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30/06/2008 11h00

CONCEITOS GERAIS SOBRE TORQUE E PROCESSOS
Parte final

E eis que chegamos a Parte IV do Curso sobre Torque, que começou na edição da Revista do Parafuso No 7, ( Dezembro 2007 / Janeiro 2008), Ano 2. Já foi dito da necessária harmonia entre os componentes da Junta; da Capacidade de Geração de Força de um elemento de fixação, considerando o esforço combinado tração-torção, da Equação Aperfeiçoada, que mostramos novamente abaixo e dos diversos Processos de Torque, ressaltando o ângulo obtido pelo Processo de Torque ‘Seco’, da importância de se monitorar este ângulo e as vantagens e desvantagens de tais processos, considerando também o terceiro processo, Aperto por Torque e Ângulo de Deslocamento.

 
Aperto por Controle de Força - “Yield”
No quarto processo a ser apresentado, discorreremos sobre Aperto por Controle de Força, no Limite de Escoamento, também chamado de Aperto no ‘Yield’, cujo embasamento é o acompanhamento da variação da inclinação, em tempo real, dos valores de Torque versus Ângulo. Esta variação é denominada Gradiente de Torque”.
Fisicamente, ao acompanhar um aperto pelas variáveis Torque e Ângulo, na região elástica, este gradiente é constante.Nainterface Zona Elástica-Zona Elasto-plástica, este gradiente começa a diminuir, pois o avanço do ângulo está gerando pequenas deformações do elemento de fixação, isto é, não está respeitando a Lei de Hooke.
Mecanicamente, a transição acima referida depende exclusivamente da Classe de Resistência do Elemento de Fixação, por exemplo 8.8, 10.9 ou 12.9. Por outro lado, a Força Tensora (“Clamping Load”) obtida dependerá também do Rendimento ( η ), que como já foi mencionado, só depende do Coeficiente de Atrito da Rosca ( μG ).
 
O equipamento eletroeletrônico de aperto detecta esta variação e ASSUME que o elemento de fixação está nas vizinhanças do seu Limite de Escoamento. A Força Tensora gerada estará relacionada com a Classe de Resistência e o Torque Final será conseqüência desta Força e das propriedades tribológicas da Junta.
Como a detecção é a partir da variação do Gradiente de Torque, este processo de aperto fica vulnerável à qualidade da aquisição do binário ‘torque e ângulo’. Qualquer ruído, quer seja físico, eletrônico ou mecânico pode afetar a linearidade da curva e o sistema então presumir que está na transição inerente ao “Yield”. Podemos então sumarizar o Processo de Aperto por Torque (com controle de Força), no ‘Yield’:
DESVANTAGENS
i) O equipamento deve ser eletroeletrônico (e sofisticado);
ii) Não é possível auditar o Limite de Escoamento
VANTAGENS
a) Garante uma Força Tensora Elevada e estável;
b) É adequado para Juntas consideradas críticas;
c) Risco Zero para Torque Falso;
d) Permite um controle das condições de contorno da Junta pois o alvo do aperto é o limiar da região elástica do elemento de fixação.
Aperto por Controle de Força - Ângulo de Torção
O quinto (e último) processo a ser destacado é o Processo de Aperto por Torque e Ângulo de Torção, uma novíssima tecnologia que está em fase de implementação, mas creio que deva ser apresentado aos leitores. Este processo de aperto permite apertar uma junta, buscando-se alcançar uma específica força tensora. A metodologia necessária para o referido processo leva em conta a variável “ângulo de torção”, que é simbolizado por [ θ ], que é gerado devido à reação que o elemento de fixação exerce para que uma dada força seja alcançada.
Como o “ângulo de torção” é uma característica particular daquela junta que está sendo especificadamente apertada, para a sua definição necessita-se que durante o processo de aperto sejam efetuadas três etapas, a saber: i) pré-aperto, ii) desaperto e iii) reaperto.
A origem física desta metodologia de aperto apóia-se na equação abaixo:
 
Consolidando as três etapas: i) pré-aperto, ii) desaperto e iii) reaperto numa mesma esquematização, é possível construir a figura 16:
 
A figura 16 sumariza quais os parâmetros necessários para a definição do ângulo de torção θ , de maneira que todas as ‘contaminações’ devido as folgas oriundas do equipamento de aperto sejam minimizadas. A figura 17 mostra a curva Torque versus Ângulo, segundo esta metodologia, ressaltando os ângulos θ, quando do desaperto e do reaperto.
 
Com as grandezas obtidas (conforme mostra a figura 16), as seguintes propriedades são determinadas: Coeficiente de Atrito de Cabeça (μK), Coeficiente de Atrito de Rosca (μG ), Força Tensora (num determinado segmento linear, já na condição de re-aperto), “kfactor”, o Torque Útil, o Torque dissipado na Rosca e o Torque dissipado na Cabeça. Também é possível calcular outras propriedades, tais como o Gradiente de Torque, o Gradiente de Força e a Resiliência da Junta.
Como esta técnica se propõe a garantir uma Força Tensora específica, determinada pela Engenharia de Produtos, as propriedades acima citadas permitem uma decisão lógica do equipamento de aperto, ou seja, qual o Torque Final necessário para obter tal Força ou qual ângulo de deslocamento deverá ser aplicado, a partir de um dado pré-torque, também na condição de reaperto, para atingir a mesma finalidade, ou seja, uma perfeita consonância entre o que é requerido pela Engenharia de Produtos e o que é exeqüível pela Engenharia de Processos (Manufatura).
A aplicabilidade desta metodologia é total, tanto para juntas críticas como não críticas, quer sejam juntas rígidas ou juntas ‘flexíveis’ (juntas que perdem pré-carga) além da garantia de que a força aplicada não ultrapassará a capacidade da Junta. Podemos exemplificar a aplicação desta metodologia, tomando uma dada Junta que contém uma contra-peça de material não ferroso, com possibilidade de deformação permanente, a partir de uma força de 17,0 kN. Esta condição passa a ser um limite fundamental de contorno.
Os seguintes dados foram obtidos na condição de reaperto: Torque Total = 17,03 Nm; Segmento Linear (Angular) = 50,39º. Utilizando o conceito de ”ângulo de torção”, as seguintes grandezas foram determinadas: Força Tensora (inerente aos 17,03 Nm) = 13,25 kN, Coeficiente de Atrito de Cabeça (μK) = 0,124, Coeficiente de Atrito de Rosca (μG ) = 0,083. A partir destas valores torna-se possível determinar o “kfactor” (0,161), o Gradiente de Torque (0,338 Nm/grau), o Gradiente de Força (0,263 kN/grau) e a Resiliência da Junta (1,32.10-5 mmN-1).
Como a Força Tensora está limitada a 17 kN máximo, a Estratégia do Processo de Aperto pode ser: i) Torque Seco [neste caso, o equipamento definirá como o Torque Alvo o valor de 22,0] ou ii) Torque & Ângulo de Deslocamento, que para as condições deste aperto será de um Pré-Torque de 10 Nm e um ângulo de Deslocamento de 35º. Como já ressaltado, esta metodologia permite apertar uma Junta a uma determinada Força Tensora e desta forma, podemos assim caracterizar o Processo de Aperto por Torque (com controle de Força) via ângulo de torção:
DESVANTAGENS
i) O equipamento deve dispor de um transdutor de Ângulo e um transdutor de Torque;
ii) Não é possível auditar a Força Tensora gerada;
iii) Trata-se de uma novíssima tecnologia
VANTAGENS
a) Garante uma Força Tensora Específica (com uma dispersão máxima de ± 4%);
b) É adequado também para Juntas consideradas críticas;
c) Risco Zero para Torque Falso;
d) Permite um controle total NAQUELE aperto e para AQUELA Junta em particular;
e) O aperto pode ser tanto na região elástica como na região elasto-plástica.
Controle do Torque de Verificação
Como definido na Parte I deste Curso, o Torque de Verificação também é aplicado na Auditoria de Processos de Torque. Relembramos que é o Torque, de Aperto, requerido para iniciar a quebra de uma fixação já efetuada, ou seja, devemos vencer a inércia do sistema. As figuras 18 e 19 detalham esta “quebra” e o quanto (em graus) devemos avançar na definição do Torque de Verificação.
Outra denominação, mais apropriada é Torque Residual, pois permite avaliar qual é o Torque Real que está na Junta, considerando que pode ocorrer um relaxamento natural da mesma. O Torque de Verificação (ou Residual) deve ser sempre analisado em relação ao Torque Dinâmico aplicado.

Variáveis assinaláveis do Processo
As Velocidades das etapas de aperto em um Processo de Torque são variáveis muito significativas. Na etapa de aproximação, é possível uma maior velocidade mas não tão elevadas que possam causar “empastamento” (“stick-slip”), como mostrado na figura 20 abaixo.
 
Desta forma, recomenda-se que na fase final do aperto, em geral a fase angular, a velocidade seja bem menor que na fase de aproximação. O aperto pela Porca é o mais adequado, pois minimiza a possibilidade de Torque Parasita. Quando o acesso da Ferramenta é difícil, a utilização de dispositivos tais como Junta Universal, “Crowfoot” etc. é justificada, mas a qualidade do Aperto ficará questionável. Os fatores geométricos inerentes ao elementos de fixação são bem definidos. Por outro lado, condições de superfície das contra-peças nem sempre são explícitas.
Podemos ressaltar que a Planicidade, a Perpendicularidade, a Rugosidade etc., têm relevância quanto ao assentamento dos componentes de uma Junta. A existência de rebarbas, devido ao processo de corte / extrusão de furos pode influir no Processo de Aperto. Para minimizar tal efeito é possível especificar raio embutido no parafuso, ou seja, agrega-se mais uma particularidade no elemento de fixação.
Com relação aos revestimentos dos elementos de fixação os mesmos possuem características especificas quanto aos coeficientes de atrito, quer seja de rosca quer seja de cabeça, porém o mesmo não ocorre com as contra-peças. É sabido que o comportamento de certos revestimentos dependem não só da superfície da contra-peça bem como do tipo de revestimento, ou seja, existe comportamento diferenciado se a peça é pintada, zincada etc. A compatibilidade entre estes diferentes revestimentos, associados aos agentes modificadores de Torque tem se mostrado uma das principais variáveis do Processo.
Processo Ideal de Aperto e Monitorização, através do Gradiente de Torque
Uma das maneiras de monitorar um Processo de Torque é utilizar a razão da diferença entre o Torque Final e o Pré-Torque (ou um dado Torque de Monitoramento) e a respectiva diferença entre os Ângulos de Aperto. Definimos γ como Gradiente de Torque, expresso em Nm/grau. A aquisição constante deste dado permitirá avaliar a amplitude e a dispersão do valor de γ, e uma análise profunda das suas possíveis causas poderá ser feita. A figura 21 ilustra as velocidades recomendadas, na fase de aproximação e na fase de aperto. Também mostra o conceito de Gradiente de Torque em função do Torque Final obtido bem como da janela de Torque de aprovação.

 

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