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Edição 07
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Artigos: Conceitos gerais sobre Torque e Processos de Torque / Parte 1, por Dr. Roberto Garcia
30/12/2007 02h57

A Revista do Parafuso inicia, a partir desta edição um breve Curso sobre “Torque e Processos de Torque”, com o físico-químico e pesquisador Dr. Roberto Garcia. O objetivo é nivelar informações e transmitir alguns conhecimentos adquiridos ao longo de sua vida profissional. Para discorrer sobre Torque é necessário primeiro definir junta, ou seja, apresentar os integrantes fundamentais que fazem parte do cotidiano de um aperto.

 
 
Junta
De maneira bem simplificada e genérica, uma junta é constituída de três elementos básicos, a saber: o parafuso, aquele que possui rosca externa; a contra-peça, que sofrerá todas as forças resultantes do processo de aperto; e por último, o elemento mais importante, a porca, aquela que possui rosca interna. Enfatizo a importância da porca, pois em 99 % dos apertos é o elemento que possui maior resistência mecânica e muitas vezes simplesmente ignoramos a sua presença, pois sabemos que com ela dificilmente teremos contratempos.
Assim, uma junta nada mais é que um trio, porém cada qual com atribuições específicas. Para visualizá-las, lanço mão de uma analogia com um trio de bossa nova ou de jazz. Normalmente nos trios temos o piano, o violoncelo e a bateria. O piano é responsável pela melodia e na analogia com junta, o parafuso é o responsável pela linha melódica, pelo sucesso no aperto, pois ele é que “trabalhará”, principalmente quando se busca uma maior força de aperto, obtida quando o aperta na região elasto-plástica.
A contrapeça (por exemplo: suportes, blocos, etc.) é responsável pela harmonia. Numa junta, as contrapeças não podem sofrer quaisquer deformações plásticas, devem atuar harmoniosamente com os demais componentes. Analogamente, elas são semelhantes ao violoncelo ou baixo. Finalmente a bateria, que é responsável pelo ritmo, pela tal “batida musical”. A porca também tem a mesma função, pois é o elemento que sabidamente suporta qualquer carga, esta lá para o que der e vier. Não por acaso, as duas são os componentes femininos e devemos reconhecer que as mulheres têm uma maior capacidade para suportar as dificuldades do dia-a-dia.
Classe de resistência
O tema central deste curso é Torque, mas devemos entender que é a Força tensora que “segura as coisas”. Cada elemento de uma junta tem uma resistência mecânica característica e, assim sendo, existe uma classificação particular para os elementos de fixação.
Em elementos de fixação agrupamos todas as peças que tem por finalidade fixar, e entre estes, os mais comuns são as porcas e os parafusos. Pinos, grampos, abraçadeiras, clipes, rebites, dentre outros, também são considerados Elementos de Fixação. Para as porcas, a força de teste é função do diâmetro nominal e sua altura (filetes engajados). Considerando porcas (passo normal) grau 8, isto é, porcas que não sofrem tratamento térmico, temos os seguintes valores:
 
 
Para obter as propriedades citadas, o material (aço) para as porcas grau 8, 10 e 12 devem possuir teor médio de Carbono ou ser aço ligado. Para porcas grau 4, 5 e 6, que não sofrem tratamento térmico, o aço pode ser baixo Carbono. Com relação aos parafusos, a classificação da resistência segue uma terminologia particular. Quanto à classe de resistência de parafusos, os mesmos são identificados como: 4.8, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 e 12.9.
Os parafusos 4.8, 5.8 e 6.8 não sofrem tratamento térmico. Já os parafusos 8.8, 10.9 e 12.9 precisam de tratamento térmico (têmpera e revenimento). Existe também a classe 9.8, que não é mais utilizada em projetos novos, por estar em fase de extinção em algumas montadoras. A melhor maneira de entender esta terminologia é utilizar um exemplo e daí extrair a regra operante. Se pegamos um parafuso com classe de resistência 8.8, o que significam estes números?
 
Para as classes de resistência 8.8, 10.9 e 12.9 o oço deve ser Médio Carbono ou Aço Ligado.
Força Tensora
Conhecendo-se a classe de resistência de um parafuso e a partir dos seus fatores geométricos, é possível calcular a capacidade de geração de Força que se pode obter do mesmo. Tomando como exemplo um parafuso M12 x 1,5, classe 10.9, vimos que a Resistência à Tração (LRT) está entre 1.040 a 1.220 MPa, valor nominal 1.000 MPa, ou seja, o limite superior da classe 10.9 nada mais é do que o limite inferior da classe imediatamente acima, no caso 12.9.
 
Considerando o Limite de Escoamento, temos respectivamente que este parafuso começa a escoar entre 82,4 kN e 96,7 kN. Lembrar que estes valores referem-se a Força Axial (tração pura). Num processo de aperto, temos um esforço combinado, pois simultaneamente ocorrem esforços axial e torsional.
Na figura 1, podemos representar graficamente as distintas regiões de forças que se obtém de um parafuso, considerando o seu grau de deformação
 
Na região denominada “elástica”, o parafuso se comporta como se fosse uma mola, isto é, o comportamento é linear e a deformação não é permanente. Ou seja, se pararmos de apertar, ao desapertar o parafuso retornará às suas dimensões originais. A partir de uma certa Força, começa o processo de alongamento do parafuso e a partir deste ponto entramos na região denominada “elasto-plástica”, isto é, o parafuso entre em zona de deformação que não é totalmente permanente.
Ao desapertar este parafuso, o seu comprimento será maior que o original, mas ainda não há estricção considerável. Ao final da zona elasto-plástica, chegamos à máxima deformação permanente, pois o parafuso está nas proximidades do seu limite de ruptura, condição inaceitável em qualquer processo de aperto.
Na figura 1 mostramos Força (kN) em função do aperto (ângulo, em graus). Nesta condição, estamos considerando o esforço combinado tração-torção e, desta forma, os valores de Força sofrem uma certa redução. Esta redução por sua vez é função exclusiva do coeficiente de atrito de rôsca (μG), que nas próximas edições será explicado com mais detalhes.
 
 
Esta equação revela que o rendimento é função inversa do coeficiente de atrito de rosca (μG). Ou seja, quanto menor μG, maior será o rendimento. Para o parafuso M12 x 1,5 com classe de resistência 10.9, assumindo uma faixa de 0,10 ≤ μG ≤ 0,16, temos que o rendimento variará de 86,7 % a 77,2 %, respectivamente. Assim sendo, o Limite de Resistência à Tração, que no esforço axial era de 91,6 a 107,5 kN, agora passa a ser de a 70,7 a 93,2 kN respectivamente, contemplando o menor rendimento para a menor Resistência à Tração e o maior rendimento para a maior Resistência a Tração.
De maneira similar, o Limite de Escoamento que situava-se entre 82,4 e 96,7 kN, agora são respectivamente iguais a 63,6 e 83,8 kN. Estes números nos indicam qual é a faixa de trabalho de um parafuso M12, passo 1,5 - com classe de resistência 10.9. Devemos lembrar que o parafuso pode entrar na sua região elasto-plástica, entretanto esta condição poderá ser inaceitável para a contra-peça.
Esquecemos de falar da porca? Como foi dito, ao utilizar um parafuso M12 com tratamento térmico (8.8, 10,9 ou 12.9), no projeto também se especificará uma porca M12, com tratamento térmico; neste caso, a prova de carga da porca é da ordem de 1.050 a 1.140 MPa, suficientemente capaz de resistir às Forças geradas pelo parafuso (lembrando que a porca somente recebe esforço axial e sempre terá que ter um mínimo de filetes engajados (geralmente 0,6 vezes o diâmetro e sua altura da ordem de 0,8 vezes o diâmetro).
Exemplificando graficamente o que foi dito acima, podemos montar um diagrama com os limites de deformação plástica, quer seja do parafuso, quer seja da contrapeça. De maneira conservadora, a intersecção das linhas na região elástica nos define a máxima Força Tensora (“Clamping Load”) que a junta pode suportar.
 
 
 
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