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A que se propõem os elementos de fixação e como  utilizá-los num moderno parque industrial - Parte II

 

“Dr. Roberto Garcia busca fundamentar o papel dos fixadores no universo industrial”, parte II

 

Na edição anterior desta Revista do Parafuso (RP65, Agosto/Setembro de 2017) foi explanada a variedade de componentes que são denominados elementos de fixação, com particular ênfase nos parafusos. Também foi definido o conceito de esforço combinado, a relação entre a força gerada pelo parafuso e sua força axial, cuja razão é o rendimento (η), e que é função exclusiva do coeficiente de atrito de rosca. Do ponto de vista qualitativo, esperar-se que um parafuso respeite às exigências normalizadas, constante na ISO 989 – Parte I, que podem ser consolidadas na Figura 5, aqui re-apresentada. A figura 5 relaciona algumas propriedades, tais como limite de escoamento e resistência à tração e as respectivas durezas, com a classe de resistência. 

Figura 5: Valores de dureza, limite de escoamento e de resistência à tração para atingir os requisitos normalizados, para as diversas classes de resistência

Finalmente também re-apresento a Figura 7, onde ludicamente procuro associar a classe de resistência com a função do parafuso, isto é, o seu uso específi co, a tal “Síndrome dos Botões da Camisa do Gordinho”.

Na Figura 7 procuro, de maneira divertida, associar a classe de resistência com a função do parafuso, isto é, o seu uso específi co e a partir desta figura, é possível relacionar a classe de resistência com a aplicação do parafuso, ou seja, quanto maior a exigência maior será a classe e vice-versa.

Figura 7: Escala Empírica de Tensões Residuais, em função do uso do parafuso (no caso os botões da camisa), associadas às diversas classes de resistência, ou “Síndrome dos Botões da Camisa do Gordinho”.

•Quesitos de Desempenho

Conhecendo-se as propriedades normalizadas, a próxima fase é correlacionar os requisitos (normalizados) com os quesitos (de desempenho), lembrando que estes últimos são muito mais abrangentes que os primeiros.

A finalidade de um parafuso é fixar alguma coisa em alguma coisa. A premissa básica: que força tensora é necessária e qual parafuso devo especificar para obter tal força, com uma determinada margem de segurança.

Inicialmente devemos conhecer a capacidade de geração de força de um parafuso.

O conceito de classe de resistência expressa as propriedades em MPa (N/mm²), ou seja, contempla um fator geométrico (área resistiva do parafuso).

Assim sendo, além da classe de resistência devemos levar em consideração a bitola e o passo do parafuso.

A expressão para calcular a área resistiva é:

 

Onde d é o diâmetro nominal do parafuso e p é o passo. Através de um exemplo, podemos detalhar a contribuição do passo e, para tanto, vamos considerar um parafuso M12 X 1,75, passo normal para um M12.

Para o passo 1,75, a área resistiva é da ordem de 84,42 mm².

Para passos mais finos, as áreas resistivas aumentam. Considerando os passos mais comuns, para um M12, 1,5 e 1,25, os valores da área resistiva são respectivamente iguais a 88,26 e 92,19 mm².

Assim, ao utilizar um passo mais fino (1,5) em relação ao passo normal (1,75) temos um aumento na área resistiva de 4,5 %. De 1,5 para 1,25 (ultra fino), o aumento é de 4,4 % e de 1,75 para 1,25, o ganho em área resistiva é da ordem de 9,1 %.

Utilizando o Limite de Resistência à Tração nominal, para a classe de resistência 12.9, os valores de Força para os passos 1,75, 1,5 e 1,25 são respectivamente iguais a 88,4, 88,3 e 92,2 k N.

O limite de Escoamento é da ordem de 90 % dos valores acima.

Figura 8.- Gráfico mostrando a dependência (inversa) do rendimento em função do coeficiente de atrito de rosca ( µG ). e a independência da bitola do parafuso. É ressaltado que para µG.= 0,37, o rendimento é de 50%. 

 Lembrar que estes valores se referem às Forças axiais. Como mostrado anteriormente, as propriedades normalizadas não consideram o esforço combinado e aí está um dos primeiros questionamentos. Como o rendimento (η) é função (inversa) exclusiva do coeficiente de atrito de rosca (µG), para maiores µG, menores η.

A Figura 8 mostra a dependência do rendimento (η) em relação ao coeficiente de atrito de rosca (µG). Notar que para µG = 0,37, o rendimento é da ordem de 50 %.

Através do estudo das propriedades físicas e mecânicas de parafusos, consolidando os dados de força (para deformação elástica e plástica) versus deslocamento angular, é possível determinar propriedades mecânicas tais como: limite de escoamento (“Yield Point”), força máxima, força tensora, tanto na zona elástica como em um determinado alongamento na região elasto-plástica, ductilidade, gradiente de força tensora e resiliência do parafuso. A Figura 9 sumariza todas estas propriedades.

 

Figura 9: Gráfico mostrando as propriedades fundamentais de um parafuso, visando atender aos quesitos de desempenho e, desta forma, considerando-se o esforço combinado.

 Para o citado parafuso M12 X 1,75, na classe de resistência 12.9, temos os seguintes valores para as diversas propriedades:

 

Dr. Roberto Garcia

Consultor técnico, bacharel em química, mestre e doutor em físico química pela UNESP (Universidade Estadual Paulista).

roberto.2.garcia@gmail.com

 

A terceira parte deste artigo será publicada em nossa próxima edição.