Capítulo 2                               BLOCOS PADRÃO2.1 GENERALIDADES2.1.1 Definição     Blocos padrão são padrões de co...
Na figura 2.2 é apresentado o resultado de calibração de blocos padrão entre 1970 e1991, realizados no PTB, órgão primário...
Americana        : GGG-G-15   Internacional    : ISO 3650    Como principais fabricantes no mundo citam-se: CARL ZEISS, KO...
2.1.5 Apresentação – Jogos    A fim de alcançar um bom aproveitamento dos blocos padrão, estes são reunidos emjogos que se...
fim de verificar se há amassamentos (deformações permanentes) que prejudicarão a     aderência e a própria planicidade de ...
-     Blocos protetores: são Blocos Padrão de metal duro aderidos à superfícies extremas      de blocos padrão comuns, qua...
2.3 DEFINIÇÃO DE COMPRIMENTO DE UM BLOCO PADRÃO E ERROS2.3.1 Comprimento de um Bloco Padrão   “O comprimento de um bloco p...
Figura 2.5: Acessórios de Blocos Padrão.  Figura 2.6: Erros de Blocos Padrão.                                           8
2.4 AS CLASSES DE ERRO E SUAS APLICAÇÕES  Pela norma DIN 861 e ISO 3650 os blocos são classificados quanto ao erro do meio...
Os blocos padrão de trabalho, já que são usados no nível de oficina, entram emcontato com superfícies relativamente áspera...
Se os erros individuais não são conhecidos, utiliza-se para avaliação do erro dacomposição os desvios admissíveis de cada ...
2.6 BLOCOS PADRÃO DE CERÂMICA  Estes blocos padrão são fabricados com um tipo de cerâmica cujo componente base éo ZIRCÔNIO...
como padrão de comprimento para medir peças em aço, o que constitui mais umavantagem para o uso destes últimos. O fator de...
Figura 2.8: Blocos Padrão de Cerâmica: Resistência à abrasão.Para ilustrar a eficiência das superfícies destes blocos , ap...
Figura 2.9: Blocos Padrão de Cerâmica: Estabilidade Térmica e Dimemsional.2.6.6 Resistência Mecânica a Impactos São altame...
2.6.7 Gravações  Em função de serem realizadas por um processo de laser, as gravações docomprimento e do número de fabrica...
-     Processamento e comparação das medições de forma manual;-     Documentação externa e manual.    Este sistema automat...
2.7.2 Método Interferométrico  a) Medição do Erro de Planicidade    A planicidade das superfícies de medição é verificada ...
Figura 2.12: Controle da Superfície de Medição de Bloco Padrão.      Figura 2.13: Medição Automatizada da Planicidade.    ...
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  1. 1. Capítulo 2 BLOCOS PADRÃO2.1 GENERALIDADES2.1.1 Definição Blocos padrão são padrões de comprimento ou ângulo, corporificados através deduas faces específicas de um bloco, ditas “faces de medição”, sendo que estas facesapresentam uma planicidade que tem a propriedades de se aderir à outra superfície demesma qualidade, por atração molecular. A característica marcante destes padrões está associada aos pequenos erros decomprimento, em geral de décimos ou até centésimos de micrometros ( µm ), que sãoobtidos no processo de fabricação dos mesmos. Em função disto, pode-se afirmar que osBlocos Padrão exercem papel importante como padrões de comprimento em todos osnível da Metrologia Dimensional.2.1.2 Tipos Quanto à forma da seção transversal do bloco, esta pode ser quadrada, retangularou circular (figura 2.1). Os blocos de secção quadrada ou circular podem ou não serfurados no centro. As dimensões dos blocos de secção quadrada são normalizados pela norma GGG-G-15, norma americana. A grande vantagem destes blocos é a estabilidadeproporcionada pela forma da secção quando o mesmo é utilizada na posição vertical.No brasil praticamente não se utilizam este tipo de bloco. As dimensões dos blocos de secção retangular são normalizadas pela norma ISO3650 e outras. Os blocos maiores de 100 mm apresentam furos em cada extremidade,cuja finalidade é permitir a montagem de um dispositivo que garanta a união de umacomposição formada por dois ou mais blocos.2.1.3 Fabricaçãoa) Material Os blocos padrão são fabricados em aço liga, metal duro, cerâmica, entre outros. Paraos blocos em aço, quando for exigida uma alta resistência ao desgaste, as superfícies demedição podem ser protegidas por dois blocos protetores, fabricados de metal duro( carbonetos sinterizados). Como o aço tem tendência de alterar o seu volume com o decorrer do tempo, aestabilidade dimensional dos blocos padrão pode ser significativamente afetada. Paraminimizar este fenômeno usa-se liga que tenha uma boa estabilidade dimensional. 1
  2. 2. Na figura 2.2 é apresentado o resultado de calibração de blocos padrão entre 1970 e1991, realizados no PTB, órgão primário em metrologia na Alemanha. Os blocos padrãocalibrados, de comprimento 24,5 , 30 , 80 e 100 mm, nunca foram utilizados emprocessos de medição. Observa-se que dois blocos, o de 100 e 30 mm, apresentavamcomprimento de valor próximo a 0,5 µm durante este período. Observa-se também queesta alteração ocorreu distintamente para cada bloco. Os blocos de 100 e 80 mmtiveram alteração de comprimento positiva e os de 30 e 24,5 mm tiveram alteração decomprimento negativa, isto é, reduziram seus comprimentos. Um bloco seria consideradoestável caso seu comportamento fosse próximo daquele do exemplo da figura 2.1, isto é,as variações de comprimento são insignificantes e oscilam em torna da linha zero. As variações de comprimento permitidas para cada bloco a cada ano, são em geralespecificadas nas normas técnicas, como por exemplo a norma DIN 861. Os fabricantes de Bloco Padrão em cerâmicas a base de zircônio afirmam que esteefeito é significativamente menor nestes blocos, como veremos adiante. É importante que se tenha conhecimento do coeficiente de expansão térmica domaterial e do módulo de elasticidade a fim de que, quando usado em mediçõescriteriosas, os correspondentes erros possam ser compensados.b) Processo Para os blocos de aço até cerca de 100 mm de comprimento, eles são inteiramentetemperados. Nos comprimentos maiores apenas os extremos são endurecidos. Para realizar o alívio de tensões, aplicam-se diversos processos de “envelhecimentoartificial” de acordo com a composição química do aço utilizado. O elevado grau de acabamento das superfícies de medição é obtido através delapidação fina, que assegura grau de planicidade e ao mesmo tempo, uma rugosidadebaixíssima das mesmas.2.1.4 Normas e Fabricantes Relaciona-se a seguir algumas normas e recomendações técnicas referentes adefinição, tipos e uso de blocos padrão. Alemã : DIN 861, DIN 2260 VDE/VDI 2605 (Blocos Padrão angulares) Francesa : NF E 11-010 Inglesa : BS 4311 (Blocos Padrão de seção retangular) BS 5317 (Blocos Padrão de seção circular, “barras”) e NPL SPECIFICATION MOY/SCMI/1B (Blocos Padrão angulares). Suíça : VSM 57100 Japonesa : JIS B 7506 2
  3. 3. Americana : GGG-G-15 Internacional : ISO 3650 Como principais fabricantes no mundo citam-se: CARL ZEISS, KOBA, MITUTOYO,KURODA, MATRIX, STARRETT-WEBBER, CEJ, MAHR, TESA, etc. Figura 2.1: Tipos de Blocos Padrão (BP). Figura 2.2: Alteração do Comprimento de Blocos Padrão. 3
  4. 4. 2.1.5 Apresentação – Jogos A fim de alcançar um bom aproveitamento dos blocos padrão, estes são reunidos emjogos que se diferem entre si pelos seguintes fatores: mínimo escalonamento, faixa que oescalonamento abrange número de peças que os constituem. Estes jogos consistem de várias séries dimensionais ( sub-grupos de dimensões).Partindo de base 1,000 mm, existem séries dimensionais em milésimos de mm (1,001 até1,009), centésimos (1,01 até 1,09), décimos, etc. Os jogos mais usuais são padronizadospela DIN 2260. Um jogo de blocos padrão bastante usado é o chamado jogo normal,denominado jogo “N”. Compõe-se de 45 peças que formam 5 sériesdimensionais conforme consta na figura 2.3. O jogo permite compor qualquer dimensãoentre 3 103 mm com escalonamento de 0,001 mm. Fora dos limites mencionados, o jogo permite a realização de algumas medidas(porém, não todas) com o escalonamento indicado. Não se pode compor, por exemplo,as medidas 1,011, ..., 1,019. Outra limitação é que para a composição de medidas forados limites é necessário juntar maior número de blocos padrão, do que o previsto pelanorma, o que resulta na introdução de maiores erros.2.2 ASPECTOS OPERACIONAIS2.2.1 Recomendações de Utilização Enorme cuidado é tomado pelo fabricante de um jogo de blocos padrão: na seleçãodo material, na retificação, no tratamento térmico, nos processos de lapidação, nainspeção, na gravação das inscrições e números, na calibração e na embalagem dosmesmos. Mesmo os Blocos Padrão de grau 2 (DIN 861), usados nas oficinas, devem sermanuseados por pessoal experiente a fim de que em pouco tempo os blocos não estejamdesgastados. Alem disto, o operador deve: - Evitar o aparecimento de oxidações nas superfícies de medição resultante de umidade, agentes corrosivos, etc. Para isto é necessário que após cada dia de trabalho os blocos sejam limpos com benzina ou similar e untados com uma camada de vaselina. Este material de limpeza deve ser de preferência de uso exclusivo dos blocos padrão. - Usar pinças de madeira ou plástico para manipular blocos pequenos. - Evitar usar os blocos em superfícies oxidadas, ásperas ou sujas. - Evitar a todo custo um coque mecânico (queda, batida com outro sólido). Mas ocorrendo, deve-se examinar ambas as faces de medição, usando um plano ótico, a 4
  5. 5. fim de verificar se há amassamentos (deformações permanentes) que prejudicarão a aderência e a própria planicidade de outros colocados em contato. - Evitar a atuação de radiação térmica, campos magnéticos e elétricos. - Manter em suas respectivos embalagens quando não usados. - Evitar de deixar os blocos padrão aderidos por muito tempo. Todas as recomendações citadas devem ser mais rigorosas quanto melhor for a classe de erro do Bloco Padrão.2.2.2 Composição de Blocos Padrão É muito comum na indústria, ser necessário a utilização de comprimento padrão nãodisponíveis diretamente através de um bloco, sendo necessário a combinação de duas oumais peças. As superfícies de medição de blocos padrão (em função de sua elevada planicidade eacabamento superficial) aderem uma à outra (“colam-se”) quando se ajustamprogressivamente entre si, através do deslizamento e leve pressão. Para obter estaaderência é indispensável (além do bom estado das superfícies sem riscos, batidos,amassamentos, etc, mesmo que mínimos) que não fiquem quaisquer partículas estranhas( pós, por exemplo), entre as superfícies em questão. Recomenda-se o seguinteprocedimento: as superfícies devem ser primeiramente limpas com benzina retificada ousimilar, eliminando-se graxa velha oxidada e pó. Aplica-se, em seguida, uma quantidademínima de vaselina pura, especial, que espalha-se com pano limpo. Procedendo destamaneira, a superfície do bloco padrão fica limpa (brilhante) sendo coberta apenas porum filme mínimo (invisível) de vaselina. Uma vez preparadas as superfíciescorrespondentes de dois blocos a serem aderidos, os mesmos são justapostos com oseixos maiores de seção transversal inicialmente perpendiculares entre si, de acordo comoé apresentado na figura 2.4a , usando-se um certo movimento relativo deslizante nosentido da flecha. Por giro e leve pressão (figura 2.4b) ambas as superfícies são levadas auma superposição completa (figura 2.4c) ligando-se entre si por adesão entre asmoléculas dos dois blocos e ficando “aderidas” (coladas).2.2.3 Acessórios Os blocos, principalmente os de trabalho, nem sempre são usados isoladamente.Em conjunto com outros acessórios podem ter diversas funções (figura 2.5). - Base: é útil quando se utilizar blocos grandes sem que haja o perigo de tombarem. Junto com outros acessórios pode formas um graminho de precisão. - Porta blocos: serve para manter vários blocos aderidos em conjunto com blocos de transferência. - Blocos de transferência: há vários tipos que junto com o porta blocos cria uma gama de instrumentos: graminho, calibrador de roscas internas, etc. 5
  6. 6. - Blocos protetores: são Blocos Padrão de metal duro aderidos à superfícies extremas de blocos padrão comuns, quando estes estiverem sendo usados em meio hostil, isto é, provocando desgaste. Conjunto Especial Conjunto Standard ( Normal ) Série Blocos Escalonamento Série Blocos Escalonamentodimensional número dimensões dimensional número dimensões 1 9 1,001 até 1,009 0,001 1 9 1,001 até 1,009 0,001 2 49 1,01 até 1,49 0,01 2 9 1,01 até 1,09 0,01 3 19 0,5 até 9,5 0,5 3 9 1,1 até 1,9 0,1 4 9 10 até 90 10 4 9 1 até 9 1 5 9 10 até 90 10 Conjunto Conjunto Conjunto Standard Standard Especial ( 2ª combinação ) 1,005 1,002 1,08 1,005 1,003 1,9 1,48 1,03 3 4,5 1,05 90 90 1,1 96,985 96,985 1,8 40 50 96,985 Dimensões Comprimento a b dos blocos Medida Tolerância Medida Tolerância b de 0,5 até 10,1 30 b +0 9 -0,05 de 10,1 até 1000 35 -0,3 -0,2 a Figura 2.3: Padronização de BP. Figura 2.4: Colagem de Blocos Padrão. 6
  7. 7. 2.3 DEFINIÇÃO DE COMPRIMENTO DE UM BLOCO PADRÃO E ERROS2.3.1 Comprimento de um Bloco Padrão “O comprimento de um bloco padrão de superfícies plano-paralelas é igual aoafastamento entre duas superfícies planas de medição das quais uma é a superfície deum corpo auxiliar na qual o bloco padrão está inteiramente ligado por uma das suasfaces e a outra é a face livre do bloco padrão”. As premissas são: - o bloco padrão não está solicitado mecanicamente de maneira alguma que poderia provocar variação de comprimento; - o corpo auxiliar é do mesmo material e com a qualidade (e textura) da superfície igual às do bloco padrão; - a ligação entre o bloco padrão e o corpo auxiliar é feita da mesma maneira como descrito para ligação de blocos padrão entre si, sendo excluídos expressamente quaisquer meios que poderiam favorecer a adesão. Por outro lado, conta-se com um filme “infinitesimal” de lubrificante entre assuperfícies de medição, como ocorre no uso normal de blocos padrão justapostos. Os blocos padrão são executados e medidos quanto ao comprimento quecorporificam, bem como quanto a sua forma geométrica: planicidade, paralelismo e ograu de acabamento das suas superfícies de medição.2.3.2 Caracterização dos Erros Os parâmetros mais importantes que caracterizam metrologicamente os blocos padrãosão o erro do meio e a constância de afastamento (paralelismo e planicidadeassociadas).a) Erro do meio (Em) O erro do meio é a diferença entre o comprimento efetivo do bloco padrão na regiãocentral (Lm), e o comprimento nominal (Ln), (figura 2.6). Em = Lm – Lnb) Constância de Afastamento (CA) É a combinação dos erros de paralelismo e planicidade, e corresponde a diferença entre o maior e o menor comprimento entre as faces do bloco padrão, quando medido nos quatro cantos e no centro. É caracterizada na figura 2.6 como sendo a soma do desvio positivo (D.pos. = comprimento máximo menos o comprimento do meio) com desvio negativo (D.neg. = comprimento do meio menos o comprimento mínimo). Assim: CA = Lmax - Lmin 7
  8. 8. Figura 2.5: Acessórios de Blocos Padrão. Figura 2.6: Erros de Blocos Padrão. 8
  9. 9. 2.4 AS CLASSES DE ERRO E SUAS APLICAÇÕES Pela norma DIN 861 e ISO 3650 os blocos são classificados quanto ao erro do meio econstância de afastamento em cinco classes de erro, a saber: 00, K, 0, 1 e 2. O máximoerro admitido em cada uma das classes (tolerância de fabricação) é dado em função docomprimento, conforme pode ser observado na tabela figura 2.7. A seleção da classe de erro depende da finalidade para a qual o bloco padrão sedestina.Pode-se adotar as seguintes recomendações: - Classe de erro 00 – especialmente indicada como padrão de referência em laboratórios de Secundários de Metrologia (laboratórios credenciados na RBC, por exemplo). É usada na calibração de blocos padrão com classe de erro 0, 1 e 2 pelo método diferencial de medição (método de comparação). - Classe de erro K – apresenta a mesma tolerância de constância de afastamento da classe “00”, porém tolerâncias no comprimento (Em) iguais ao da classe 1. A principal vantagem em ralação a classe ”00” é o custo mais baixo com a mesma qualidade metrológica, já que os erros do meio (Em) são corrigidos durante a sua utilização. - Classe de erro 0 – para altas exigências, em medições criteriosas no ajuste de máquinas de medição, em medições diferenciais criteriosas durante a qualificação de padrões e calibradores quando se exige pequena incerteza de medição. É a classe de erro utilizada como referência para calibração de blocos da classe 1 e 2. O uso é restrito, quase que exclusivamente para laboratórios de metrologia dimensional. - Classe de erro 1 – usa-se para as mesmas finalidades acima, porém, onde as tolerâncias não são tão rígidas, por exemplo, no posto central de controle de qualidade da fábrica. - Classe de erro 2 – para uso geral, ajuste de instrumentos convencionais, medições diferenciais onde o nível de tolerância não é apertado. Quanto a sua aplicação (não quanto à classe de erro) os blocos padrão classificam-se em: - blocos padrão de trabalho - blocos de verificação - blocos de comparação - blocos de referência Em geral, a classe superior (exemplo, referência) serve como padrão para calibrar econtrolar classes imediatamente inferior (exemplo, comparação). 9
  10. 10. Os blocos padrão de trabalho, já que são usados no nível de oficina, entram emcontato com superfícies relativamente ásperas, e sofrem por isso uma forte solicitação dedesgaste. É indispensável uma calibração dos blocos padrão em intervalos de temposdefinidos, dependendo da intensidade de uso. Os blocos de referência, por outro lado, devido ao pouco freqüente, limitado aoscasos de grande importância (calibração) sofrem desgaste mínimo e conservam suascaracterísticas metrológicas por períodos prolongados de tempo. Em laboratórios de metrologia é imprescindível a existência de padrões de referência,que são blocos padrão com certificados de calibração nos quais são indicados os errosdo meio e constância ser recalibrados. 2.5 ERRO DE UMA COMPOSIÇÃO DE BLOCOS O erro ∆L de uma composição de blocos padrão calcula-se a partir dos erros domeio (Em) dos blocos padrão que formam a composição do comprimento em questão. Como exemplo, analisar-se-á o erro da composição os comprimento de 138,345 mm,composta dos blocos padrão de classe de erro 1, de acordo com a primeira coluna databela 2.1.COLUNA 1 COLUNA 2 COLUNA 3 COLUNA 4 COLUNA 5 COLUNA 6 Comprimento Erros Erros Quadrados dos 2/3 do erro Quadrados dos dos blocos individualmente máximos erros máximos máximo valores da padrão na medidos (dados permitidos permitidos permitido coluna 5 composição de calibração) (µm) (µm) (mm) (µm) 1,005 + 0,20 ± 0,20 0,04 ± 0,133 0,018 1,04 - 0,18 ± 0,20 0,04 ± 0,133 0,018 1,3 - 0,15 ± 0,21 0,04 ± 0,140 0,020 5 - 0,20 ± 0,22 0,05 ± 0,147 0,022 40 + 0,32 ± 0,36 0,13 ± 0,240 0,058 90 + 0,48 ± 0,56 0,31 ± 0,373 0,140 138,345 + 0,47 ± 1,75 0,61 ± 1,166 0,276Tabela 2.1 – Avaliação dos erros de um comprimento formado com blocos padrão classede erro 1.Se o erro Em, em cada um dos blocos padrão usados na composição é realmenteconhecido (fixado, por exemplo, pela medição comparativa, ou seja, através decalibração, com um jogo de blocos padrão da classe de erro K), o erro da composição éobtido como uma soma algébrica simples dos erros individuais dos blocos. Os erros dosblocos padrão, individualmente estabelecidos em uma operação de calibração,encontram-se, junto com os sinais reais, na Segunda coluna da tabela, sendo o erro dacomposição igual à soma algébrica dos mesmos, ou seja, DL = +0,47 mm. 10
  11. 11. Se os erros individuais não são conhecidos, utiliza-se para avaliação do erro dacomposição os desvios admissíveis de cada bloco padrão, de acordo com a norma e asua classe de erro. Na terceira coluna da tabela, tem-se os erros admissíveis dos blocospara classe de erro 1. A soma dos valores positivos (negativos) dá o valor máximopositivo (negativo) do erro da composição. Este valor máximo poderia ocorrer quando nacomposição todos os blocos tivessem o máximo erro permitido e, mais ainda, todos como mesmo sinal. Já que isto é muito pouco provável, O erro assim estabelecido não temsentido prático. De acordo com a teoria de erros usa-se pois, a fórmula:∆L = ± E M 1 ± E M 2 ± ... ± E Mn 2 2 2onde:EM1 ... EM2 são erros máximos permitidos. Os quadrados destes erros encontram-se naquarta coluna da tabela, sendo a soma dos mesmos igual a 0,61. Ao se usar a fórmulalembrada, obtém-se para o erro da composição: ∆L = ± 0,61 = ±0,78 = ±0,8µmComo o procedimento que melhor corresponde à realidade, recomenda-se às vezes,calcular o erro não com os desvios máximos como constam na terceira coluna da tabela,mas com apenas 2/3 destes valores. Os valores respectivos podem ser apreciados naquinta coluna da tabela e os quadrados dos mesmos na sexta coluna, resultando nassomas 1,166 e 0,276 respectivamente. O erro da composição é pois,∆L = ± 0,276 = ±0,53 = ±0,5µmPara o cálculo informativo rápido pode-se usar a seguinte fórmula aproximada quedispensa o cálculo moroso com quadrados e raiz quadrada.∆L = ±  ... .∑ EM i 1 2 n    2 3  i =1Ao se substituir nesta fórmula as somas obtidas nas colunas terceira e quarta,respectivamente, obtém-se, como erro da composição os valores  1 2∆L1 = ± ... .1,75 = ±(0,9até1, 2)µm  2 3∆L2 = ± ... .1,166 = ± (0,6até 0,8)µm 1 2   2 3 11
  12. 12. 2.6 BLOCOS PADRÃO DE CERÂMICA Estes blocos padrão são fabricados com um tipo de cerâmica cujo componente base éo ZIRCÔNIO, que é um dos materiais mais duráveis encontrados até hoje. A seguir serão apresentadas as características mais importantes destes padrões, semprefazendo-se um paralelo com os blocos fabricados em aço e em metal duro. Chama-se a atenção para o fato de que somente os resultados que serão descritosadiante foram divulgados pelos fabricantes destes padrões. Somente o tempo poderáconfirmar integralmente as vantagens destes padrões em relação aos tradicionais blocospadrão de aço.2.6.1 Resistência a Corrosão Os blocos padrão cerâmicos são totalmente imunes ao ataque de agentes corrosivos.É uma grande vantagem, principalmente em função do contato constante destes padrõescom o suor humano. Em função disto, estes blocos dispensam tratamento anti-corrosivosou outros cuidados de armazenamento.2.6.2 Resistência à Abrasão E resistência à abrasão dos blocos cerâmicos é de cinco a dez vezes maior do que osfabricados em aço e de quatro a cinco vezes maior de que os fabricados em metal duro. Esta superioridade dos blocos cerâmicos é devido ao seu baixo coeficiente de atrito etambém à sua densa e homogênea estrutura granular. Na figura 2.8 é apresentado o resultado da perda de material devido a abrasão parablocos de diferentes materiais. Cada bloco foi carregado igualmente e friccionado commovimentos circulares sobre um desempeno de ferro fundido (DIN-1693-77).2.6.3 Estabilidade Dimensional Diferente dos blocos fabricados em aço, os blocos não apresentam variaçãodimensional significativa no decorrer do tempo. A figura 2.9a mostra comparativamenteas variações dimensionais de um bloco cerâmico de 100 mm (após a sinterização) e asde um bloco de aço, também de 100 mm, após seu tratamento térmico.2.6.4 Coeficiente de Expansão Térmica, Módulo de Elasticidade, Dureza eCondutibilidade Térmica Na figura 2.10 são apresentadas as principais propriedades físicas e mecânicas dosblocos padrão de cerâmica, aço e metal duro. Em função da proximidade entre os coeficientes de expansão térmica da cerâmica abase de zircônio e o aço, os blocos padrão de cerâmica podem ser usados normalmente 12
  13. 13. como padrão de comprimento para medir peças em aço, o que constitui mais umavantagem para o uso destes últimos. O fator de condutibilidade térmica da cerâmica é relativamente baixa comparada ao doaço, o que significa dizer que o bloco cerâmico necessita o dobro do tempo,comparativamente ao aço, para alcançar a temperatura ambiente (equilíbrio térmico). Noentanto, em algumas situações isto poderá se tornar tão rapidamente devido asmudanças da temperatura ambiente, comparada ao sue similar de aço. O tempo necessário para a estabilização térmica dos blocos de cerâmica depende dascondições ambientais, do comprimento do bloco, bem como da diferença inicial detemperatura entre o bloco e o ambiente. Na figura 2.9b é apresentado o resultado daestabilização térmica de dois blocos de 100 mm, um de aço e outro de cerâmica, queforam segurados na mão durante três minutos e a seguir suas variações dimensionaisforam medidas. Valores dos erros em µm 00 0 1 2 K Comprimento nominal Em CA Em CA Em CA Em CA Em CA mm de até ± ± ± ± ± - - 10 10 0,06 0,05 0,12 0,10 0,20 0,16 0,45 0,30 0,20 0,05 10 10 25 25 0,07 0,05 0,14 0,10 0,30 0,16 0,60 0,30 0,30 0,05 25 25 50 50 0,10 0,06 0,20 0,10 0,40 0,18 0,80 0,30 0,40 0,06 50 50 75 75 0,12 0,06 0,25 0,12 0,50 0,18 1,00 0,35 0,50 0,06 75 75 100 100 0,14 0,07 0,30 0,12 0,60 0,20 1,20 0,35 0,60 0,07 100 100 150 150 0,20 0,08 0,40 0,14 0,80 0,20 1,60 0,40 0,80 0,08 150 150 200 200 0,25 0,09 0,50 0,16 1,00 0,25 2,00 0,40 1,00 0,09 200 200 250 250 0,30 0,10 0,60 0,16 1,20 0,25 2,40 0,45 1,20 0,10 250 250 300 300 0,35 0,10 0,70 0,18 1,40 0,25 2,80 0,50 1,40 0,10 300 300 400 400 0,45 0,12 0,90 0,20 1,80 0,30 3,60 0,50 1,80 0,12 400 400 500 500 0,50 0,14 1,10 0,25 2,20 0,35 4,40 0,60 2,20 0,14 500 500 600 600 0,60 0,16 1,30 0,25 2,60 0,40 5,00 0,70 2,60 0,16 600 600 700 700 0,70 0,18 1,50 0,30 3,00 0,45 6,00 0,70 3,00 0,18 700 700 800 800 0,80 0,20 1,70 0,30 3,40 0,50 6,50 0,80 3,40 0,20 800 800 900 900 0,90 0,20 1,90 0,35 3,80 0,50 7,50 0,90 3,80 0,20 900 900 1000 1000 1,00 0,25 2.00 0,40 4,20 0,60 8,00 1.00 4,20 0,25 Figura 2.7: Tolerâncias para Blocos Padrão segundo a norma DIN 861.2.6.5 Aderência das Superfícies Devido ao alto grau de uniformidade e densidade de sua estrutura granular, asuperfície dos blocos cerâmicos se auto aderem com a mesma facilidade dos blocospadrão de aço em estado de novo. A força requerida para desmontagem de blocoscerâmicos é aproximadamente 30% superior àquela necessária para desmontagem deblocos de aço. 13
  14. 14. Figura 2.8: Blocos Padrão de Cerâmica: Resistência à abrasão.Para ilustrar a eficiência das superfícies destes blocos , apresentamos a seguir osresultados da composição dos comprimentos de 20 mm e 41 mm, através da montagemde dois blocos, de 10 mm dois blocos de 20,5 mm, respectivamente. Foram medidos os erros do meio de cada bloco utilizado. A soma dos erros de cadapar de blocos foram utilizados como referência para determinar o erro nominal dacomposição. Após montagem dos blocos (10 e 10mm / 20,5 e 20,5 mm), cada uma delas foitambém medida na posição central. O erro resultante da montagem foi calculado peladiferença entre o erro do meio efetivo da montagem e a soma dos erros individuais decada bloco como apresentado na tabela 2.2.Comprimento nominal dos blocos (mm) 10 10 20,5 20,5Erro do meio de cada bloco (µm) +0,24 +0,26 +0,21 +0,25Soma dos erros individuais (µm) +0,50 +0,46(erro do comprimento nominal de montagem)Erro do meio efetivo da montagem (µm) +0,47 +0,48Erro resultante da montagem (µm) +0,03 +0,02 Tabela 2.2 – Erros resultantes da montagem de blocos cerâmicos. Os resultados apresentados mostram que os erros da composição de um comprimentopela aderência (montagem) de blocos cerâmicos é insignificante. 14
  15. 15. Figura 2.9: Blocos Padrão de Cerâmica: Estabilidade Térmica e Dimemsional.2.6.6 Resistência Mecânica a Impactos São altamente resistentes a quedas ou impactos em uso normal. Os erros devidos às deformações superficiais provocadas por impactos ou rebarbas sãototalmente desprezíveis e facilmente removíveis. MATERIAL PROPRIEDADE CERÂMICA AÇO METAL DURO (ZrO2) Dureza (HV) 1350 800 1650 Coeficiente de Expansão Térmica 10 ± 1 11,5 ± 1 5 (10-6 K-1) Módulo de Elasticidade 2,1 2,1 6,3 (x 105 N/mm2) Fator de Condutibilidade 0,00293 0,0544 0,0795 Térmica (J/mm.s.K) Figura 2.10: Blocos Padrão: Propriedades Físicas e Mecânicas. 15
  16. 16. 2.6.7 Gravações Em função de serem realizadas por um processo de laser, as gravações docomprimento e do número de fabricação permanecem claras e nítidas durante um longotempo (praticamente toda vida útil do bloco), ao contrário do que acontece com seusimilar de aço que é sensível à corrosão.2.7 MÉTODOS DE CALIBRAÇÃO DE BLOCOS PADRÃO2.7.1 Método Diferencial É o método mais simples e rápido para medir o erro do meio (Em) e a constância deafastamento (CA). No caso do Em, a calibração consiste em comparar um bloco com outro de classe deerro superior, denominado de bloco de referência. Para este conjunto (referência) os errosdo meio são determinados através de calibração, que são executadas por laboratórioscredenciados. Conhecendo-se os erros do padrão de referência, os erros do bloco acalibrar podem ser determinados. Na figura 2.12 temos uma bancada de calibração de blocos padrão. Através demedição diferencial, chega-se ao erro do meio do bloco a calibrar pela expressão: Ec = Xc – ( Xp – Ep ) Sendo: Ec = Erro do meio do bloco a calibrar Ep = Erro do meio do bloco de referência Xp = Medida obtida no bloco à calibrar Xc = Medida obtida no bloco de referência Já no caso da constância de afastamento (CA), mede-se o comprimento do blocopadrão em 5 posições ( figura 2.11). O erro de CA é a diferença entre o comprimentomáximo e mínimo determinados. Portanto, para sua determinação não é necessário autilização do bloco padrão de referência. A fim de tornar a calibração mais rápida e confiável, o CERTI e o LABMETROdesenvolveram um sistema automatizado de calibração de blocos padrão pelo métododiferencial. Este sistema automatizado reduz o tempo de medição e confere confiabilidade àcalibração de blocos padrão de comprimento, orienta o operador durante o processo demedição, realiza aquisição de dados, processa-os, compensa erros e gera documentaçãodos resultados (certificado de calibração). A calibração realizada tradicionalmente de forma manual, implica em: - Registro manual dos valores das medições em planilhas; 16
  17. 17. - Processamento e comparação das medições de forma manual;- Documentação externa e manual. Este sistema automatizado tem como funções:- Receber os dados nominais dos blocos padrão;- Orientar e supervisionar o procedimento de medição;- Efetuar automaticamente as leituras;- Processar as leituras conforme uma metodologia adequada;- Apresentar os resultados. As características deste sistema são:- Compensação do erro sistemático do bloco padrão de referência, correções de comprimento devidos aos diferentes coeficientes de expansão térmica, bem como erros de achatamento devido à diferença de material entre os blocos (referência e a calibrar), permitindo que o trabalho de calibração tenha menor incerteza de medição aumentando a confiabilidade dos resultados;- Emissão de relatórios apresentando: . erros do meio; . desvios máximo e mínimo; . constância de afastamento; . classe de erro, segundo norma pré-definida, na qual o bloco padrão se enquadra em função dos erros medidos;- Pequena interferência do operador no processo de medição, não exigindo maior especialização do mesmo, pois o sotware é extremamente simples de ser operado;- Importante economia de tempo, comparativamente ao processo manual;- Criação de uma base de dados diferenciada por cada conjunto de bloco padrão calibrado. Figura 2.11: Método Diferencial. 17
  18. 18. 2.7.2 Método Interferométrico a) Medição do Erro de Planicidade A planicidade das superfícies de medição é verificada utilizando-se o efeito deinterferência luminosa. Sobre a superfície do bloco padrão coloca-se um plano óptico(placa de vidro altamente plana). De acordo com o caráter de desvios da planicidadeaparecem diversos padrões de franjas de interferência. Na figura 2.12a, tem-se aconfiguração de franjas correspondente a uma superfície convexa. Na figura 2.12b, asuperfície é cilíndrica, e com um defeito (risco) local. Na figura 2.12c, tem-se um padrãode franjas bom: sendo poucas, é claro que a inclinação não é grande e além disso, oparalelismo e retilineidade das franjas prova a planicidade. As extremidades quebradasdas franjas correspondem a uma faixa marginal de largura de 1 mm no máximo, querepresenta uma região de segurança que não pode ser usada para a medição. A figura2.12d mostra a superfície levemente convexa. Ao se usar a luz monocromática, cujocomprimento de onda (λ) é conhecido (por exemplo cor amarelo-laranja de sódio tem λ= 0,575 µm), uma distância entre franjas que corresponde a diferença em altura dosreferidos lugares em λ /2 pode ser calculada numericamente. Assim, na figura 2.12d, oafastamento entre os pontos 1 e 2 na direção ortogonal ao plano óptico é λ /2 ( no casoda luz de sódio acima lembrada), o afastamento é (0,28 µm) e a distância entre ospontos 1 e 3 é dois terços da distância entre as franjas vizinhas, ou seja:( 2/3 ) . ( λ/2 ) = λ/3= 0,19 µm Esta medição pode ser realizada através de um sistema completamente automatizado,sem contato para medição de planicidade de superfícies altamente planas. Foiinicialmente idealizado para medição de planicidade de blocos padrão, porém compequenas variações pode ser expendido para medição de paralelismo, ortogonalidade, econstância de afastamento e possivelmente com aplicações em superfícies não planas,tais como superfícies esféricas, cilíndricas e outras. Este sistema utiliza um laser de HeNe e se baseia em princípios interferométricos e tema particular vantagem de não envolver componentes ópticos de precisão, uma vez queaberrações ópticas são identificadas e corrigidas por software. Os erros de repetitividade deste sistema podem chegar a 0,01 µm (figura 2.13). b) Medição do erro do Meio Para verificação do Erro do meio do blocos padrão (essencialmente os de classes deerro 00 e K) utiliza-se a interferência luminosa. No processo trabalha-se com um sistemapadrão de medição baseado no comprimento de onda de um luz monocromática. O erromáximo deste sistema padrão é de ± (0,02+L/5000) µm, ou seja, um valor quasemetade de um casa decimal melhor que o erro máximo no bloco padrão. 18
  19. 19. Figura 2.12: Controle da Superfície de Medição de Bloco Padrão. Figura 2.13: Medição Automatizada da Planicidade. 19

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