualmente empregada para valores ou variáveis contínuos (indiscretos) . Ela tem uma forma de sino ou curva de Gauss, é um tipo de distribuição na qual um grande número de observações ocorrem em torno da média e em menor quantidade na área sob as extremidades.

Características: Forma de Sino, Simétrica em Relação a Média, A Probabilidade Tende a Zero ns Dois Limites (Assintótica), A Altura é ordenada no Seu Centro, Variação de Forma (CP) e Posição (CPk).

A distribuição está determinada quando a média e o desvio padrão estão determinados. 99,7% de todas as medições em uma distribuição normal irão ocorrer entre mais e menos três desvio padrão de distância da média. Se por exemplo as leituras de diâmetro de uma peça fabricada em um processo seguirem uma distribuição normal de média igual a 50mm e desvio igual a 0,02mm, então:

50 + 3 X 0,02 = 50,06

50 – 3 x 0,02 = 49,94

Isto significa dizer que, se o processo é estável, os diâmetros das peças manufaturadas neste processo caíram na faixa entre 49,94 e 50,06 com probabilidade de 99,7% e as leituras de diâmetros fora desta faixa serão responsáveis por somente 0,3%.

10. Avaliações de Polaridades.

11. Exemplo de Cálculos.

Consideremos uma carta de controle com Limite Superior de Controle Especificado igual a 15 e Limite Inferior de Controle Especificado igual a 5.

Nível de Capabilidade (CP, CPK) = Aceitável com inspeção rigorosa.

12. Interpretação de Gráficos de Controle.

Carta de Controle.

A carta de controle, é simplesmente um gráfico de acompanhamento com uma linha superior (LSC) e uma linha inferior (LIC), em cada lado da linha média do processo (LM), todos estatisticamente determinados para monitorar, controlar e melhorar o desempenho do processo ao longo de um certo período, através do estudo da variação para manter o processo estável.

Principais Características.

A) Permite controlar o processo;

B) Permite perceber as condições dos processos baseando-se nos movimentos dos pontos grafados.

C) Permite arrumar as datas em series temporais e lhe permite verificar se a dispersão de datas é devida a causas acidentais ou a causas assinaláveis.

Leitura do Gráfico de Controle.

O Gráfico de controle tem a linha central e as linhas de controle superior e inferior, onde as linhas de controle servem como referências para verificar a dispersão em torno da linha central.

Portanto se um ponto se um ponto for marcado fora destas linhas de controle, este ponto é chamado fora de controle. As prováveis razões por tal ponto fora de controle incluem:

Alterações devido a uma causa de mudança ou anormalidades que tenham ocorrido durante o processo.

O critério para se julgar se um processo está em estado de controle (em estado estável) é descrito abaixo. O número de pontos a serem usados no julgamento deve ser de 25 ou mais.

A) Nenhum ponto deve estar fora dos limites de controle. Nos casos seguintes, no entanto, o processo deveria estar como em estado de controle.

A1) 25 ou mais pontos consecutivos estão dentro dos limites.
A2) Um ponto, em 35 pontos consecutivos está fora dos limites.
A3) Dois pontos, ou menos entre 100 pontos consecutivos estão fora dos limites.
B) Os pontos devem estar livres de tendências especificas quanto a localização.

Tendência Especifica e Localização do Ponto.

A) Corrida – Pontos que ocorram consecutivamente em um lado da linha central ( a rigor linha mediana) são chamados de corrida. O comprimento da corrida é o número de pontos que ocorrem consecutivamente de um lado.

B) Tendência – A subida ou descida gradual dos pontos é chamada de tendência. Caso sete pontos consecutivos subam ou caiam gradualmente considera-se o processo fora de controle.

C) Ciclo – Há vários ciclos. Identificar as causas de tais ciclos baseado em conhecimento técnicos é um método muito efetivo para a análise de processos. É bastante difícil determinar o ciclo; mas a observação do ciclo ao longo de muito tempo no gráfico de controle fará com que seja mais fácil determiná-lo. Quando se julga se o processo está em estado de controle ou fora de controle, tome cuidado com as causas dos ciclos.

D) Quando Ocorrem Pontos Consecutivos em um Lado da Linha Central – Nos casos a seguir deve-se julgar o processo como fora de controle.

10 pontos ou mais entre 11 pontos consecutivos.

12 pontos ou mais entre 14 pontos consecutivos.

14 pontos ou mais entre 17 pontos consecutivos.

16 pontos ou mais entre 20 pontos consecutivos.

E) Quando os Pontos Ocorrem Freqüentemente próximos à Linha Limite de Controle – Quando pontos de números seguintes ocorrem distantes da linha central, a mais de 2/3 da distância da linha de centro à linha limite de controle, deve-se julgar o processo como fora de controle. Nos casos a seguir deve-se julgar o processo como fora de controle.

2 pontos entre 3 pontos consecutivos.
3 pontos entre 7 pontos consecutivos.
4 pontos entre 10 pontos consecutivos.

F) Quando Todos os Pontos Ocorrem Próximos à Linha de Centro – Este processo, com tal gráfico, não é julgado como processo em controle. Se os pontos estiverem em estado de controle eles devem se distribuir ao acaso. Quando considerar uma distribuição confirmada pelas linhas de limites de controle a 3 sigma, a distribuição deve declinar gradualmente em torno da linha central. Assim sendo a distribuição de pontos é julgada como tendo uma tendência específica.

Índice de Capabilidade do Processo.

A capabilidade do processo fornece “a base para determinar se o processo é capaz de atingir o grau pretendido de qualidade de uma maneira estabilizada”. O índice de capabilidade do processo serve como base para determinar se as condições são satisfatórias. Matematicamente a capabilidade do processo é definida como 6 desvio padrão e o índice de capabilidade do processo e sua relação para com a faixa especificada.

Critérios para Determinação de Diferentes Níveis de Capabilidade.

CP ou CPk Inaceitável.

Caso tenha um processo, com o valor de CP ou CPk considerado inaceitável, o setor tem que analisar este processo e, tomar ação corretiva para um aprimoramento do mesmo.

Tecnologia do Aperto

1. Por que parafusos rosqueados?

Existem várias maneiras de fixar peças e componentes uns aos outros, p.ex., cola, rebites, solda. Entretanto, até hoje o método mais comum de unir componentes é usar um parafuso para unir as partes da junta com uma porca ou diretamente em um furo rosqueado em um dos componentes. As vantagens desse método são a simplicidade do projeto e da montagem, a facilidade de desmontagem, a produtividade e, finalmente, o custo.

2. A junta parafusada.

Um parafuso é exposto à carga de tensão, à torção e, por vezes, também à uma carga de cisalhamento. A tensão no parafuso, quando apertado à extensão projetada, é conhecida como pré-tensão. A carga de tensão corresponde à força que une as partes da junta. Cargas externas que são inferiores à força de união não mudarão a carga de tensão no parafuso. Por outro lado, se a junta for exposta a cargas externas mais altas do que a pré-tensão no parafuso, a junta será separada e a carga de tensão no parafuso irá aumentar naturalmente até que o parafuso quebre.

A torção no parafuso resulta do atrito entre as roscas no parafuso e a porca.

Alguns parafusos são também expostos à cargas de cisalhamento que ocorrem quando a força externa faz deslizar as partes da junta entre si e em ângulos exatos em relação à força de união. Em uma junta adequadamente projetada, toda a força de cisalhamento externa deve encontrar resistência do atrito entre os componentes. Uma junta desse tipo é chamada de junta fixada por atrito. Se a força de união não for suficiente para criar o atrito necessário, o parafuso também será exposto à força de cisalhamento. Freqüentemente, as juntas são projetadas para uma combinação de carga de tensão e cisalhamento.

O parafuso é composto de haste e cabeça. A haste é rosqueada em parte ou em toda a sua extensão, da extremidade até a cabeça. Parafusos mais longos geralmente são rosqueados apenas parcialmente. Não é preciso confeccionar uma rosca mais longa do que o necessário para apertar a junta, uma vez que isso apenas tornará o parafuso mais caro e reduzirá a força de tensão.

As dimensões das roscas, o formato da rosca e o passo, ou seja, a distância entre os filetes sucessivos, foram padronizados. Na prática, existem apenas dois padrões diferentes usados na indústria hoje em dia, o padrão Unificado UN, usado originalmente nos países anglo-saxônicos e o padrão Métrico Europeu M.

3. Força de união.

Em geral, é desejável que o parafuso seja a parte mais fraca da junta. Um parafuso super-dimensionado torna o produto mais pesado e desnecessariamente caro. Como um parafuso padrão é em geral comparativamente barato, é preferível que o parafuso seja a primeira parte a quebrar.

Além disso, na maioria dos casos, as dimensões do parafuso não são críticas para a qualidade da junta. O importante é a força de união, ou seja, se é suficiente para suportar toda a carga para a qual a junta é projetada e se a junta permanecerá firme o suficiente para evitar afrouxamento se exposta a pulsos de carga (Carga Intermitente).

O problema é que não há uma maneira prática de medir a força de união em situações normais de produção. Conseqüentemente, o valor da força de união é geralmente referido como torque de aperto.

Como a força de união é uma função linear, tanto do ângulo de rotação do parafuso como do passo da rosca, existe uma relação direta entre a força de união e o torque de aperto dentro da faixa elástica do alongamento do parafuso.

Entretanto, apenas cerca de 10% do torque aplicado é transferido para a força de união. O restante da força de aperto é consumida no atrito da junta parafusada – 40% do torque para superar o atrito na rosca e 50% no atrito sob a cabeça do parafuso.

4. Efeito da lubrificação.

Se um parafuso for lubrificado, o atrito nas roscas e sob a cabeça é reduzido e a relação entre o torque de aperto e a força de união é alterada. Se o mesmo torque for aplicado antes da lubrificação, uma parte muito maior do torque será transformada em força de união. Na pior hipótese, isso poderia causar uma tensão no parafuso que excederia a força de tensão ideal, consequentemente, levando à quebra do parafuso.

Por outro lado, se o parafuso estiver completamente sem lubrificante, a força de união poderia ser muito pequena para suportar as forças para as quais a junta é projetada, com o risco do parafuso ficar frouxo.

5. Classificação da qualidade do parafuso.

Quando um parafuso é apertado e a força de união começa aumentar, o material do parafuso é tensionado. Após um curto tempo, sob a tensão da rosca, o material irá esticar na proporção da força. Em princípio, esse alongamento continuará até que a tensão no parafuso seja igual à força de tensão à qual o parafuso irá quebrar. Entretanto, visto que o alongamento é proporcional à tensão, o parafuso recuperará seu comprimento original quando a carga for removida. Isso é conhecido como a área elástica.

Sob uma determinada tensão, conhecida como yield point, ocorrerá a deformação do material do parafuso. Entretanto, o parafuso não quebrará imediatamente. O torque continuará a aumentar, mas a uma razão menor durante a deformação na área denominada área plástica.

Para uma força de união muito precisa, esta área é por vezes deliberadamente especificada para o processo de aperto. Se a área plástica for ultrapassada, ocorre a quebra.

PARAFUSOS COM ROSCA Métrica Torque de aperto Nm, de acordo com ISO 898/1

A qualidade dos materiais dos parafusos é padronizada, ou seja, quanto esforço de tensão um parafuso pode ser exposto antes que o yield point seja alcançado e antes que ocorra a quebra. Todos os parafusos devem ser marcados de acordo com sua “Classificação de Parafuso” – um padrão que usa um sistema de dois dígitos, no qual o primeiro dígito refere-se à força de tensão mínima em 100 N/mm² e o segundo dígito indica a relação entre o yield point e a força de tensão mínima. Por exemplo, “Classificação de Parafuso” 8.8 designa um parafuso com uma força de tensão mínima de 800N/mm² e um yield point de 0.8 x 800 = 640 N/mm².

6. Tipos de Juntas.

As juntas parafusadas variam não apenas em tamanho, mas também de tipo, o que muda as características das juntas. Do ponto de vista do aperto, a qualidade mais importante de uma junta é sua “dureza”. Em números, isso pode ser definido como “faixa de torque” que é o ângulo de aperto necessário para alcançar o torque recomendado da dimensão e qualidade do parafuso em questão medido a partir do encosto – o ponto no qual os componentes e a cabeça do parafuso são apertados. 

A faixa de torque pode variar consideravelmente entre parafusos do mesmo diâmetro. Um parafuso curto que une componentes de metal planos, alcança o torque nominal em apenas uma fração de volta do parafuso. Esse tipo de junta é definido como “junta rígida”. Uma junta com um parafuso longo que deve comprimir componentes macios, tais como arruelas ou arruelas de pressão, requer um ângulo muito maior, possivelmente ainda várias voltas do parafuso ou da porca para alcançar o torque nominal. Este tipo de junta é descrito como junta flexível.

Obviamente, os dois tipos diferentes de juntas comportam-se de maneira diferente durante o processo de aperto. 

7. Torque e ângulo.

Como mencionado acima, por razões práticas, o torque de aperto é o critério normalmente usado para especificar a pré-tensão no parafuso. O torque, ou o momento da força, pode ser medido dinamicamente, enquanto o parafuso é apertado, ou estaticamente, verificando o torque com um torquímetro após o aperto.

As especificações de torque variam consideravelmente dependendo das demandas de qualidade da junta. Uma junta de segurança em um carro a motor, tal como a suspensão da roda, não pode falhar e, conseqüentemente, está sujeita a requisitos de tolerância muito rígidos. Por outro lado, uma porca usada para prender o parafuso de ajuste da altura de uma bancada não é considerada crucial do ponto de vista da força de união não sendo, portanto, necessário especificar um requisito de torque. 

Um nível mais alto de controle de qualidade é alcançado acrescentando-se o ângulo de aperto aos parâmetros medidos. Na área elástica do parafuso isso pode ser usado para verificar se todas as partes de uma junta estão presentes, p.ex., que não está faltando uma arruela de pressão ou uma arruela. Da mesma forma, a qualidade do parafuso pode ser verificada medindo-se o ângulo de aperto, antes do nível de encosto, bem como o aumento do torque final.

Em processos de aperto sofisticados, o ângulo também pode ser usado para definir o yield point e permitir o aperto na área elástica do parafuso.

8. Métodos de inspeção.

Quando se sabe as especificações de aperto para uma junta parafusada, a pergunta óbvia é: como saber se a junta foi adequadamente apertada?

As medições do torque são feitas de acordo com um de dois princípios básicos – medição estática ou medição dinâmica.

Medição estática significa que o torque de aperto é verificado após o processo de aperto ter sido concluído.

A medição é geralmente realizada manualmente com um torquímetro que pode ser uma escala que mede a carga sobre uma mola ou um instrumento ativado por um transdutor eletrônico (célula de carga-aferidor de tensão [strain gauge]).

Um método muito comum de verificação do torque de aperto é usar um torquímetro de estalo equipado com uma embreagem que pode ser pré-ajustada a um torque específico. Se o torque for maior do que o valor de torque pré-estabelecido, a embreagem irá soltar-se com um estalo. Se o torque for menor, o aumento do torque final é possível até que a embreagem estale. Aperto excessivo não pode ser detectado com o torquímetro de estalo.

Para medir o torque estático, o valor de torque deve ser lido instantaneamente quando o parafuso começa a girar.

Para CEP, Controle Estatístico do Processo, os verificadores eletrônicos de torque podem ser programados para armazenar um número de leituras para análise, seja manualmente ou conectado a um computador.

A medição dinâmica, por outro lado, significa que o torque é continuamente medido durante o ciclo de aperto completo. Esse é geralmente o método preferido em produção onde são usadas ferramentas para aperto. A vantagem sobre o método estático é que a medição dinâmica fornece uma indicação do

desempenho da ferramenta de aperto sem a influência do relaxamento na junta e variações no atrito em repouso. Além disso, ele também elimina a necessidade de verificação subseqüente.

A medição dinâmica é feita seja diretamente pela medição com um transdutor de torque incorporado ou externo in-line, ou indiretamente pela medição da corrente de algumas parafusadeiras e apertadeiras elétricas sofisticadas. Nos dois casos, a medição do torque é possível apenas quando as ferramentas têm transmissão de torque direta, ou seja, não uma força de pulsação, como é o caso com chaves de impacto e apertadeiras de impulso.

O transdutor de torque externo in-line é montado entre o eixo impulsor da ferramenta e o soquete ou bit da parafusadeira. É basicamente uma haste motriz com resistências instaladas, a chamada Wheatstone Bridge, que sente a deformação elástica do corpo como resultado do torque aplicado e produz um sinal elétrico que pode ser processado em um instrumento de medição.

Transdutores externos in-line encontram-se também disponíveis com um codificador de ângulo incorporado para monitoramento do ângulo de aperto.

Como o transdutor externo in-line com seu conector para o cabo de sinal deve ser segurado para evitar que gire, o transdutor externo in-line não é prático para uso no monitoramento contínuo da produção em série. Entretanto, para instalação da ferramenta e ajuste do torque e para verificação de qualidade em linha, o transdutor externo in-line é o instrumento comumente usado para leitura dos valores de torque aplicados.

Para produção em linha de montagem, onde o aperto requer 100% de monitoramento ou se o próprio processo de aperto é controlado através de leituras de torque, o transdutor de torque vem geralmente incorporado na ferramenta de aperto. Em ferramentas com engrenagem, existem várias posições nas quais o transdutor pode ser instalado, porém por razões dimensionais, é vantajoso colocá-lo o mais próximo possível do motor, onde as forças envolvidas são as mais baixas. Ao invés de colocar os aferidores de tensão no eixo, como ocorre com o modelo externo, o transdutor de torque incorporado pode utilizar as forças de reação no conjunto elétrico da ferramenta.

9. O processo de aperto.

O processo de aperto também exerce uma influência importante na qualidade da junta parafusada. Uma junta apertada manualmente comporta-se de forma completamente diferente daquela apertada usando uma ferramenta. 

Da mesma forma, diferentes tipos de ferramentas exercem uma influência decisiva no resultado. Ferramentas com acionamento direto, tais como parafusadeiras e apertadeiras, têm uma capacidade máxima que é decidida pela potência do motor e pela relação da engrenagem. Elas podem ser do tipo stall, no qual o torque final é determinado pelo torque produzido quando a ferramenta não tem mais capacidade de superar a resistência para girar o parafuso. Hoje em dia elas são geralmente equipadas com um dispositivo que interrompe o aperto em um torque pré-determinado.

Atualmente, há também outros tipos de ferramentas de aperto comuns na produção industrial, ou seja, chaves de impacto e apertadeiras de impulso, nas quais a potência do motor é convertida em torque carregando e descarregando a energia intermitentemente durante o processo. Isso significa que ferramentas muito potentes podem ser projetadas com peso e tamanho limitados e quase nenhum torque de reação para o operador. Entretanto, do ponto de vista de monitoramento do torque, esses tipos não servem para medição dinâmica e conseqüentemente, não são discutidos neste contexto.

10. Main shift

A razão fundamental para usar uma ferramenta no aperto de uma junta parafusada é reduzir o tempo do processo dentro da capacidade do operador e dos requisitos de qualidade. Portanto, uma alta velocidade rotacional da ferramenta é de interesse fundamental.

A maioria das ferramentas de montagem são acionadas por um motor que fornece uma alta velocidade durante o encosto do parafuso, quando a resistência é baixa, e vai reduzindo a rotação à medida que o torque aumenta. Em juntas rígidas ocorre uma parada quase que imediata da velocidade máxima livre até o stall ou shut-off. Entretanto, devido à inércia de todas as peças rotativas, há bastante energia dinâmica armazenada na ferramenta, no soquete ou bit e no próprio parafuso. A energia deve ser descarregada de algum modo e a maior parte dela é fornecida à junta na forma de acréscimo de torque, o chamado “overshoot”.

Não seria problema se a junta parecesse a mesma todo o tempo, porém se a mesma ferramenta estiver sendo usada em uma junta flexível, requerendo muito mais tempo e energia para alcançar o torque, os efeitos dinâmicos são sem importância. O resultado é uma diferença no torque entre a junta rígida e a flexível que pode ser considerável. Essa diferença é chamada “mean shift”. Em ferramentas equipadas com algum tipo de dispositivo “shut-off ” (desligamento automático), a qualidade da embreagem torna-se também decisiva para o “mean shift” da ferramenta. Como a seqüência de aperto é geralmente muito curta, o tempo necessário para a embreagem reagir ao impulso do torque exercerá uma influência igualmente importante no torque final uma vez que o efeito dinâmico, ou seja, a demora no “shut-off ” fornece um overshoot muito mais alto do torque na junta rígida do que na flexível.

11. Padrões para medições.

As variações no torque de aperto que dependem da rigidez da junta tornaram necessário estabelecer padrões de medição comuns a fim de definir a capacidade de uma ferramenta em atender certas especificações de qualidade e ser possível comparar diferentes tipos de ferramentas com as especificações.

O padrão comum usado atualmente é ISO 5393 – “Ferramentas rotativas para parafusos rosqueados – Desempenho e método de teste”.

12. Certificação.

O ISO 5393 representa uma plataforma comum para fabricantes e usuários de ferramentas de montagem avaliarem o desempenho das ferramentas de montagem. Muitos fabricantes de carros têm seus próprios programas de qualidade baseados nesse padrão de medição. Esses programas envolvem a categoria assim como a classificação de qualidade das ferramentas disponíveis no mercado. Geralmente, o desempenho de uma ferramenta, tanto nova como após um certo tempo de operação, deve ser verificado antes da ferramenta ser aceita para uso pelas plantas de montagem do fabricante em todo o mundo.

O mais extenso programa de certificação é o da Ford Motor Co. Em princípio, é baseado em uma classificação de todas as juntas de um carro, nas classes relevantes de ferramentas no que se refere aos requisitos de torque. As ferramentas são testadas de acordo com esses requisitos, do torque máximo ao mínimo em cada classe, de acordo com o procedimento de teste ISO 5393. Para ser aprovada, cada ferramenta deve atender os requisitos de precisão tanto nova como após 250.000 ciclos e para certificação de ferramenta preferida, após 500.000 ciclos sem reparos importantes e dentro da mesma especificação de tolerância.

Outros fabricantes de carros têm programas similares. A maioria deles usa o ISO 5393 como o método de teste, mas a exigência pode variar.

Os testes para desempenho da ferramenta são basicamente desenvolvidos pelo fabricantes de carros, mas o fabricante da ferramenta pode ser autorizado pelo usuário a realizar o teste prático.

13. Erros em apertos.

O objetivo do monitoramento do torque de aperto é assegurar que a força de união tenha sido alcançada. Entretanto, o torque de aperto isoladamente não constitui 100% de garantia de que a força de união é suficiente para a carga para a qual a junta foi projetada. Existem diversos erros que podem ocorrer e resultar em pré-tensão inadequada no parafuso, apesar do torque de aperto correto.

14. Roscas danificadas.

Uma rosca danificada ou roscas com corte insuficiente resultarão em resistência aumentada ao giro do parafuso e, portanto, o torque pré-determinado será alcançado antes da força de união correta ser alcançada.

15. Falta de componentes nas juntas.

Um problema comum na produção industrial é o operador esquecer uma arruela ou guarnição na montagem de uma junta. Além do fato desses componentes terem outras utilidades dentro do projeto, a sua falta irá alterar o torque da junta e, conseqüentemente, também a força de união.

16. Relaxamento.

Todas as juntas assentam após o aperto. Isso significa que após um curto tempo, menos de 30 milisegundos, a força de união na junta é menor do que era quando o aperto terminou. Para juntas que incluem componentes elásticos, tais como arruelas, esse relaxamento pode ser considerável e um teste de torque subseqüente pode mostrar que o torque é apenas uma fração da especificação pretendida. O relaxamento é geralmente superado pelo aperto em dois estágios. Uma ferramenta de impulso ou uma chave de impacto poderia também ser uma solução prática, visto que o acionamento por pulsos permite o relaxamento da junta entre os pulsos ou impactos.

17. Prevailing torque.

Algumas juntas, tais como aquelas desenhadas para pre-loading de rolamentos axiais, nos quais o desgaste poderia, com o tempo, reduzir a pré-tensão necessária para manter o atrito entre o parafuso e a porca, apresentam um elemento elástico na rosca que evita o afrouxamento da junta. Naturalmente, esse elemento de atrito também aumenta a resistência ao giro do parafuso durante o aperto e o run-down. Uma ferramenta de controle de torque poderia desligar automaticamente muito prematuramente, uma vez que o dispositivo de controle não pode identificar a diferença entre o torque prevailing e o torque de aperto. A solução é um dispositivo que identifica mecanicamente quando o aumento do torque inicia ou pela análise eletrônica do processo de aperto.

18. Ferramentas de aperto.

Ferramentas de impacto

As chaves de impacto baseiam-se no mesmo princípio do uso de um martelo para golpear uma chave de boca durante o aperto de uma porca ou parafuso, desenvolvendo o torque impacto por impacto. No caso da chave de impacto acionada por motor pneumático, o martelo é a massa combinada do rotor e do mecanismo de impacto que envia sua energia cinética, uma ou duas vezes por rotação, para o conjunto bigorna- eixo-soquete, que representa a chave na comparação.

A vantagem das chaves de impacto é que elas possuem uma capacidade muito alta em relação ao peso e tamanho da ferramenta. Como o torque de reação não é maior do que o necessário para acelerar o martelo, a força de reação transferida de volta para o operador é muito pequena, o que torna a chave de impacto muito flexível e simples de usar.

As desvantagens são o nível de ruído comparativamente alto da chave de impacto e a dificuldade de medir o torque aplicado e, consequentemente, também a possibilidade limitada de alcançar controle de torque preciso.

Consequentemente, a chave de impacto é a ferramenta ideal para o desaperto de parafusos de rosca enferrujados e emperrados no trabalho de manutenção em indústrias químicas, refinarias e outras indústrias pesadas. Elas são também adequadas para uma variedade de aplicações que não requerem o

mais alto grau de precisão.

Ferramentas de impulso

A ferramenta de impulso hidráulico tem todas as vantagens da chave de impacto, ou seja, alta velocidade e potência em uma ferramenta leve e portátil sem forças de reação e nenhuma das desvantagens, exceto a dificuldade de monitoramento dinâmico do torque aplicado.

Nas ferramentas de impulso, o torque é desenvolvido, não através do golpe metal com metal, mas através de um colchão hidráulico. Isso propicia baixo nível de ruído, um mínimo de vibração e, principalmente, boa precisão no aperto. Isso é alcançado através do controle da pressão hidráulica no mecanismo de impulso que limita o torque aplicado assim que o valor pré-estabelecido é alcançado.

A conveniência, a velocidade, os baixos níveis de ruído e de vibração e a precisão do torque tornaram a ferramenta de impulso muito popular na indústria de produção, incluindo a indústria automobilística. A limitação ocorre em aplicações que requerem documentação dos valores de torque aplicados.

Parafusadeiras e apertadeiras pneumáticas

As ferramentas pneumáticas de acionamento direto para aperto de parafusos variam desde pequenas parafusadeiras, para parafusos até M6 (1/4”) até apertadeiras de alto torque para torque de aperto de vários milhares de Nm. Nesse tipo de ferramenta, o alto toque obtido no eixo impulsor provém da transformação da potência do motor de alta velocidade em baixa velocidade através de engrenagens planetárias.

Parafusadeiras

O termo parafusadeiras define as ferramentas usadas para os menores parafusos nos quais o torque de aperto requerido é baixo o suficiente para permitir que o torque de reação desenvolvido durante o aperto seja suportado pelo operador apenas segurando a ferramenta. Na prática, isso limita a faixa a uma capacidade entre 4 e 12 Nm (M5-M6), dependendo do tipo de ferramenta, do tipo de junta e da posição de operação.

A forma mais simples de parafusadeira é a ferramenta tipo stall, na qual o torque aplicado é determinado pelo tempo no qual o motor, depois de engrenado, é capaz de apertar antes de parar. O ajuste do torque é feito através da regulagem da pressão de ar que aciona a ferramenta. Este tipo de ferramenta é freqüentemente usado para operações com demanda de torque variada, tal como parafusos para placas de metal, onde o operador interrompe o processo de aperto por controle visual. 

Entretanto, as parafusadeiras são geralmente equipadas com embreagens mecânicas. A embreagem pode ser do tipo deslizante ou ter uma função shut-off. Com a embreagem deslizante, um engate armado a mola solta-se quando o torque pré-determinado é alcançado e re-engata assim que o gatilho

é ativado. Essa é uma solução comparativamente barata e permite alguma possibilidade de acrescentar torque ou compensar um relaxamento, mas a ação tem maior ruído e o controle de torque é fraco. Parafusadeiras com shut-off têm boa precisão.

Apertadeiras

Para um torque de aperto acima da faixa normal da parafusadeira, a reação do torque se torna tão alta que o operador não consegue suportar a força com punhos retos simples e tipo pistola. Torna-se necessário o uso de algum tipo de barra de reação. Um tipo comum de ferramenta na faixa entre M6 e

M14, ou seja, torque de aperto de 10-150 Nm, é a apertadeira angular onde a própria ferramenta é projetada para atuar como uma alavanca permitindo que o operador suporte as forças de reação.

Apertadeiras de tipo pistola, apertadeiras retas e apertadeiras angulares para torque maior devem ser equipadas com uma barra de reação fixa ou um braço articulado para absorver as altas forças envolvidas.

Apertadeiras de acionamento direto encontram-se disponíveis como ferramentas tipo stall ou modelos shut-off. Elas apresentam uma precisão muito boa e são bastante adequadas para o monitoramento contínuo de torque e ângulo de aperto. Com transdutores de torque incorporados e codificadores de ângulo, o processo de aperto pode ser controlado e os dados armazenados eletronicamente.

Um tipo especial de apertadeira com punho tipo pistola é a apertadeira de alto torque acionada por motores gêmeos para até 1.500 Nm, na qual um motor, de alta velocidade, gira o parafuso e um segundo motor, de baixa velocidade, realiza o torque até o ajuste final. Modelos desse tipo oferecem aperto rápido e uma alta capacidade de torque em uma pequena ferramenta manual, com excelente precisão devido à baixa velocidade final.

Relatório por sinal de ar

Uma falha muito comum na produção em linha de montagem é o operador esquecer de apertar um parafuso numa série de operações. Isso pode ser evitado contando os apertos concluídos e através de alarme ou controle de linha, que evitam que o erro não seja registrado. Esse sistema de relatório é denominado controle-RE e, para ferramentas pneumáticas, o dispositivo consiste de um sensor de pressão que registra as variações na pressão do ar no sistema de válvula da ferramenta após shut-off. Quase todas as ferramentas pneumáticas podem ser conectadas a uma unidade de controle-RE.

Parafusadeiras e apertadeiras elétricas

Em linhas de montagem onde não há ar comprimido ou onde impurezas do ar de exaustão devem ser evitadas, as parafusadeiras elétricas, geralmente acionadas por um motor DC de baixa voltagem via um transformador, são bastante comuns.

Parafusadeiras e apertadeiras elétricas são também preferidas para montagem de veículos motorizados e em indústrias com exigências similares de segurança, controle de junta de segurança e registro de qualidade. Essas ferramentas são sistemas altamente sofisticados que possibilitam o controle contínuo do processo de aperto pelo controle da corrente.

Apertadeiras múltiplas

Quando há mais do que um parafuso em uma junta, eles podem ser apertados com uma apertadeira múltipla. O objetivo de uma apertadeira múltipla não é necessariamente aumentar a produção. Ela é também a ferramenta ideal quando os parafusos de uma junta precisam ser apertados simultaneamente ou em seqüência e, em geral, para minimizar a influência do operador no resultado do aperto. A montagem de motor é um exemplo típico de aplicação das apertadeiras múltiplas, freqüentemente em combinação com sistemas avançados de controle eletrônico.

Os motores de apertadeiras em ferramentas múltiplas podem ser pneumáticos ou elétricos, geralmente do tipo reto. O torque de reação dos eixos individuais é absorvido pelos outros parafusos na junta.

Ferramentas à bateria

Parafusadeiras elétricas à bateria tornaram-se ferramentas comuns entre artesãos, carpinteiros e adeptos do faça você–mesmo, onde a mobilidade é essencial. Durante os últimos anos, os métodos de trabalho nas linhas de montagem automotivas também mudaram, resultando no aumento do uso de ferramentas de montagem à bateria. As vantagens são a liberdade de movimento ao longo da linha de montagem e a operação dentro de compartimentos fechados sem interferências de mangueiras de ar ou o risco de cabos elétricos enroscados.

As ferramentas de montagem à bateria em versão industrial estão disponíveis como parafusadeiras tipo pistola e angular e como parafusadeiras de impulso.

19. Guia de recomendações.

20. Resumo.

O texto explica as vantagens das juntas parafusadas para a união de componentes, as características das juntas parafusadas e a influência do uso de diferentes tipos de ferramentas de aperto na qualidade da junta parafusada. Diferentes tipos de ferramentas de aperto são apresentados e suas aplicações são discutidas. O monitoramento do processo de aperto é explicado e são descritos métodos para o controle da qualidade da junta na produção em linha de montagem.