Tolerância de planicidade em conjuntos soldados usinados de grande porte: o que especificar

A planicidade é a característica mais especificada em excesso em um desenho de estrutura pesada. É também uma das mais caras, porque apertá-la não acrescenta um pouco de custo: acrescenta uma passada de acabamento, um segundo alívio de tensões, uma máquina diferente, ou as três coisas.

Eis o que a tolerância significa, o que é realisticamente alcançável e como escrever uma que compre o que você precisa.

O que a planicidade realmente é

Planicidade é uma tolerância de forma. Ela define uma zona entre dois planos paralelos, e a superfície inteira deve ficar dentro dela. Nada diz sobre orientação nem sobre posição em relação a qualquer outra coisa: uma superfície pode ser perfeitamente plana e muito inclinada, e ainda assim passar.

Essa distinção importa, porque o que as pessoas muitas vezes querem não é planicidade, mas paralelismo entre dois planos de montagem, ou coplanaridade entre vários apoios separados. Especificar planicidade quando se quer coplanaridade é uma confusão comum e cara: quatro apoios podem ser lindamente planos cada um e ainda assim ficar em quatro planos diferentes.

Se o que importa é que quatro pés assentem em um único plano, escreva coplanaridade ou use uma indicação de perfil de superfície contra um datum. O seu fabricante agradecerá e o seu orçamento será menor.

Valores realistas

Números arredondados da prática em conjuntos soldados de aço carbono:

Condição	Planicidade típica	Observações
Soldado, sem alívio	0.3–0.8 mm por 300 mm	Muito variável conforme o arranjo das juntas
Soldado, com alívio de tensões	0.3–0.5 mm por 300 mm	Mais consistente, não mais apertado
Usinado, padrão	0.05 mm/m	O padrão comum
Usinado, apertado	0.02 mm/m	Exige boa máquina e um segundo alívio
Usinado, precisão	Abaixo de 0.02 mm/m	Trabalho especializado, com temperatura controlada, caro

Duas coisas a notar. Primeiro, o alívio de tensões não melhora muito a planicidade do soldado: ele faz a usinagem posterior se manter. Segundo, o passo de 0.05 para 0.02 mm/m não é um aumento de custo de 2.5×; é uma mudança de processo.

A tolerância deve crescer com o tamanho

Uma regra prática: a planicidade alcançável cresce aproximadamente com a raiz quadrada da dimensão característica. Dobre o comprimento de uma superfície e espere permitir cerca de 1.4× a tolerância para a mesma dificuldade de fabricação.

Uma planicidade de 0.05 mm em um apoio de 300 mm é rotina. Os mesmos 0.05 mm ao longo de 3 m são um problema de outra ordem: o erro das próprias guias da máquina, o crescimento térmico da peça durante o corte e a forma como a peça é apoiada passam a ser dominantes.

Por isso a planicidade costuma ser especificada por unidade de comprimento (0.05 mm/m) e não como um único valor total. Se você escrever um único valor total para uma superfície longa, confira o que isso implica por metro antes de liberar o desenho.

A sequência que torna a tolerância alcançável

A planicidade se compra no processo, não na bancada de inspeção:

1. Projete para a simetria. Um arranjo de soldas equilibrado em torno do eixo neutro se move muito menos do que um soldado de um só lado. Veja controle de distorção na soldagem de chapa pesada.
2. Alivie as tensões antes de usinar. Inegociável se você quer que a superfície fique no lugar; veja alívio de tensões para bases de máquinas soldadas.
3. Desbaste, alivie de novo se for grossa, depois acabe. Remover muito metal libera tensão. Em seções pesadas, um segundo alívio entre as passadas é o que sustenta os números mais apertados.
4. Apoie a peça da forma como ela será apoiada em serviço. Uma estrutura de 4 m presa rigidamente à mesa da máquina pode ser usinada perfeitamente plana e voltar elasticamente ao ser solta. Boas fábricas usinam sobre apoio em três pontos que imita a fundação.
5. Deixe a peça chegar à temperatura. Uma peça trazida de um pátio frio e cortada imediatamente vai crescer durante a operação.

Medir, e combinar como

Uma tolerância que você não consegue combinar como medir não é uma tolerância. Em superfícies grandes, o método muda o número:

• Régua e calibre de lâminas: rápido, grosseiro, bom para verificações do soldado
• Nível de precisão e varredura: tradicional, bom em guias de máquina, lento
• Laser tracker: o padrão prático para estruturas grandes; precisão tipicamente na casa das dezenas de mícrons ao longo de metros
• CMM de grande envelope: o mais preciso, limitado pelo tamanho da máquina, normalmente terceirizado

Especifique o método, o número de pontos e a condição de apoio. “Planicidade 0.05 mm/m, medida por laser tracker sobre apoio em três pontos, mínimo de 25 pontos” é uma tolerância. “Tem que ser plano” é uma conversa. Mais sobre os instrumentos em inspeção dimensional de estruturas grandes.

A temperatura faz parte da especificação

O aço dilata aproximadamente 12 µm por metro por °C. Em uma superfície de 4 m, uma diferença de 10 °C entre o piso da fábrica e a sua planta equivale a cerca de 0.5 mm de variação de comprimento, e se a peça for aquecida de forma desigual, parte disso aparece como erro de forma.

Para qualquer coisa mais apertada do que 0.05 mm/m, indique a temperatura de inspeção (20 °C é a referência usual) e deixe um tempo de estabilização. Sem isso, você e a fábrica podem medir a mesma peça no mesmo dia e discordar.

Quatro perguntas antes de liberar o desenho

1. Eu quero dizer planicidade, coplanaridade ou paralelismo? Têm custos diferentes.
2. Esta superfície precisa mesmo ser usinada? Uma superfície jateada e retificada é muito mais barata e muitas vezes basta para uma montagem não crítica.
3. Posso usar calços? Projetar um pacote de calços de 3 mm é de graça. Usinar um segundo plano não é.
4. Que número o cálculo deu? Não o número do último desenho. Tolerâncias herdadas são a fonte mais comum de custo de usinagem evitável; veja o que determina o custo de estruturas pesadas e skids.

Tem uma estrutura com uma indicação de planicidade que você não sabe se é realista ou acessível? Envie o desenho e diremos o que ela implica em termos de processo, em até 24 horas úteis.