BLOCOS-PADRO: CARACTERSTICAS E NORMALIZAOGAUGE BLOCKS: FEATURE AND STANDARDIZATION

SRGIO EDUARDO CRISTOFOLETTILaboratrio de Metrologia Dimensional LaroyLab Starrett Ind. e Com. Ltda. Av. Laroy S. Starrett, 1880 Itu S.P. Email: starrett.laroylab@starrett.com.br

ALVARO JOS ABACKERLIUniversidade Metodista de Piracicaba UNIMEP Santa Brbara dOeste S.P E-mail: abackerli@unimep.br

ABSTRACT This paper describes a comparison between gage blocks standards in use around the world trying to make clear some concepts related to it (size definition, methods of calibrations, metrological features, material, hardness, dimensional stability, expanded thermal coefficients, linear accuracy, variation in length, flatness, wringability, roughness, traceability, uncertainty of measurement and calibration report). Doing so, the importance of gauge blocks and its calibration are ported out, allowing users the best choice for their manufacturing context. Keywords: gage block, standardization, calibration, length RESUMO Este artigo descreve de uma forma simplificada uma comparao de normas de blocos-padro atualmente em uso no mundo e tenta elucidar alguns conceitos como a definio de comprimento, mtodos empregados para calibrao de blocos padro, caractersticas construtivas e metrolgicas como: material, dureza, estabilidade dimensional, coeficientes de expanso trmica, exatido linear, variao do comprimento, planeza, aderncias entre superfcies, rugosidade, rastreabilidade, incerteza de medio e certificado de calibrao. Deste modo, a importncia dos blocospadro destacada, permitindo aos usurios a melhor escolha para seu contexto de manufatura. Palavras-chave: bloco-padro, normalizao, calibrao, comprimento

1. INTRODUO Com a permanente corrida pela excelncia de seus produtos, a indstria manufatureira, principalmente as metais mecnicas, tem exigido dos processos produtivos nveis crescentes de exatido. Esta corrida foi intensificada ainda no final do sculo XIX, quando a necessidade de intercambiabilidade de peas foi crucial e latente, principalmente na indstria blica. Em cenrios mais recentes, a intercambiabilidade pode ser facilmente percebida em produtos comercializados a nvel mundial, a exemplo disto podemos citar um veculo automotor que tem parte das suas peas produzidas em diferentes unidades fabris dispersas pelo mundo. Na linha de montagem, elas se encaixam perfeitamente, compondo o produto final, e a qualquer instante ou circunstncia permitem ser trocadas por outras novas. Porm, para a indstria atingir completamente o objetivo da intercambiabilidade, necessrio que ela estreite os

limites de controle (tolerncias) do que se est produzindo, e necessariamente possuir meios que garantam o xito no processo produtivo, ou seja, mquinas eficientes e capazes para a fabricao e principalmente, instrumentos de medio que sejam compatveis com a exatido requerida pelo produto. Para que este instrumento de medio seja compatvel metrologicamente, necessrio que se faa uma avaliao minuciosa das caractersticas que o define, ou seja, erros e incertezas intrnsecos ao seu uso, obtidos atravs de uma calibrao. Esta calibrao executada utilizando-se padres que garantam a qualidade metrolgica necessria ao instrumento que ser utilizado no processo produtivo. Entretanto para que haja homogeneidade das informaes so criadas normas tcnicas com o objetivo de padronizar suas formas construtivas e possibilitar um melhor entendimento entre fabricante e consumidor.

Dada a diversidade de normas tcnicas sobre um nico assunto e devido complexidade relativa aos padres de comprimento, bloco-padro, este artigo tcnico traz de forma simplificada um comparativo dos critrios tcnicos especificados nas normas com maior representatividade no mercado brasileiro.

2. DEFINIO E PADRONIZAO Poderamos definir o bloco-padro como: "Uma medida de comprimento materializada. Isto , corpo rgido em ao, metal sinterizado ou cermico resistente ao desgaste, com comprimento definido por duas superfcies planas e paralelas entre si. Estas superfcies so lapidadas com grau de acabamento espelhado, permitindo que ele seja aderido ao outros blocos com acabamento similar. Os blocos possuem comprimentos na ordem de frao de uma unidade de medida padro, por exemplo o metro (Sistema Internacional de Unidades (SI)), Por conveno, o comprimento do bloco definido como sendo um ponto particular da superfcie de medio perpendicularmente a uma superfcie plana rgida de mesmo material e acabamento onde ele foi aderido." (ISO 3.650, 1998; NBR NM 215, 2000). O bloco-padro pode ser fornecido com seco transversal retangular ou quadrada e em vrias classes de exatido para satisfazer os mais variados tipos de aplicao, conforme a qualidade dos resultados requeridos. O conhecimento de seu comprimento atravs da calibrao, com uma incerteza na medio estimada associada ao seu valor verdadeiro convencional a base para a aplicao de blocos-padro como referncia de comprimento. Com o intuito de facilitar o entendimento entre fabricantes e usurios, foram elaboradas normas tcnicas que regulamentam e normalizam os parmetros de fabricao e avaliao de conformidade, como seco transversal, material, dureza, acabamento, tolerncias para o comprimento e paralelismo entre as superfcies lapidadas. A normalizao de blocos-padro teve incio em meados do sculo XX, em julho de 1.927 na Alemanha. O documento, DIN 861, j definia o comprimento de um bloco-padro como a distncia de um ponto particular, perpendicular a uma superfcie auxiliar. Para que houvesse esta definio, a metodologia sugerida para medio deveria ser atravs de laser. Desta forma, pode-se concluir que nesta poca j havia uma corrente de pensamento em padronizar a medio de comprimento com base no comprimento de onda da luz, o que somente foi reconhecido pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas no ano de 1.960 (INMETRO, 2000). Tem-se indcios da medio de blocos-padro com interferncia de onda da luz por volta de 1.919 pelo Sr. C.G. Peters da diviso de ptica do Bureau of Standards dos Estados Unidos. (KEUREN, 1919) Por volta do final da dcada de 30, foi desenvolvida uma tcnica para minimizao de erros na medio de

comprimentos de blocos-padro com laser interferomtrico no Case School of Applied Science in Cleveland. Estes ensaios foram desenvolvidos por George D. Webber com um interfermetro desenvolvido por Albert A. Michelson em 1.881 (WEBBER, 1984) Em 1.940 foi publicada a primeira norma Britnica, BS 888 e em 1.950 foi revisada. Nesta reviso, foi includa, uma classe de referncia juntamente das trs classes originais: de calibrao, inspeo e de trabalho. Ambas tratavam dos dois sistemas de medidas, o imperial e o mtrico, alm da padronizao de acessrios. Em 1.959, a norma DIN 861 passou por revises e alteraes significativas, pelas quais foram includos dados referentes aos materiais utilizados e sobre as superfcies laterais. Em 1.964, o Bureau Nacional de Padronizao (NBS) juntamente com as Foras Armadas publicou uma norma tcnica (GGG-G-15) com conceitos sobre a incerteza de medio na calibrao dependendo da classe de exatido dos blocos, sobre blocos de proteo para preveno de desgaste, preocupaes quanto temperatura de calibrao, coeficientes de expanso trmica dos diferentes materiais utilizados para a fabricao dos blocos, e acessrios para medies. Em 1.968, a norma britnica, BS 888 que tratava de diferentes unidades, imperial e mtrico, passou por uma reviso geral, e cada uma das unidades ganhou numeraes distintas. O Sistema Imperial permaneceu com o n BS 888 e o Sistema Mtrico recebeu o n BS 4.311 Part1, que no era necessariamente idntica s demais normas publicadas nos pases europeus. Desde ento, elas identificam e quantificam os efeitos de incerteza de medio e os definem sem ambigidade. Em 1.978, a ISO publica a norma ISO 3.650 com uma srie de acrscimos tcnicos tais como: propriedades fsicas dos materiais (constantes elsticas), desvios mximos para o comprimento central, variao de comprimento, tolerncias simtricas (forma e posio) entre outras, contrariando as colocaes prvias propostas pela Alemanha. Devido a estes pontos de discordncia entre o rgo alemo de padronizao (DIN) com relao norma ISO 3.650-1978, em 1.980 a norma DIN 861 foi revisada e reeditada. Em 1.993, a norma britnica foi revisada sobre o pretexto de que os blocos em uso no poderiam ser classificados sob as mesmas condies de blocos novos, pois com o uso eles deveriam ser reclassificados nas classes de exatido inferior, a partir de ento a norma para blocos usados recebeu o n BS 4.311 Part. 3 J no Brasil, em funo de um acordo comercial dos pases do Cone Sul, que recebeu o nome de Mercosul, foi editada em 2.000, a norma NBR NM 215: 2.000 para blocospadro no mbito do comit mercosul de padronizao. A Tabela 2.1. mostra algumas normas tcnicas para blocospadro com reconhecimento internacional e a data da ltima reviso.

Tabela 2.1. - Normas internacionais atualmente recuperadas e avaliadas. rgo Pas de origem N da Norma Mercosul / ABNT Brasil NBR NM 215 International Organization for Standardization (ISO) Sua ISO 3650 Japanese Industrial Standard (JIS) Japo JIS B 7.506 British Standard Institution (BSI) Reino Unido BS 4.311 Part. 1 e 3 Deutsches Institut fr Normung (DIN) Alemanha DIN 861 Part. 1 Federal Agency EUA GGG-G-15c

Ano reviso 2.000 1.998 1.997 1.993 1980 1.976

3. CARACTERSTICAS DA PADRONIZAO Apesar da grande variedade de normas tcnicas encontradas no mercado, todas, sem exceo, enfatizam 3 pontos bsicos quanto s propriedades mecnicas dos materiais empregados na fabricao de blocos-padro, que so: dureza, estabilidade dimensional ao longo do tempo e coeficiente de expanso trmica favorvel. Alm destes fatores, um outro tem sido busca constante dos fabricantes, a resistncia ao desgaste e uso. Quanto parte metrolgica pode ser observado que todas as normas buscam uma padronizao quanto s caractersticas geomtricas, que so: comprimento central, variao de comprimento, planeza das superfcies de medio, perpendicularidade entre as superfcies, dimenses tpicas da seco transversal, aderncia, rugosidade das superfcies lapidadas, rastreabilidade a padres nacionais, certificado de calibrao e uma incerteza de medio associada ao seu comprimento. A seguir, as propriedades mecnicas e metrolgicas, sero discutidas em detalhes. Pretende-se contextualizar cada uma das normas mencionadas na Tabela 2.1.

3.1. Propriedades mecnicas: Nos primeiros anos do desenvolvimento do bloco-padro, por volta de 1.896, seu idealizador, Johanson, com seus conhecimentos metalrgicos da poca, manufaturava os blocos em aos com as mesmas caractersticas daqueles utilizados em rolamentos de esferas. Porm, este material era um tanto vulnervel ao uso ou a corroso e causava uma instabilidade dimensional em pouco tempo. (WEBBER, 1984). Anos mais tarde, nos Estados Unidos, tentou-se utilizar para sua confeco materiais como: a gata, o quartzo, stellite, invar, ao e ao ferramenta, porm os quatros primeiros foram desconsiderados pois seus coeficientes de expanso trmica diferenciavam muito dos coeficientes do ao, o que dificultava a sua utilizao uma vez que todas as partes produzidas eram medidas em temperatura ambiente e as dilataes no se assemelhavam a estes materiais (KEUREN, 1919). Tendo em vista o problema trmico, as pesquisas de matrias-prima inclinaram-se para os materiais que tivessem seus coeficientes de expanso trmica mais prximos do que se produzia na indstria de

transformao. Como resultados deste desenvolvimento, materiais como a liga de Ao SAE 52100, sinterizados de carboneto de tungstnio e carboneto de cromo, alm de materiais com tcnicas de tratamento superficial avanado, como Ao Inoxidvel Nitretado, era uma realidade entre os fabricantes de blocos-padro na dcada de 60 (WEBBER, 1965) (QUALITY ASSURANCE, 1963). Com a evoluo das tcnicas metalrgicas e com o surgimento do tratamento trmico no sculo passado, foi possvel controlar melhor as composies das ligas metlicas partindo de um ao base, e melhorar consideravelmente as condies de produo e as caractersticas de resistncia ao desgaste, estabilidade dimensional e homogeneidade do material. Atualmente podemos contar tambm com materiais cermicos, que tem como base o xido de Zircnio para a produo de blocos-padro, tendo o coeficiente de expanso trmica prximo ao do ao. Desde ento o desenvolvimento da matria-prima foi o fator de primeira ordem para atingir a qualidade satisfatria, uma vez que ela responsvel diretamente pela condio tima de operacionalidade dos blocos-padro. Como diretriz de conduta para os fabricantes nortearem seus processos produtivos, atendendo aos requisitos das propriedades fsicas-mecnicas dos materiais, os comits de normalizao padronizaram no formato de uma norma tcnica os parmetros como segue:

a) Dureza Atravs de uma tmpera homognea, controlada e de alta tecnologia desejado que se tenham garantias na dureza que conferiro aos blocos-padro maior resistncia ao desgaste por atrito com outras partes, sejam atravs de montagens (composio de medidas) ou em qualquer outra forma onde os blocos entraro em contato com partes rgidas. Pode-se observar de uma maneira genrica que as normas ditam parmetros de controle para a dureza e so baseadas nas escalas Vickers e Rockwell. Tem-se, como regra geral, que a dureza no deve ser menor que 62HRC (62 pontos Rockwell na escala C) para aos ligados, 68HRC para ao ao cromo e 70HRC para metal duro (sinterizados) (GGGG-15c, 1976) enquanto que se pode observar 800HV0,5 (800 pontos Vickers com massa de 0,5kg), aproximadamente 64HRC, para qualquer material utilizado

na fabricao de blocos-padro (ISO 3650, 1.998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7506, 1997)(NBR NM 215, 2000). Apesar de no ser previsto inicialmente e mencionado na literatura normatizada, os materiais cermicos ganham espao dia a dia devido s qualidades mecnicas e a dureza deste material estimada em torno de 74 a 76 HRC (WEBBER GAGE, 2000).

b) Estabilidade Os blocos idealmente deveriam conservar seus comprimentos originais eternamente, enquanto no submetidos a esforos mecnicos. Todavia muitos fatores contribuem para que o comprimento no permanea o mesmo durante a vida til do bloco, mesmo que ele no tenha sido utilizado. A estabilidade diretamente influenciada por acomodaes microestruturais e pela dureza do bloco-padro (MEYERSON et. al., 1968).

A estabilidade pode ser vista sob dois aspectos distintos. A primeira, e a causa mais provvel, a decomposio de uma fase instvel como a martensita para uma mais estvel como a ferrita e a cementita. A outra causa considerada uma redistribuio gradual das tenses internas e da superfcie (MEYERSON et. al., 1968). Devido a estes fatores, a estabilidade (tambm conhecida como deriva) um parmetro estabelecido pelas normas e buscado pelos fabricantes com o intuito de minimizar as mutaes metrolgicas de planeza e exatido no comprimento. Todavia, a estabilidade dimensional dada em funo da classe de exatido com os valores expressos em unidades de comprimento por tempo (como regra geral em m/ano) e levando em considerao o comprimento nominal do bloco-padro. Para exemplificar o enunciado acima, na Tabela 3.1. so mencionados os dados observados em cada uma das normas, quanto a estabilidade dimensional ao longo do tempo.

Tabela 3.1. Estabilidade dimensional Variao permissvel Norma Classe de Exatido Unidade Planeza no comprimento / ano ISO 3650: 1.998 Ke0 (0,02 + 0,25 x 10-6 l) NBR NM 215: 2.000 1e2 (0,05 + 0,5 x 10-6 l) 00, 0 e K (0,02 + 0,0005 x l) DIN 861: 1.980 1e2 (0,05 + 0,001x l) m/ano BS 4311 Part. 1 Todas* (0,02 + 0,0005 x l)* Ke0 (0,02 + 0,000 25 x l) JIS B 7506: 1.997 1e2 (0,05 + 0,000 5 x l) 0.5 0,02 m/25mm/ano 0,03 GGG-G-15c 1e2 0,03 m/25mm/ano 0,05 3 0,05 m/25mm/ano 0,07 * se mantido a uma temperatura entre 10 a 30C Onde l o comprimento nominal em mm. Os dados da Tabela 3.1. somente so aplicveis nos casos em que os blocos no tenham sofrido nenhuma influncia externa e condies anormais de temperatura, vibrao, choques mecnicos, campos magnticos ou foras mecnicas. no se garante durante o processo produtivo da matria prima este valor constante e com o intuito em dar uma diretriz este coeficiente possui uma tolerncia de 1,0 x 10-6 m/m/C (ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000). Outros materiais, como: carboneto de cromo (8,5 x 10-6 m/m/C) e o carboneto de tungstnio (6,5 x 10-6 m/m/C) tambm so contemplados como materiais plausveis de serem utilizados (GGG-G-15c: 1976). Uma outra categoria de material que vem ganhando destaque na produo blocos-padro o sinterizado cermico, em particular o xido de zircnio, que possui caractersticas de expanso trmica (9,9 x 10-6 m/m/C) prximas do ao (STARRETT, 1996). Recomenda-se que o fornecedor informe ao usurio o coeficiente de expanso trmica do bloco-padro, uma vez que se pretenda compensar as dilataes ou contraes quando este bloco for utilizado em ambiente com temperatura diferente de 20C

c) Coeficiente de expanso trmica favorvel Como mencionado, em funo de grande parte do que se produz na indstria manufatureira ser composto basicamente de ligas de ao, intensificou-se o desenvolvimento de matrias primas para confeco dos blocos que possussem coeficientes de expanso trmica muito prximos aos do ao. Aps intenso desenvolvimento de pesquisa e aperfeioamento dos materiais, o ao recebe destaque em todas as normas analisadas, sendo que seu coeficiente de expanso trmica estimado em 11,5 x 10-6 m/m/C para uma temperatura controlada entre 10 e 30C. Todavia,

3.2. Propriedades metrolgicas: Como definido, os blocos-padro possuem caractersticas fsico-geomtricas e propriedades metrolgicas que o torna um padro de referncia para medio de comprimentos. Alm de atenderem todas as caractersticas fsicogeomtricas e propriedades metrolgicas, outras variveis devem ser alvo de anlise para garantir a reprodutibilidade do seu comprimento, como por exemplo: temperatura de 20C e presso atmosfrica padro de 101325Pa = 1,01325bar (ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000), alm de um controle na presso padro de vapor d'gua de 1333Pa e 0,03% de dixido de carbono no ambiente (JIS B 7.506, 1997). Todavia o tratamento dado pelas normas em distribuir os blocos-padro em classes de exatido, deixa a evidncia de que a aplicao destas condies ambientais seja aplicvel somente s classes que requerem maior controle para atingir exatido nas medies ou calibraes. a Tabela 3.2. d um exemplo baseado na norma BS 4.311. Tabela 3.2. - Tolerncias admissveis para medio central Tolerncia para medio central Comprimento [m] a 20C Nominal [mm] Classe de exatido Ke0 1 2 De 0 a 10 0,12 0,25 0,50 De 10 a 25 0,15 0,30 0,60 De 25 a 50 0,20 0,40 0,80 De 50 a 75 0,25 0,50 1,00 De 75 a 100 0,30 0,60 1,20 Como recomendao, os blocos da classe K de todas as demais normas ou 0.5 da norma GGG- G-15c devem ser calibrados com laser interferomtrico e as demais classes sejam calibradas pelo processo mecnico de apalpao (os processos de calibrao sero tratados a seguir), utilizando aqueles blocos de classe K ou 0.5, originalmente calibrados com laser, como padro de transferncia (ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000) (GGG-G-15c, 1976) (BS 4.311 Part. 1; 1993). Enquanto as classes K e 0.5 tm uma aplicao mais nobre, as demais classes so destinadas a trabalhos mais genricos como calibrao de outros instrumento ou padres de comparao para a indstria. Entretanto, para que haja melhor entendimento na discusso que seguir, imprescindvel uma apresentao da nomenclatura padronizada para cada parte de um bloco padro. A Figura 3.1. foi referenciada na norma NBR NM 215: 2000.

Figura 3.1. - Nomenclatura das superfcies (NBR NM 215: 2000) Para que sejam satisfeitas todas as condies metrolgicas de um bloco-padro, torna-se necessrio observar os critrios segundo os tpicos normatizados abaixo:

a) Comprimento central O comprimento central tem como definio a distncia perpendicular do ponto localizado no centro da superfcie plana livre, at um plano de referncia onde a superfcie oposta est aderida. Tal definio dada considerando que esta medio tenha sido efetuada com o auxlio de um laser interferomtrico em blocos com classe K ou 0.5. Para as demais classes, definido como a distncia perpendicular de um ponto particular na superfcie de medio e o ponto correspondente na superfcie oposta medida pelo processo mecnico de comparao contra um bloco da classe K ou 0.5 a uma temperatura de 20C. (BS 4.311 Part. 1; 1993). Enquanto na norma britnica a definio do comprimento central est intimamente concatenada com o sistema de medio (laser ou mecnico) na japonesa (JIS B 7506; 1997) definido que um mesmo bloco-padro possui dois comprimentos centrais se as superfcies de medio no forem paralelas entre si, como pode ser visto na Figura 3.2.

Figura 3.2. Comprimento do centro (JIS B 7.506; 1997). Desta forma, conclu-se que os comprimentos Lc e Lc 1 so diferentes, enquanto que as demais normas analisadas mencionam simplesmente que o comprimento central do bloco a distncia medida no ponto central da superfcie de medio livre.

Na Tabela 3.3. esto todas as classes de exatido das normas analisadas e as respectivas tolerncias para o

comprimento central.

Classe de exatido 0.5 (GGG-G-15c) 0,03 1 (GGG-G-15c) 0,05 2 (GGG-G-15c) +0,10/-0,05 0 (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) 0,12 K e 0 (BS 4.311 Part. 1 e 3) 0,12 3 (GGG-G-15c) +0,20/-0,10 K (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) 0,2 1 (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) 0,2 1 (BS4311 Part. 1 e 3) 0,25 2 (ISO 3.650, JIS B 7.506, NBR NM 215) 0,45 2 (BS4311 Part. 1 e 3) 0,5 3 (BS4311 Part. 3) +0,5/-1,0 4 (BS4311 Part. 3) +0,5/-2,0

Tabela 3.3. - Comparativo de classes de exatido (Erro do Meio[m]) Comprimento At 10 mm At 25 mm At 50 mm At 75 mm 0,04 0,08 +0,15/-0,08 0,14 0,15 +0,30/-0,15 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6 +0,6/-1,2 +0,6/-2,4 0,05 0,10 +0,20/-0,10 0,2 0,2 +0,40/-0,20 0,4 0,4 0,4 0,8 0,8 +0,8/-1,6 +0,8/-3,2 0,06 0,13 +0,25/-0,12 0,25 0,25 +0,45/-0,22 0,5 0,5 0,5 0,1 0,1 +0,1/-2,0 +0,1/-4,0

At 100mm 0,08 0,15 +0,30/-0,15 0,3 0,3 +0,60/-0,30 0,6 0,6 0,6 1,2 1,2 +1,2/-2,4 +1,2/-4,8

b) Variao de comprimento A variao de comprimento, popularmente conhecida como paralelismo, define-se como a diferena entre a medio mxima e a mnima do comprimento. Tal medio feita medindo-se um ponto central e um em cada canto nas superfcies de medio a uma distncia de 1,5mm das bordas. Caso sejam medidos pontos no coincidentes com os cantos, o usurio deve ser informado onde os pontos foram tomados (BS 4.311 Part. 1; 1993)(ISO 3.650, 1998)(DIN 861 Part. 1, 1980)(JIS B 7.506, 1997)(NBR NM 215, 2000). A norma GGG-G-15c, especifica como variao de comprimento a medio em duas linhas ortogonais que passam pelo centro da superfcie de medio, e a variao mxima de comprimento dada pelo pior resultado obtido entre as duas linhas medidas (DOIRON & BEERS, 1995).

Segundo relato em entrevista concedida pelo Sr. David Friedal1 (1996): "Apesar da medio nos quatro cantos para quantificar a variao de comprimento mxima de um bloco, segundo as normas com reconhecimento internacional (ISO, DIN, JIS), ser mais abrangente e cobrir uma rea maior que est sendo avaliado, as razes pelas quais medimos nas bordas atravs de linhas ortogonais, o fato dos blocos serem utilizados, na maior parte das vezes, nesta condio. A exemplo disso, poderamos dizer que quando calibramos um paqumetro, raramente ou nunca o faremos com o bloco-padro apoiado entre os bicos de medio na posio diagonal". A Tabela 3.4. resume os critrios de aceitao para a variao no comprimento com base nas normas analisadas

Classe / Norma

Tabela 3.4. - Tolerncias admissveis para variao no comprimento[m] Comprimento At 25mm At 50mm At 75mm 0,03 0,05 0,05 0,10 0,10 0,12 0,16 0,30 0,03 0,05 0,06 0,10 0,10 0,12 0,18 0,30 0,03 0,07 0,06 0,10 0,12 0,12 0,18 0,35

At 100mm 0,03 0,07 0,07 0,10 0,12 0,12 0,20 0,35

0.5 (GGG-G-15c) 1 (GGG-G-15c) K (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1) 2 (GGG-G-15c) 0 (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1) 3 (GGG-G-15c) 1 (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1) 2 (ISO3650, JIS B7506, NBR NM215, BS4311 Part. 1)

c) Planeza das superfcies de medio Como pode-se observar na definio de comprimento de um bloco-padro, usa-se uma superfcie auxiliar para a

aderncia deste bloco. Disso, no difcil entender que a planeza seja de suma importncia na medio do comprimento deste bloco.

Sr. David Friedal - Gerente da Qualidade da Webber Gage Div. Subsidiria da The L.S. Starrett Co. e membro do conselho de normalizao dos Estados Unidos da Amrica.

A planeza da superfcie de medio definida por todas as normas analisadas como a menor distncia entre dois planos paralelos, onde todos os pontos desta superfcie de medio esto contidos. Nas Tabelas 3.5. e 3.6. esto as tolerncias admissveis para a planeza de superfcies de medio em funo do comprimento e da classe de exatido. Tabela 3.5. - Tolerncias para a planeza de blocos-padro Tolerncia para planeza [m] Comprimento Classe de exatido Nominal [mm] K (00)1 0 1 2 2 0,05 0,10 0,15 0,25 0,5 ln 150 0,10 0,15 0,18 0,25 150 < ln 500 0,15 0,18 0,20 0,25 500 < ln 1.000Observaes: 1 A classe 00 somente prevista na norma alem (DIN 861 Part. 1) 2 Comprimentos acima de 100 mm no so contemplados na Norma britnica (BS 4.311 Part. 1)

Figura 3.3. - Erro de Perpendicularidade (Ep). Este erro de perpendicularidade no afeta diretamente o comprimento do bloco-padro, porm no devem exceder os valores estabelecidos nas normas. A Tabela 3.7. apresenta os valores mximos admissveis para este erro. Tabela 3.7. - Valores permissveis para perpendicularidade entre as superfcies de medio e as superfcies laterais (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997)(DIN 861 Part. 1, 1980) (BS 4.311 Part. 1; 1993) Mximo admissvel de Comprimento nominal [mm] Perpendicularidade [mm] De 10 at 25 (de 0 a 25)1 50 Acima de 25 at 60 70 Acima de 60 at 150 2 100 Acima de 150 at 400 140 Acima de 400 at 1.000 180 Observaes: 1 a BS 4.311 contempla comprimentos partindo do 0mm 2 os comprimentos na BS 4.311 vo at 100mm Em complemento aos dados desta tabela a tolerncia entre as superfcies laterais adjacentes no deve ser maior que 9010'. A norma GGG-G-15c (1.976) identifica como erro de perpendicularidade mximo entre qualquer superfcie adjacente de 5', para qualquer comprimento de bloco-padro.

Tabela 3.6. - Tolerncia para planeza segundo GGG-G-15c Tolerncia para planeza [m] Comprimento Classe de exatido Nominal [mm] 0.5 1 2 3 At 50 0,03 0,05 0,10 0,12 0,03 0,07 0,10 0,12 50 < ln 100 0,07 0,10 0,12 100 < ln 200 0,10 0,12 0,15 200 < ln 500 O erro de planeza das superfcies de medio nos blocos com comprimento superior a 2,5mm no devem ser maiores que os valores admissveis tabelados, estando ou no aderidos a um plano auxiliar, enquanto que os blocos com comprimento nominal at 2,5mm no devem exceder os valores especificados quando aderidos a um plano auxiliar com espessura no inferior a 11mm. Caso estes blocos no sejam aderidos, as superfcies de medio devem estar planas dentro de 4m. A partir dos dados mencionados nas tabelas, podemos concluir que os blocos de classe K e 0.5, por terem as suas faces mais planas que as demais classes de exatido, tenha a aplicao mais nobre e sejam recomendados para empenharem o papel de padro de referncia no processo mecnico de calibrao de outras classes.

d) Perpendicularidade entre as superfcies O Erro de Perpendicularidade Ep, entre as superfcies de medio e as superfcies laterais, pode ser entendido como sendo o maior afastamento de um ponto particular na superfcie lateral com relao a um plano ideal perpendicular a superfcie de medio. A Figura 3.3. exemplifica este erro de perpendicularidade.

e) Dimenses tpicas da seo transversal Os blocos possuem basicamente duas sees transversais e so divididas de acordo com o comprimento nominal como na Tabela 3.8 (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997)(DIN 861 Part. 1, 1980) (BS 4.311 Part. 1; 1993) e na Tabela 3.9 (GGG-G-15c,1976).

Tabela 3.8. - Dimenses da seco transversal [mm] Comprimento Largura Erros mx. Altura Erros mx. nominal nominal Admissveis nominal Admissveis At 10 30 0 -0,05 9 -0,3 -0,20 De 10 a 1.000 35 Tabela 3.9. - Dimenses da seco transversal [mm] Comprimento Largura Erros mx. Altura Erros mx. nominal nominal Admissveis nominal Admissveis At 0,3 20 0,2 9 0,1 De 0,3 a 10 30 De 10 a 500 35

f) Aderncia Aderncia de blocos-padro a propriedade que duas superfcies planas e polidas (com mesmo acabamento) possuem em associarem entre si, sem qualquer agente colante. Considerada uma das caractersticas mais importantes do bloco-padro, a aderncia possibilita montagens sucessivas de blocos, comumente conhecido como pilha de blocos, gerando "qualquer comprimento" que se deseja. Virtualmente, pode se afirmar que o comprimento da pilha gerada pela associao de blocos tem o mesmo comprimento que a soma dos comprimentos individuais dos blocos que a compuseram. Porm, as normas mencionam que quando medido atravs do laser interferomtrico, o comprimento do bloco-padro inclui o comprimento desta camada que se encontra entre o blocopadro e a superfcie plana auxiliar. Desta forma, se o comprimento desta camada for quantificado pode-se corrigir o valor do comprimento da montagem, acrescentando o nmero de vezes ao valor da pilha. O fenmeno da aderncia pode ser abordado sob algumas teorias (WEBBER, 2000): 1) a tenso da superfcie pelo leo remanescente, atua sobre o bloco como um adesivo que os mantm aderidos. 2) a ao do deslizamento de um bloco em relao a outro com uma leve presso faz com que a pequena pelcula de leo e o ar sejam expulsos do interstcio existente entre eles, formando ali uma presso negativa, vcuo. Com a presso atmosfrica agindo em torno dos blocos faz com que se mantenham "colados". 3) quando duas superfcies com acabamento especular e plano so sobrepostas, elas permitem a atrao atmica entre si atravs da troca de eltrons criando assim uma forca molecular, isto somente possvel em vcuo absoluto ou na ausncia completa de leo entre as superfcies de medio.

g) Rugosidade das superfcies de medio A rugosidade superficial est diretamente ligada ao nvel de exatido dos blocos-padro e, como foi mencionado, capacidade de aderncia a outro bloco-padro. Outro fator importante que quando se fala em calibrao com laser interferomtrico, quanto menor a rugosidade superficial, melhor ser o resultado da calibrao (GGG-G-15c, 1976)(DOIRON & BEERS, 1995). A rugosidade da superfcie de medio do bloco-padro deve ser determinada pela mdia aritmtica da rugosidade ou o mximo predominante do pico-a-pico conforme a Tabela 3.10, extrada da norma americana (GGG-G-15c, 1976).

Tabela 3.10. - Rugosidade das Superfcies de Medio Classe de Rugosidade superficial [m] exatido Pico-a-Pico Mdia Aritmtica 0,5 0,07 0,02 1 0,07 0,02 2 0,10 0,03 3 0,10 0,03

h) Rastreabilidade a padres nacionais A rastreabilidade a garantia de que o comprimento de um bloco tem reconhecimento cientfico-legal atravs de uma hierarquia consistente at o padro nacional de comprimento, que por sua vez foi calibrado contra um padro reconhecido mundialmente. De forma genrica, as normas tcnicas referenciam uma rastreabilidade obrigatria para blocos-padro, com o objetivo de se ter credibilidade e confiabilidade sobre os resultados. Porm, de forma mais clara e objetiva, as normas americana e britnica relatam que na impossibilidade do fabricante ou por qualquer motivo no seja aceita a calibrao dos blocos por algum laboratrio, que os blocos sejam calibrados em rgos oficiais do governo ou nos laboratrios que tenham o reconhecimento formal pelo

governo. Em adio, a norma britnica cita o provedor de credenciamento de laboratrios (NAMAS).

i) Processos de calibrao Dois so os processo de calibrao de blocos-padro mencionados em todas as normas tcnicas, um usando tecnologia laser e outro por comparao mecnica, ambos possuindo particularidades distintas. Com laser interferomtrico devem ser observados alguns parmetros ambientais como temperatura de 20C, presso atmosfrica padro de 101325Pa = 1,01325bar, controle na presso padro de vapor d'gua de 1333Pa e 0,03% de dixido de carbono no ambiente, fatores que influenciam nos resultados finais da calibrao. Por outro lado, pelo processo mecnico de medio, alm da temperatura, outros fatores inerentes ao processo, como por exemplo as constantes fsicas dos blocos de referncia e do calibrado, so conhecimentos primordiais para a credibilidade do resultado final. Quando se executa a calibrao de blocos com comprimento superior a 100mm recomenda-se que seja feito na horizontal, bi-apoiada, a uma distncia de 0,2115 x comprimento nominal das extremidades. Caso seja na vertical, deve ser compensado a compresso (encurtamento no comprimento) devida massa do bloco (GGG-G-15c, 1976). A calibrao pelo processo mecnico de contemplar o erro do meio, tomado no centro da superfcie de medio, e a variao do comprimento com a medio dos 4 cantos, a uma distncia de 1,5mm das bordas, se diferente deve ser informado no certificado onde ocorreu a medio (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997)(DIN 861 Part. 1, 1980)(BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993).

e qual o coeficiente de expanso trmica utilizado para as correes (DIN 861 Part. 1, 1980). J pelo processo mecnico o certificado deve conter todas informaes necessrias de forma a no trazer duplas interpretaes. imprescindvel informar o comprimento central, a incerteza estimada associada, rastreabilidade e o coeficiente de expanso trmica utilizado para as correes de dilatao e contrao (NBR NM 215, 2000)(ISO 3.650, 1998)(JIS B 7.506, 1997). Alm destas informaes, outros dados complementares so desejveis, tais como: informaes do conjunto calibrado, rastreabilidade a padres nacionais, data de emisso e assinatura autorizada (BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993) alm de informar qual foi a superfcie de medio apoiada na mesa de medio. (DIN 861 Part. 1, 1980)(GGG-G-15c, 1976). Aps a correo de todas as influncias e erros inerentes calibrao, os blocos devem ser reclassificados e o conjunto de blocos dever ser rotulado em uma classe de exatido pelo pior resultado apresentado no certificado de calibrao deste conjunto (BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993).

k) Incerteza de medio associada ao comprimento As normas GGG-G-15c e a BS 4.311 Parte 1 possuem parmetros sobre mxima incerteza de medio associada s classes de exatido dos blocos. Nas Tabelas 3.11 e 3.12 esto os valores de incerteza de medio mxima. Enquanto que as demais normas analisadas, mencionam que a informao sobre incerteza de medio deve ser fornecida no certificado de calibrao. Tabela 3.11. - Incerteza de medio de comprimento dos blocos (BS 4.311 Parte 1) Comprimento Classe de Exatido [m] Nominal [mm] K 0,1 e 2 At 10 0,03 0,08 De 10 a 25 0,04 0,10 De 25 a 50 0,06 0,12 De 50 a 75 0,07 0,15 De 75 a 100 0,09 0,18

j) Certificado de calibrao Para o processo de calibrao com laser interferomtrico recomendado informar no certificado qual face foi aderida

Comprimento 3 Nominal Comprimento Planeza e Comprimento Planeza e Comprimento Planeza e Comprimento Planeza e [mm] do meio paralelismo do meio paralelismo do meio paralelismo do meio paralelismo At 100 0,03 0,03 0,05 0,03 0,05 0,03 0,05 0,05 De 100 a 200 0,07 0,03 0,15 0,03 0,15 0,05 De 200 a 300 0,10 0,03 0,20 0,03 0,20 0,05 De 300 a 500 0,12 0,03 0,25 0,03 0,25 0,05

Tabela 3.12. - Incerteza de medio de comprimento planeza e paralelismo de blocos [m] (GGG-G-15c, 1.976) Classe de Exatido 0.5 1 2

3.1. Outras Caractersticas Normalizadas: Em alguns casos, as normas no se limitam exclusivamente ao tratamento das questes tcnicas (construo e requisitos de qualidade) do objeto em questo, fazendo meno sobre quantas peas devem ser fornecidas em jogos padronizados, sobre preveno ao uso indevido, sobre a recuperao das superfcies de medio que sofram avarias pelo uso, sobre a forma e o tipo de embalagem, sobre a periodicidade de calibrao em funo da classe de exatido e sobre a padronizao de acessrios (GGG-G-15c, 1976) (BS 4.311 Part. 1; 1993)(BS 4.311 Part. 3; 1993). Outras, entretanto, fornecem informaes especficas como a radiao do laser estabilizado por absoro saturada e radiao de lmpadas espectral (JIS B 7.506, 1997). 4. CONCLUSES E CONSIDERAES Como evidenciado nas normas tcnicas, a qualidade metrolgica dos blocos sofre influncia direta por dois principais parmetros: valor central e variao no comprimento do bloco. Tendo em vista que o bloco-padro o meio de transferncia de comprimento mais usual no processo produtivo, devido flexibilidade de gerao de qualquer comprimento atravs da montagem, de suma importncia que o usurio busque o tipo ou a classe de exatido que seja adequado sua aplicao. Outro fator importante para a tomada de deciso na compra quanto s incertezas de medio que sero fornecidas juntamente com os blocos. Entretanto, necessrio tambm que o usurio assuma seu papel na responsabilidade por mant-los em bom estado de conservao, observando as recomendaes dos fabricantes quanto s precaues ao uso indevido e manuteno dos blocos. Apesar do pequeno nmero de normas avaliadas, se comparado ao universo da normalizao de blocos-padro, estima-se que entre estas normas analisadas, esto as principais, uma vez que o maior nmero de fabricantes destes padres esto localizados nestes pases. Ainda podemos deduzir que as demais normas produzidas em outros pases tambm possuam o mesmo cunho representativo, se no muito prximo do que se publica pela ISO, uma vez que ela internacional.

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