Praça Expedicionário Assunção, 168 – Bairro Centro

Nova Lima – MG – CEP: 34.000-000 Telefone: (31) 3541-2666

EELLEEMMEENNTTOOSS DDEE

MMÁÁQQUUIINNAASS EE MMAATTEERRIIAAIISS

DDEE CCOONNSSTTRRUUÇÇÃÃOO

MMEECCÂÂNNIICCAA

SENAI – “Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial”

Centro de Formação Profissional

“AFONSO GRECO”

Presidente da FIEMG Olavo Machado Gestor do SENAI

Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e

Superintendente de Conhecimento e Tecnologia

Lúcio Sampaio

Gerente de Educação e Tecnologia

Edmar Fernando de Alcântara

Sumário

APRESENTAÇÃO .............................................................................................................................. 5

ELEMENTOS DE MÁQUINAS ........................................................................................................... 6

1. REBITES ................................................................................................................................... 6

2. PINOS E CAVILHAS ................................................................................................................... 14

3. PARAFUSOS ............................................................................................................................ 21

4. CÁLCULOS DE ROSCAS ............................................................................................................ 41

5. PORCAS .................................................................................................................................. 53

6. ARRUELAS .............................................................................................................................. 58

7. ANÉIS ELÁSTICOS ................................................................................................................... 62

8. CHAVETAS .............................................................................................................................. 67

9. INTRODUÇÃO AOS ELEMENTOS DE APOIO .................................................................................. 73

10. BUCHAS .............................................................................................................................. 75

11. GUIAS ................................................................................................................................. 82

LUBRIFICAÇÃO ............................................................................................................................... 85

MANCAIS.......................................................................................................................................... 87

ROLAMENTOS ................................................................................................................................. 95

MOLAS ........................................................................................................................................... 110

ENGRENAGENS ............................................................................................................................ 125

ACOPLAMENTOS .......................................................................................................................... 128

VEDAÇÃO ...................................................................................................................................... 131

GAXETAS ....................................................................................................................................... 137

SELO MECÂNICO .......................................................................................................................... 138

MATERIAIS METÁLICOS .............................................................................................................. 140

NORMAS USADAS NA CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS ............................................................... 167

SAE, DIN, ABNT, AISI .................................................................................................................... 167

RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS .................................................................................................. 177

TRAÇÃO E COMPRESSÃO .............................................................................................................. 177

CISALHAMENTO PURO ................................................................................................................... 186

FORÇA CORTANTE Q E MOMENTO FLETOR M ................................................................................ 193

TORÇÃO .................................................................................................................................... 196

ENSAIOS ....................................................................................................................................... 206

MATERIAIS..................................................................................................................................... 214

METAIS ...................................................................................................................................... 214

METAIS FERROSOS ................................................................................................................. 214

AÇO CARBONO......................................................................................................................... 215

FERRO FUNDIDO ...................................................................................................................... 217

FERRO FUNDIDO CINZENTO ................................................................................................... 217

FERRO FUNDIDO BRANCO ..................................................................................................... 217

FERRO FUNDIDO NODULAR ................................................................................................... 218

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL ................................................................................................. 218

METAIS NÃO FERROSOS ........................................................................................................ 218

ALUMÍNIO .................................................................................................................................. 218

COBRE ....................................................................................................................................... 218

LATÃO ........................................................................................................................................ 219

BRONZE ..................................................................................................................................... 219

BRONZE DE ESTANHO ............................................................................................................ 219

BRONZE DE ALUMÍNIO ............................................................................................................ 220

BRONZE DE MANGANÊS ......................................................................................................... 220

BRONZE DE CHUMBO .............................................................................................................. 220

BRONZE DE ZINCO ( BRONZE VERMELHO) .......................................................................... 220

BRONZE FOSFOROSO ............................................................................................................. 220

METAL ANTIFRICÇÃO .............................................................................................................. 220

AÇOS-LIGA ................................................................................................................................ 221

AÇOS RÁPIDOS ........................................................................................................................ 223

TRATAMENTOS TÉRMICOS ......................................................................................................... 224

NOÇÕES GERAIS ...................................................................................................................... 224

FASES DO TRATAMENTO TÉRMICO ...................................................................................... 224

FINALIDADE DO TRATAMENTO TÉRMICO ............................................................................ 224

TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICO ........................................................................................ 224

CARACTERIZAÇÃO GERAL DE CADA UM DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS .................... 225

A TÊMPERA DO AÇO ................................................................................................................ 226

TEMPERATURAS E CORES DE AQUECIMENTO ................................................................... 227

MEIOS DE AQUECIMENTO - FORNOS DE TRATAMENTO TÉRMICO ................................... 228

MEIOS DE RESFRIAMENTO ..................................................................................................... 229

REVENIMENTO DO AÇO .......................................................................................................... 230

OBSERVAÇÃO .......................................................................................................................... 231

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 233

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Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento.” Peter Drucker O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência:” formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.” Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – Internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada !

Gerência de Educação e Tecnologia

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EElleemmeennttooss ddee MMááqquuiinnaass

1. REBITES

Introdução

Um rebite compõe-se de um corpo em forma de eixo cilíndrico e de uma cabeça. A

cabeça pode Ter vários formatos. Os rebites são peças fabricadas em aço,

alumínio, cobre ou latão. Unem rigidamente pelas ou chapas, principalmente, em

estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões,

veículos de transporte e treliças.

A fixação das pontas da lona de fricção do disco de embreagem de automóvel é

feita por rebites.

Tipos de rebite e suas proporções

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O quadro a seguir mostra a classificação dos rebites em função do formato da

cabeça e de seu emprego em geral.

A fabricação de rebites é

padronizada, ou seja, segue

normas técnicas que indicam

medidas da cabeça, do corpo e do

comprimento útil dos rebites.

No quadro a seguir apresentamos

as proporções padronizadas para

os rebites. Os valores que

aparecem nas ilustrações são

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constantes, ou seja, nunca mudam.

Além desses rebites, destaca-se, pela sua importância, o rebite de repuxo,

conhecido por “rebite pop”. É um elemento especial de união, empregado para

fixar peças com rapidez, economia e simplicidade.

Abaixo mostramos a nomenclatura de um rebite de repuxo.

Os rebites de repuxo podem ser fabricados com os seguintes materiais metálicos:

aço-carbono; aço inoxidável; alumínio; cobre; monel (liga de níquel e cobre).

Processos de rebitagem A segunda cabeça do rebite por ser feita por meio de dois processos: manual e mecânico. Processo manual Esse tipo de processo é feito à mão, com pancadas de martelo. Antes de iniciar o processo, é preciso comprimir as duas superfícies metálicas a serem unidas, com o auxílio de duas ferramentas: o contra-estampo, que é uma peça de aço com furo interno, no qual é introduzida a ponta saliente do rebite.

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Após as chapas serem prensadas, o rebite é martelado até encorpar, isto é, dilatar e preencher totalmente o furo. Depois, com o martelo de bola, o rebite é “boleado”, ou seja, é martelado até começar a se arredondar. A ilustração mostra o “boleamento”.

Em seguida, o formato da segunda cabeça é feito por meio de outra ferramenta chamada estampo, em cuja ponta existe uma cavidade que será usada como matriz para a cabeça redonda.

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Processo mecânico O processo mecânico é feito por meio de martelo pneumático ou de rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas. O martelo pneumático é ligado a um compressor de ar por tubos flexíveis e trabalha sob uma pressão entre 5Pa 7Pa, controlada pela alavanca do cabo. O martelo funciona por meio de um pistão ou êmbolo que impulsiona a ferramenta existente na sua extremidade. Essa ferramenta é o estampo, que dá a forma à cabeça do rebite e pode ser trocado, dependendo da necessidade. Abaixo ilustramos, em corte, um tipo de martelo pneumático para rebitagem.

A rebitadeira pneumática ou hidráulica funciona por meio de pressão contínua. Essa máquina tem a forma de C e é constituída de duas garras, uma fixa e outra móvel com estampos nas extremidades.

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Se compararmos o sistema manual com o mecânico, veremos que o sistema manual é utilizado para rebitar em locais de difícil acesso ou peças pequenas. A rebitagem por processo mecânico apresenta vantagens, principalmente quando é usada a rebitadeira pneumática ou hidráulica. Essa máquina é silenciosa, trabalha com rapidez e permite rebitamento mais resistente, pois o rebite preenche totalmente o furo, sem deixar espaço. Entretanto, as rebitadeiras são máquinas grandes e fixas e não trabalham em qualquer posição. Nos casos em que é necessário o deslocamento da pessoa e da máquina, é preferível o uso do martelo pneumático. Rebitagem a quente e a frio Tanto a rebitagem manual como a mecânica podem ser feitas a quente ou a frio. Na rebitagem a quente o rebite é aquecido por meio de fornos a gás, elétricos ou maçarico até atingir a cor vermelho-brilhante. Depois o rebite é martelado à mão ou à máquina até adquirir o formato. Os fornos possibilitam um controle perfeito da temperatura necessária para aquecer o rebite. Já o maçarico apresenta a vantagem de permitir o deslocamento da fonte de calor para qualquer lugar. A rebitagem a quente é indicada para rebites com diâmetro superior a 6,35 mm, sendo aplicada, especialmente, em rebites de aço. A rebitagem a frio é feita por martelamento simples, sem utilizar qualquer fonte de calor. É indicada para rebites com diâmetro de até 6,3 mm, se o trabalho for à mão, e de 10 mm, se for à máquina. Tipos de rebitagem Os tipos de rebitagem variam de acordo com a largura das chapas que serão rebitadas e o esforço a que serão submetidas. Assim, temos a rebitagem de recobrimento, de recobrimento simples e de recobrimento duplo. Rebitagem de recobrimento

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Na rebitagem de recobrimento, as chapas são apenas sobrepostas e rebitadas. Esse tipo destina-se somente a suportar esforços e é empregado na fabricação de vigas e de estruturas metálicas.

Rebitagem de recobrimento simples É destinada a suportar esforços e permitir fechamento ou vedação. É empregada na construção de caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido. Nessa rebitagem as chapas se justapõem e sobre elas estende-se uma outra chapa para cobri-las.

Rebitagem de recobrimento duplo É empregada na construção de chaminés e recipientes de gás para iluminação. As chapas são justapostas e envolvidas por duas outras chapas que as recobrem dos dois lados. Quanto ao número de rebites que devem ser colocados, pode-se ver que, dependendo da largura das chapas ou do número de chapas que recobrem a junta, é necessário colocar uma, duas ou mais fileiras de rebites.

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Quanto à distribuição dos rebites, existem vários fatores a considerar: o comprimento da chapa, a distância entre a borda e o rebite mais próximo, o diâmetro do rebite e o passo. No caso de junções que exijam boa vedação, o passo deve ser equivalente a duas vezes e meia ou três vezes o diâmetro do corpo do rebite. A distância entre os rebites e a borda das chapas deve ser igual a pelo menos uma vez e meia o diâmetro do corpo dos rebites mais próximos a essa borda.

O passo é a distância entre os eixos dos rebites de uma mesma fileira. O passo deve ser bem calculado para não ocasionar

empenamento das chapas.

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2. Pinos e cavilhas

Os pinos e cavilhas têm a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas, permitindo uniões mecânicas, ou seja, uniões em que se juntam duas ou mais peças, estabelecendo, assim, conexão entre elas. Veja os exemplos abaixo.

As cavilhas, também, são chamados pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou, ainda, rebite entalhado. A diferenciação entre pinos e cavilhas leva em conta o formato dos elementos e suas aplicações. Por exemplo, pinos são usados para junções de peças que se articulam entre si e cavilhas são utilizadas em conjuntos sem articulações; indicando pinos com entalhes externos na sua superfície. Esses entalhes é que fazem com que o conjunto não se movimente. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha. Pinos e cavilhas se diferenciam pelos seguintes fatores:

utilização

forma

tolerâncias de medida

acabamento superficial

material

tratamento térmico

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Pinos Os pinos são usados em junções resistentes a vibrações. Há vários tipos de pino, segundo sua função.

Para especificar pinos e cavilhas deve-se levar em conta seu diâmetro nominal, seu comprimento e função do pino, indicada pela respectiva norma. Exemplo: Um pino de diâmetro nominal de 15 mm, com comprimento de 20 mm, a ser utilizado como pino cilíndrico, é designado: pino cônico: 10 x 60 DIN 1. Cavilha A cavilha é uma peça cilíndrica, fabricada em aço, cuja superfície externa recebe três entalhes que formam ressaltos. A forma e o comprimento dos entalhes

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determinam os tipos de cavilha. Sua fixação é feita diretamente no furo aberto por broca, dispensando-se o acabamento e a precisão do furo alargado.

Classificação de cavilhas

Segue uma tabela de classificação de cavilhas segundo tipos, normas e utilização.

Cupilha ou contrapino

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Cupilha é um arame de secção semi-circular, dobrado de modo a formar um corpo cilíndrico e uma cabeça.

Sua função principal é a de travar outros elementos de máquinas como porcas.

Pino cupilhado Nesse caso, não entra no eixo, mas no próprio pino. O pino cupilhado é utilizado como eixo curto para uniões articuladas ou para suportar rodas, polias, cabos, etc.

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Exercícios Exercício 1 - Marque com um X a resposta correta. Para alinhar ou fixar elementos de máquina, usa-se:

a) ( ) chaveta

b) ( ) contrapino

c) ( ) pino

Exercício 2 A fixação do pino estriado é feita em furo executado por meio de:

a) ( ) broca

b) ( ) martelo

c) ( ) solda

Exercício 3 Para fixar outros elementos de máquinas como porcas, pinos, etc, usa-se:

a) ( ) pino cônico

b) ( ) cavilha lisa

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c) ( ) cupilha

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3. Parafusos

Todo parafuso tem rosca de diversos tipos. Para você compreender melhor a noção de parafuso e as suas funções, vamos, antes, conhecer roscas. Roscas Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica.

As roscas podem ser internas ou externas. As roscas internas encontram-se no interior das porcas. As roscas externas se localizam no corpo dos parafusos.

As roscas permitem a união e desmontagem de peças.

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Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação.

Sentido de direção da rosca

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Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas ainda podem ser direita ou esquerda. Portanto, as roscas podem ter dois sentidos: à direita e à esquerda. Na rosca direita, o filete sobe da direita para a esquerda, e na rosca esquerda, o filete sobe da esquerda para a direita, conforme as figuras.

Nomenclatura da rosca Independentemente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os formatos e dimensões.

P = passo (em mm) i = ângulo da hélice d = diâmetro externo c = crista

d₁ = diâmetro interno D = diâmetro do fundo da porca

d₂ = diâmetro do flanco D₁ = diâmetro do furo da porca

= ângulo do filete h₁ = altura do filete da porca f = fundo do filete h = altura do filete do parafuso

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Roscas triangulares As roscas triangulares classificam-se, segundo o seu perfil, em três tipos:

rosca métrica

rosca whitworth

rosca americana

Para nosso estudo, vamos detalhar apenas dois tipos: a métrica e a whitworth. Rosca métrica ISO normal e rosca métrica ISO fina NBR 9527.

A rosca métrica fina, num determinado comprimento, possui maior número de filetes do que a rosca normal. Permite melhor fixação da rosca, evitando afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de máquinas. Exemplo em veículos.

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A fórmula para confecção das roscas Whitworth normal e fina é a mesma. Apenas variam os números de filetes por polegada. Utilizando as fórmulas anteriores, você obterá os valores para cada elemento da rosca. E para facilitar a obtenção desses valores, apresentamos a seguir as tabelas das roscas métricas de perfil triangular normal e fina e Whitworth normal – BSW e Whitworth fina – BSF.

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Em geral, o parafuso é composto de duas partes: cabeça e corpo.

O corpo do parafuso pode ser cilíndrico ou cônico, totalmente roscado ou parcialmente roscado. A cabeça pode apresentar vários formatos; porém, há parafusos sem cabeça.

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Há uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo formato da cabeça, do corpo e da ponta. Essas diferenças, determinadas pela função dos parafusos, permite classificá-los em quatro grandes grupos: parafusos passantes, parafusos não-passantes, parafusos de pressão, parafusos prisioneiros. Parafusos passantes Esses parafusos atravessam, de lado a lado, as peças a serem unidas, passando livremente nos furos. Dependendo do serviço, esses parafusos, além das porcas, utilizam arruelas e contraporcas como acessórios. Os parafusos passantes apresentam-se com cabeça ou sem cabeça.

Parafusos não-passantes São parafusos que não utilizam porcas. O papel de porca é desempenhado pelo furo roscado, feito numa das peças a ser unida.

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Parafusos de pressão Esses parafusos são fixados por meio de pressão. A pressão é exercida pelas pontas dos parafusos contra a peça a ser fixada. Os parafusos de pressão podem apresentar cabeça ou não. Parafusos prisioneiros São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situações que exigem montagens e desmontagens freqüentes. Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos. As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos diferentes ou sentidos opostos, isto é, um horário e o outro anti-horário. Para fixarmos o prisioneiro no furo da máquina, utilizamos uma ferramenta especial. Caso não haja esta ferramenta, improvisa-se um apoio com duas porcas travadas numa das extremidades do prisioneiro. Após a fixação do prisioneiro pela outra extremidade, retiram-se as porcas. A segunda peça é apertada mediante uma porca e arruela, aplicadas à extremidade livre do prisioneiro. O parafuso prisioneiro permanece no lugar quando as peças são desmontadas.

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Vimos uma classificação de parafusos quanto à função que eles exercem. Veremos, a seguir, alguns tipos de parafusos. Segue um quadro síntese com características da cabeça, do corpo, das pontas e com indicação dos dispositivos de atarraxamento.

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Ao unir peças com parafusos, o profissional precisa levar em consideração quatro fatores de extrema importância:

profundidade do furo broqueado;

profundidade do furo roscado;

comprimento útil de penetração do parafuso;

diâmetro do furo passante.

Esses quatro fatores se relacionam conforme mostram as figura e a tabela a seguir.

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- diâmetro do furo broqueado d – diâmetro da rosca A – profundidade do furo broqueado B – profundidade da parte roscada C – comprimento de penetração do parafuso

d₁ - diâmetro do furo passante

Exemplo: duas peças de alumínio devem ser unidas com um parafuso de 6 mm

de diâmetro. Qual deve ser a profundidade do furo broqueado? Qual deve ser a profundidade do furo roscado? Quanto o parafuso deverá penetrar? Qual é o diâmetro do furo passante?

Solução:

a) Procura-se na tabela o material a ser parafusado, ou seja, o alumínio. b) A seguir, busca-se na coluna profundidade do furo broqueado a relação

a ser usada para o alumínio. Encontra-se o valor 3d. isso significa que a profundidade do furo broqueado deverá ser três vezes o diâmetro do parafuso, ou seja: 3 x 6 mm = 18 mm.

c) Prosseguindo, busca-se na coluna profundidade do furo roscado a relação a ser usada para o alumínio. Encontra-se o valor 2,5d. logo, a profundidade da parte roscada deverá ser: 2,5 x 6 mm = 15 mm.

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d) Consultando a coluna comprimento de penetração do parafuso, encontra-se a relação 2d para o alumínio. Portanto: 2 x 6 mm = 12 mm. O valor 12 mm deverá ser o comprimento de penetração do parafuso.

e) Finalmente, determina-se o diâmetro do furo passante por meio da relação 1,06d. portanto: 1,06 x 6 mm = 6,36 mm.

Parafuso da cabeça sextavada Em desenho técnico, esse parafuso é representado da seguinte forma:

d = diâmetro do parafuso; k = altura da cabeça (0,7 d); s = medida entre as faces paralelas do sextavado (1,7 d); e = distância entre os vértices do sextavado (2 d); L = comprimento útil (medidas padronizadas); b = comprimento da rosca (medidas padronizadas); R = raio de arredondamento da extremidade do corpo do parafuso. Aplicação Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estria. Esse parafuso pode ser usado com ou sem rosca.

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Quando usado sem rosca, o rosqueamento é feito na peça. Parafusos com sextavado interno

Cabeça cilíndrica com sextavado interno (Allen). Em desenho técinco, este tipo de parafuso é representado na seguinte forma:

onde: A = d = altura da cabeça do parafuso; e = 1,5d = diâmetro da cabeça; t = 0,6d = profundidade do encaixe da chave; s = 0,8d = medida do sextavado interno; d = diâmetro do parafuso.

Aplicação Este tipo de parafuso é utilizado em uniões que exigem um bom aperto, em locais onde o manuseio de ferramentas é difícil devido à falta de espaço. Esses parafusos são fabricados em aço e tratados termicamente para aumentar sua resistência à torção.Geralmente, este tipo de parafuso é alojado em um furo cujas proporções estão indicadas na tabela da página 64.

Sem cabeça com sextavado interno. Em desenho técnico, esse tipo de parafuso é representado da seguinte forma.

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onde:

d = diâmetro do parafuso; t = 0,5d = profundidade do encaixe da chave; s = 0,5d = medida do sextavado interno.

Aplicação Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado para travar elementos de máquinas. Por ser um elemento utilizado para travar elementos de máquinas, esses parafusos são fabricados com diversos tipos de pontas, de acordo com sua utilização. Veja a seguir:

Parafusos de cabeça com fenda De cabeça escareada chata com fenda.

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onde:

diâmetro da cabeça do parafuso = 2d;

largura da fenda = 0,18d;

profundidade da fenda = 0,29d;

medida do ângulo escareado = 90º.

Aplicação Esse tipo de parafuso é muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços e onde a cabeça do parafuso não pode exceder a superfície da peça.

De cabeça redonda com fenda

onde:

diâmetro da cabeça do parafuso = 1,9d;

raio da circunferência da cabeça = d;

largura da fenda = 0,18d;

profundidade da fenda = 0,36d.

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Aplicação Esse tipo de parafuso é também muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços. Possibilita melhor acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre, como latão.

De cabeça cilíndrica boleada com fenda

Em desenho técnico, a representação é feita como mostra a figura.

onde:

diâmetro da cabeça do parafuso = 1,7d;

raio da cabeça = 1,4d;

comprimento da parte cilíndrica da cabeça = 0,66d;

largura da fenda = 0,18d;

profundidade da fenda = 0,44d.

Aplicação São utilizados na fixação de elementos nos quais existe a possibilidade de se fazer um encaixe profundo para a cabeça do parafuso, e a necessidade de um bom acabamento na superfície dos componentes. Trata-se de um parafuso cuja cabeça é mais resistente do que as outras de sua classe. São fabricados em aço, cobre e ligas, como latão.

De cabeça escareada boleada com fenda.

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onde:

diâmetro da cabeça do parafuso = 2d;

raio da cabeça do parafuso = 2d;

largura da fenda = 0,18d;

profundidade da fenda = 0,5d.

Aplicação São geralmente utilizados na união de elementos cujas espessuras sejam finas e quando é necessário que a cabeça do parafuso fique embutida no elemento. Permitem um bom acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas como latão. Parafusos com rosca soberba para madeira Tipos

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Aplicação Esse tipo de parafuso também é utilizado com auxílio de buchas plásticas. O conjunto, parafuso-bucha é aplicado na fixação de elementos em bases de alvenaria. Quanto à escolha do tipo de cabeça a ser utilizado, leva-se em consideração a natureza da união a ser feita. São fabricados em aço e trabalhados superficialmente para evitar efeitos oxidantes de agentes naturais.

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4. Cálculos de roscas

Para você resolver os cálculos, de rosca é necessário seguir todas as indicações apresentadas nos formulários a seguir. Formulários Rosca métrica triangular (normal e fina)

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Rosca whitworth (triangular normal e fina) Fórmulas:

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Informações preliminares O primeiro procedimento para calcular roscas consiste na medição do passo da rosca. Para obter essa medida, podemos usar pente de rosca, escala ou paquímetro. Esses instrumentos são chamados verificadores de roscas e fornecem a medida do passo em milímetro ou em filetes por polegada e, também, a medida do ângulo dos filetes.

As rocas de perfil triangular são fabricadas segundo três sistemas normalizados: o sistema métrico ou internacional (ISO), o sistema inglês ou whitworth e o sistema americano.

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No sistema métrico, as medidas das roscas são determinadas em milímetros. Os filetes têm forma triangular, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada.

No sistema whitworth, as medidas são dadas em polegadas. Nesse sistema, o filete tem a forma triangular, ângulo de 55º, crista e raiz arredondadas. O passo é determinado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada. No sistema americano, as medidas são expressas em polegadas. O filete tem a forma triangular, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada.

Nesse sistema, como no whitworth, o passo também é determinado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada. Nos três sistemas, as roscas são fabricadas em dois padrões: normal e fina. A rosca normal tem menor número de filetes por polegada que a rosca fina. No sistema whitworth, a rosca normal é caracterizada pela sigla BSW (british standart whitworth – padrão britânico para roscas normais). Nesse mesmo sistema, a rosca fina é caracterizada pela sigla BSF (british standart fine – padrão britânico para roscas finas).

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No sistema americano, a rosca normal é caracterizada pela sigla NC (national coarse) e a rosca fina pela sigla NF (national fine). Cálculos de roscas triangulares – métrica normal É preciso que você saiba quais são os procedimentos para determinar o passo da rosca ou o número de fios por polegada. Vamos usar o pente de rosca.

Verificar qual das lâminas do pente da rosca se encaixa perfeitamente nos

filetes da rosca. A lâmina que se encaixar vai indicar-lhe o passo da rosca

ou o número de fios por polegada.

Vimos que, no lugar do pente de rosca, você pode usar uma escala e

medir, por exemplo, 10 filetes da rosca. Você divide a medida encontrada

por 10 para encontrar o passo da rosca. Isto, se a rosca for do sistema

métrico. Se ela for do sistema inglês, você deve verificar quantos filetes

cabem em uma polegada da escala. O resultado, portanto, será o número

de fios por polegada

Medir o diâmetro externo da rosca com paquímetro. Tendo a medida do

diâmetro e a medida do passo, ou o número de fios por polegada, você vai

consultar a tabela para obter as demais medidas da rosca. Também, em

vez de consultar a tabela, você pode fazer os cálculos das dimensões da

rosca.

Cálculo de dimensões da rosca Rosca métrica normal

Exemplo – Calcular o diâmetro menor de um parafuso (d₁) para uma rosca de diâmetro externo (d) de 10mm e passo (p) de 1,5mm.

Cálculo: d₁ = d – 1,2268 . P Substituindo os valores dessa fórmula:

d₁ = 10 – 1,2268 . 1,5

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d₁ = 10 – 1,840

d₁ = 8,16mm Portanto, o diâmetro menor da rosca é de 8,16mm. Exercício 1 Conforme foi feito no exemplo acima, calcule o diâmetro menor de uma rosca métrica normal, a saber: Diâmetro externo: 6mm

Passo: 1mm

Fórmula: d₁ = d – 1,2268 . P

Exemplo – Calcular o diâmetro efetivo de um parafuso (Ø médio) com rosca métrica normal, cujo diâmetro externo é de 12mm e o passo é de 1,75mm.

Fórmula: d₂ = d – 0,6495 . P Substituindo os valores desta fórmula:

d₂ = 12 – 0,6495 . P

d₂ = 12 – 1,1366

d₂ = 10,86mm Portanto, a medida do diâmetro médio é de 10,86mm. Exercício 2 Com base no exemplo, calcule o diâmetro médio de um parafuso com rosca métrica normal, a saber:

Diâmetro externo: 8mm Passo: 1,25mm

Fórmula: d₂ = d – 0,6495 . P

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Exemplo – Calcular a folga (f) de uma rosca métrica normal de um parafuso cujo diâmetro maior (d) é de 14mm e o passo (p) é de 2mm. Fórmula: f = 0,045 . P Substituindo os valores: f = 0,045 . 2 f = 0,09mm Portanto, a folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso é de 0,09mm. Exercício 3 Calcule a folga (f) de uma rosca métrica normal de um parafuso cujo diâmetro maior (d) é de 10mm e o passo (p) é de 1,5mm.

Fórmula: f = 0,045 . P Exemplo – Calcular o diâmetro maior de uma porca com rosca métrica normal, cujo diâmetro maior do parafuso é de 8mm e o passo é de 1,25mm. Fórmula: D = d + 2f Calcula-se, primeiro o valor de f cuja fórmula é f = 0,045 . P. Portanto: f = 0,045 . 1,25 f = 0,05625 Substituindo os valores de f na fórmula: D = 8 + 2 . 0,056

D = 8 + 0,112 D = 8,11mm

Portanto, o diâmetro maior da porca é de 8,11mm. Exercício 4 Calcular o diâmetro maior de uma porca com rosca métrica normal cujo diâmetro maior do parafuso é de 16mm e o passo é de 2mm.

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Fórmula: D = d + 2f Exemplo – Calcular o diâmetro menor de uma porca com rosca métrica normal cujo diâmetro maior do parafuso é de 6mm e o passo é de 1mm.

Fórmula: D₁ = d – 1,0825 . P Substituindo os valores:

D₁ = 6 – 1,0825 . 1

D₁ = 6 – 1,0825

D₁ = 4,92mm Portanto, o diâmetro menor da porca é de 4,92mm. Exercício 5 Calcule o diâmetro menor de uma porca com rosca métrica normal cujo diâmetro maior do parafuso é de 18mm e o passo é de 2,5mm.

Fórmula: D₁ = d – 1,0825 . P Exemplo – Calcular a altura do filete de um parafuso com rosca métrica normal com diâmetro maior que 4mm e o passo de 0,7mm.

Fórmula: he = 0,61343 x P

Substituindo os valores: he = 0,61343 – 0,7 he = 0,43 mm Portanto, a altura do filete do parafuso é de 0,43mm. Exercício 6 Calcule a altura do filete de um parafuso com rosca métrica normal com diâmetro maior de 20mm e o passo de 2,5mm.

Fórmula: he = 0,61343 x P

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Cálculos de roscas triangulares Rosca métrica fina No caso de cálculo de roscas triangulares métricas finas, são usadas as mesmas fórmulas das roscas triangulares métricas normais. A única diferença é a medida do passo.

Exemplo – Calcular o diâmetro menor de um parafuso (d₁), sabendo que o diâmetro maior é de 10mm e o passo é de 0,75mm.

Fórmula: d₁ = d – 1,2268 . P Substituindo os valores:

d₁ = 10 – 1,2268 . P

d₁ = 10 – 0,9201

d₁ = 9,08mm Portanto, o diâmetro menor de um parafuso é de 9,08mm. Exercício 7

Calcule o diâmetro menor de um parafuso (d₁), sabendo que o diâmetro maior é de 12mm e o passo é de 1mm.

Fórmula: d₁ = d – 1,2268 . P Exemplo – Calcular a altura do filete de um parafuso ( he ) com rosca métrica triangular fina com diâmetro maior de 8mm e passo de 1mm.

Fórmula: he = 0,61343 x P

Substituindo os valores:

he = 0,61343 x 1 he = 0,61 mm

Portanto, a altura do filete é de 0,61mm. É muito importante para o mecânico saber o cálculo do diâmetro da broca que vai fazer um furo no qual a rosca será aberta por macho.

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No cálculo de diâmetro da broca para abrir rosca métrica triangular, normal ou fina, usa-se a seguinte fórmula: Ø broca = d – P Exemplo – Calcular diâmetro de broca para abrir o furo a ser roscado com rosca métrica, sabendo que o diâmetro maior do parafuso é de 10mm e o passo é de 1,5mm. Substituindo os valores na fórmula: Ø broca = 10 – 1,5 Ø broca = 8,5mm Portanto, o diâmetro da broca deve ser de 8,5mm. Exercício 8 Calcular diâmetro de broca para abrir o furo a ser roscado com rosca métrica, sabendo que o diâmetro maior do parafuso é de 8mm e o passo é de 1mm. Fórmula: Ø broca = d – P Cálculo de roscas triangulares Rosca whitworth normal (BSW) e fina (BSF) Exemplo – Calcular o passo em mm de um parafuso com rosca whitworth, sabendo-se que a rosca tem 32 fios por polegada. Fórmula: P = 25,4 nº de fios Substituindo os valores: P = 25,4 P = 0,79mm 32 Portanto, o passo deve ser de 0,79mm. Exercício 9

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Calcule o passo em mm de um parafuso com rosca whitworth, sabendo-se que a rosca tem 18 fios por polegada. Fórmula: P = 25,4 nº de fios Exemplo – Calcular a altura de filete (he) de uma rosca whitworth, sabendo-se que o passo é de 0,793mm.

Fórmula: he = 0,61343 x P

Substituindo os valores:

he = 0,61343 x 0,793 he = 0,51 mm Portanto, a altura do filete é de 0,51mm. Exercício 10 Calcule a altura do filete ( he) de uma rosca whitworth, sabendo que a rosca tem 20 filetes por polegada.

Fórmula: he = 0,61343 x P Fórmula: P = 25,4 nº de fios Exercício 11 Calcule o diâmetro menor do parafuso com rosca whitworth, cujo diâmetro é de ¼” (6,35mm) e que tem 26 fios por polegada. Exemplo – Calcular o diâmetro efetivo do parafuso (Ø médio) com rosca whitworth, cujo diâmetro externo é de 5/16” (7,9375mm) e tem 18 fios por polegada. Calcula-se o passo: P = 25,4 18 P = 1,411mm

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Calcula-se o he = 0,6403 x 1,411 He = 0,903 Calcula-se o Ø médio:

Fórmula: d₂ = 7,9375 – 0,903

d₂ = 7,03mm Portanto, o Ø médio do parafuso é de 7,03mm.

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5. Porcas

Porca é uma peça de forma prismática ou cilíndrica geralmente metálica, com um furo roscado no qual se encaixa um parafuso, ou uma barra roscada. Em conjunto com um parafuso, a porca é um acessório amplamente utilizado na união de peças. A porca está sempre ligada a um parafuso. A parte externa tem vários formatos para atender a diversos tipos de aplicação. Assim, existem porcas que servem tanto como elementos de fixação como de transmissão.

Material de fabricação As porcas são fabricadas de diversos materiais: aço, bronze, latão, alumínio, plástico. Há casos especiais em que as porcas recebem banhos de galvanização, zincagem e bicromatização para protegê-las contra oxidação (ferrugem). Tipos de rosca O perfil da rosca varia de acordo com o tipo de aplicação que se deseja. As porcas usadas para fixação geralmente têm roscas com perfil triangular.

As porcas para transmissão de movimentos têm roscas com perfis quadrados, trapezoidais, redondo e dente de serra.

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Tipos de porca Para aperto manual são mais usados os tipos de porca borboleta, recartilhada alta e recartilhada baixa.

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Veja, a aplicação da porca borboleta e da porca recartilhada alta.

As porcas cega baixa e cega alta, além de propiciarem boa fixação, deixam as peças unidas com melhor aspecto.

Veja a aplicação desse tipo de porca.

Para ajuste axial (eixos de máquinas), são usadas as seguintes porcas:

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Certos tipo de porcas apresentam ranhuras próprias para uso de cupilhas. Utilizamos cupilhas para evitar que a porca se solte com vibrações.

Veja como fica esse tipo de porca com o emprego da cupilha.

Observe a aplicação da porca sextavada chata.

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Para montagem de chapas em locais de difícil acesso, podemos utilizar as porcas:

Veja, a seguir, a aplicação desses tipos de porca.

Exercícios Exercício 1 - Marque com um X a resposta correta. A função da porca é: a) ( ) Fixar e não transmitir movimentos.

b) ( ) fixar e também transmitir movimentos.

Exercício 2

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As porcas podem Ter diversos perfis externos, cite três: a) __________________________________________________

b) __________________________________________________

c) __________________________________________________

Exercício 3 Marque V para verdadeiro e F para falso: As porcas para transmissão de movimentos podem ter roscas com perfil: a) ( ) quadrado;

b) ( ) triangular;

c) ( ) trapezoidal;

d) ( ) redondo.

Exercício 4 Marque com um X a resposta correta: A porca usada para aperto manual é a : a) ( ) porca redonda;

b) ( ) porca borboleta;

c) ( ) porca de trava;

d) ( ) porca rebitada.

6. Arruelas

A maioria dos conjuntos mecânicos apresenta elementos de fixação. Onde quer que se usem esses elementos, seja em máquinas ou em veículos automotivos, existe o perigo de se produzir, em virtude das vibrações, um afrouxamento imprevisto no aperto do parafuso. Para evitar esse inconveniente utilizamos um elemento de máquina chamado arruela.

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As arruelas têm a função de distribuir igualmente a força de aperto entre a porca, o parafuso e as partes montadas. Em algumas situações, também funcionam como elementos de trava. Os materiais mais utilizados na fabricação das arruelas são aço-carbono, cobre e latão. Tipos de arruela Existem vários tipos de arruela: lisa, de pressão, dentada, serrilhada, ondulada, de travamento com orelha e arruela para perfilados. Para cada tipo de trabalho, existe um tipo ideal de arruela. Arruela lisa Além de distribuir igualmente o aperto, a arruela lisa tem, também, a função de melhorar os aspectos do conjunto. A arruela lisa por não ter elemento de trava, é utilizada em órgãos de máquinas que sofrem pequenas vibrações.

Arruela de pressão A arruela de pressão é utilizada na montagem de conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços e grandes vibrações. A arruela de pressão funciona, também, como elemento de trava, evitando o afrouxamento do parafuso

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e da porca. É, ainda, muito empregada em equipamentos que sofrem variação de temperatura (automóveis, prensas, etc.)

Arruela dentada Muito empregada em equipamentos sujeitos a grandes vibrações, mas com pequenos esforços, como, eletrodomésticos, painéis automotivos, equipamentos de refrigeração etc. O travamento se dá entre o conjunto parafuso / porca. Os dentes inclinados das arruelas formam uma mola quando são pressionados e se encravam na cabeça do parafuso.

Arruela serrilhada A arruela serrilhada tem, basicamente, as mesmas funções da arruela dentada. Apenas suporta esforços um pouco maiores. Arruela ondulada A arruela ondulada não tem cantos vivos. É indicada, especialmente, para superfícies pintadas, evitando danificação do acabamento. É adequada para equipamentos que possuem acabamento externo constituído de chapas finas.

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Arruela de travamento com orelha Utiliza-se esta arruela dobrando-se a orelha sobre um canto vivo da peça. Em seguida, dobra-se uma aba da orelha envolvendo um dos lados chanfrado do conjunto porca / parafuso.

Existem outros tipos de arruelas, menos utilizados:

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7. Anéis Elásticos

O anel elástico é um elemento usado em eixos ou furos, tendo como principais funções:

Evitar deslocamento axial de peças ou componentes.

Posicionar ou limitar o curso de uma peça ou conjunto deslizante sobre o eixo.

Deslocamento axial é o movimento no sentido longitudinal do eixo.

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Material de fabricação e forma Fabricado de aço-mola, tem a forma de anel incompleto, que se aloja em um canal circular construído conforme normalização. Aplicação: para eixos com diâmetro entre 4 e 1.000mm. Externo • Norma DIN 471.

Aplicação: para furos com diâmetro entre 9,5 e 1.000mm. Norma DIN 472.

Aplicação: Em eixos com diâmetro entre 8 e 24mm. Trabalha externamente • Norma DIN 6799.

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Aplicação: para eixos com diâmetro entre 4 e 390mm para rolamentos.

Anéis de seção circular Aplicação: para pequenos esforços axiais.

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Na utilização dos anéis, alguns pontos importantes devem ser observados:

A dureza do anel deve ser adequada aos elementos que trabalham com ele.

Se o anel apresentar alguma falha, pode ser devido a defeitos de fabricação ou

condições de operação.

As condições de operação são caracterizadas por meio de vibrações, impacto,

flexão, alta temperatura ou atrito excessivo.

Um projeto pode estar errado: previa, por exemplo, esforços estáticos, mas as

condições de trabalho geraram esforços dinâmicos, fazendo com que o anel

apresentasse problemas que dificultaram seu alojamento.

A igualdade de pressão em volta da canaleta assegura aderência e resistência.

O anel nunca deve estar solto, mas alojado no fundo da canaleta, com certa

pressão.

A superfície do anel deve estar livre de rebarbas, fissuras e oxidações.

Em aplicações sujeitas à corrosão, os anéis devem receber tratamento

anticorrosivo adequado.

Dimensionamento correto da anel e do alojamento.

Em casos de anéis de seção circular, utilizá-los apenas uma vez.

Utilizar ferramentas adequadas para evitar que o anel fique torto ou receba

esforços exagerados.

Montar o anel com a abertura apontando para esforços menores, quando

possível.

Nunca substituir um anel normalizado por um “equivalente”, feito de chapa ou

arame sem critérios.

Para que esses anéis não sejam montados de forma incorreta, é necessário o uso de ferramentas adequadas, no caso, alicates. Vejamos alguns tipos de alicate:

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8. Chavetas

É um elemento mecânico fabricado em aço. Sua forma, em geral, é retangular ou semicircular. A chaveta se interpõe numa cavidade de um eixo e de uma peça. A chaveta tem por finalidade ligar dois elementos mecânicos.

Classificação: As chavetas se classificam em:

chavetas de cunha;

chavetas paralelas;

chavetas de disco.

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Chavetas de cunha

As chavetas têm esse nome porque são parecidas com uma cunha. Uma de suas faces é inclinada, para facilitar a união de peças. As chavetas de cunha classificam-se em dois grupos:

chavetas longitudinais;

chavetas transversais.

Chavetas longitudinais São colocadas na extensão do eixo para unir roldanas, rodas, volantes, etc. Podem ser com ou sem cabeça e são de montagem e desmontagem fácil.

Sua inclinação é de 1:100 e suas medidas principais são definidas quanto a:

altura (h);

comprimento (L);

largura (b);

As chavetas longitudinais podem ser de diversos tipos: encaixada, meia-cana, plana, embutida e tangencial. Veremos as características de cada um desses tipos.

Chavetas encaixadas – São muito usadas. Sua forma corresponde à do tipo mais simples de chaveta de cunha. Para possibilitar seu emprego, o rasgo do eixo é sempre mais comprido que a chaveta.

Chaveta meia-cana – Sua base é côncava (com o mesmo raio do eixo). Sua inclinação é de 1:100, com ou sem cabeça.

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Não é necessário rasgo na árvore, pois a chaveta transmite o movimento por efeito do atrito. Desta forma, quando o esforço no elemento conduzido for muito grande, a chaveta desliza sobre a árvore. Chaveta plana – Sua forma é similar à da chaveta encaixada, porém, para sua montagem não se abre rasgo no eixo. É feito um rebaixo plano. Chavetas embutidas – Essas chavetas têm os extremos arredondados, conforme se observa na vista superior ao lado. O rasgo para seu alojamento no eixo possui o mesmo comprimento da chaveta. As chavetas embutidas nunca têm cabeça. Chavetas tangenciais – São formadas por um par de cunhas, colocado em cada rasgo. São sempre utilizadas duas chavetas, e os rasgos são posicionados a 120º. Transmitem fortes cargas e são utilizadas, sobretudo, quando o eixo está submetido a mudança de carga ou golpes. Chavetas transversais – São aplicadas e em união de peças que transmitem rotativos e retilíneos alternativos. Quando as chavetas transversais são empregadas em uniões permanentes, sua inclinação varia entre 1:25 e 1:50. Se a união se submete a montagem e desmontagem frequentes, a inclinação pode ser de 1:6 a 1:15.

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Chavetas paralelas ou lingüetas

Essas chavetas têm as faces paralelas, portanto, não têm inclinação. A transmissão do movimento é feita pelo ajuste de suas faces laterais às laterais do rasgo da chaveta. Fica uma pequena folga entre o ponto mais alto da chaveta e o fundo do rasgo do elemento conduzido.

As chavetas paralelas não possuem cabeça. Quanto à forma de seus extremos, eles podem ser retos ou arredondados. Podem, ainda, terem parafusos para fixarem a chaveta ao eixo.

Chaveta de disco ou meia-lua (tipo woodruff) É uma variante da chaveta paralela. Recebe esse nome porque sua forma corresponde a um segmento circular.

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É comunente empregada em eixos cônicos por facilitar a montagem e se adaptar à conicidade do fundo do rasgo do elemento externo.

Tolerâncias para chavetas O ajuste da chaveta deve ser feito em função das características do trabalho. A figura mostra os três tipos mais comuns de ajuste e tolerância para chavetas e rasgos.

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9. Introdução aos elementos de apoio

De modo geral, os elementos de apoio consistem de acessórios auxiliares para o funcionamento de máquinas. Buchas A bucha, reduz bastante o atrito, passando a constituir um elemento de apoio indispensável e podem ser classificadas, quanto ao tipo de solicitação, em buchas de fricção radial e de fricção axial. Em determinados trabalhos de usinagem, há a necessidade de furação, ou seja, de fazer furos. Para isso é preciso que a ferramenta de furar fique corretamente posicionada para que os furos sejam feitos exatamente nos locais marcados. Nesse caso, são usadas as buchas-guia para a furação e também para alargamento dos furos. Devido à sua importância, as buchas-guia serão estudadas com mais detalhes.

Guias A guia tem a função de manter a direção de uma peça em movimento. Por exemplo, numa janela corrediça, seu movimento de abrir e de fechar é feito dentro de trilhos. Esses trilhos evitam que o movimento saia da direção.

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A guia tem a mesma função desses trilhos. Numa máquina industrial, como uma serra de fita, a guia assegura a direção da trajetória da serra. Geralmente, usa-se mais de uma guia em máquinas. Normalmente, se usa um conjunto de guias com perfis variados, que se denomina barramento. Existem vários tipos de barramento, conforme a função que ele exerce. Rolamentos e mancais Os mancais como as buchas têm a função de servir de suporte a eixos, de modo a reduzir o atrito e amortecer choques ou vibrações. Eles podem ser de deslizamento ou rolamento. Os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. São usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação.

De acordo com as forças que suportam, os mancais podem ser radias, axiais ou mistos.

Em relação aos mancais de deslizamento, os mancais de rolamento apresentam as seguintes vantagens:

Menor atrito e aquecimento.

Pouca lubrificação.

Condições de intercâmbio internacional.

Não desgasta o eixo.

Evita grande folga no decorrer do uso.

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Mas os mancais de rolamentos têm algumas desvantagens:

Muita sensibilidade a choques.

Maior custo de fabricação.

Pouca tolerância para carcaça e alojamento do eixo.

Não suportam cargas muito elevadas.

Ocupam maior espaço radial.

10. Buchas

As buchas são elementos de máquinas de forma cilíndrica ou cônica. Servem para apoiar eixos e guiar brocas e alargadores. Nos casos em que o eixo desliza dentro da bucha, deve haver lubrificação. Podem ser fabricadas de metal antifricção ou de materiais plásticos. Normalmente, a bucha deve ser fabricada com material menos duro que o material do eixo.

Classificação As buchas podem ser classificadas quanto ao tipo de solicitação. Nesse sentido, elas podem ser de fricção radial para esforços radiais, de fricção axial para esforços axiais e cônicas para esforços nos dois sentidos.

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Buchas de fricção radial Essas buchas podem ter várias formas. As mais comuns são feitas de um corpo cilíndrico furado, sendo que o furo possibilita a entrada de lubrificantes. Essas buchas são usadas em peças para cargas pequenas e em lugares onde a manutenção seja fácil. Em alguns casos, essas buchas são cilíndricas na parte externa. Os extremos são roscados e têm três rasgos longitudinais, o que permite o reajuste das buchas nas peças.

Bucha de fricção axial Essa bucha é usada para suportar o esforço de um eixo em posição vertical.

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Bucha cônica Esse tipo de bucha é usado para suportar um eixo do qual se exigem esforços radiais e axiais. Quase sempre essas buchas requerem um dispositivo de fixação e, por isso, são pouco empregadas.

Bucha-guia para furação e alarganento Nos dispositivos para furação, a bucha-guia orienta e possibilita autoposicionamento da ferramenta em ação na peça. Dessa forma, obtém-se a posição correta das superfícies usinadas.

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As buchas pequenas com até 20mm de diâmetro são feitas em aço-carbono, temperado ou nitretado. As maiores são feitas em aço cementado. A distância entre a bucha-guia e a peça baseia-se em dois parâmetros:

Quando o cavaco deve passar pelo interior da bucha-guia, a distância será de

0,2mm.

Quando o cavaco deve sair por baixo da bucha-guia, a distância será igual ou

maior que 0,5mm, multiplicado pelo diâmetro do furo da bucha.

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A principal finalidade da bucha-guia é a de manter um eixo comum (coaxilidade) entre ela e o furo. Para isso, as buchas-guia devem ser de tipos variados. Quando a distância (h) entre a peça e a base de sustentação da bucha-guia grande, usam-se buchas-guia longas com as seguintes características:

Ajuste: h7 – n6.

Distância (e) com saída por baixo do cavaco.

Bucha com borda para limitação da descida.

Diâmetro (d) conforme a ferramenta rotativa.

Diâmetro (D) maior que a ferramenta rotativa.

Quando dois furos são próximos um do outro, usam-se duas buchas-guia com borda e travamento entre si. Ou, então, usa-se uma bucha-guia de diâmetro que comporte os furos com travamento lateral por pino.

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Se for necessário trocar a bucha-guia durante o processo de usinagem, usm-se buchas-guia do tipo removível com ajuste H7 – j6, cabeça recartilhada e travamento lateral por parafuso de fenda.

Segue a ilustração de uma bucha-guia com três usos, mais sofisticada tecnologicamente. Ela serve para manter um eixo comum (coaxilidade) para centralizar a peça e para fixá-la no dispositivo.

Há grande variedade de tipos de buchas-guia. De acordo com o projeto de dispositivos, define-se o tipo de bucha-guia a ser usado. Exercícios Exercício 1 - Marque com um X a resposta correta. O anel de metal montado entre o eixo e a roda chama-se:

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a) ( ) porca;

b) ( ) bucha;

c) ( ) roda;

d) ( ) parafuso.

Exercício 2 A bucha serve para: a) ( ) aumentar o atrito e o desgaste do eixo;

b) ( ) eliminar o atrito e o desgaste do eixo;

c) ( ) aumentar o desgaste sem diminuir o atrito do eixo;

d) ( ) diminuir o atrito e o desgaste do eixo.

Exercício 3 Normalmente, as buchas são apresentadas na seguinte forma: a) ( ) cilíndrica ou cônica;

b) ( ) plana ou cônica;

c) ( ) cônica ou plana;

d) ( ) plana ou cilíndrica.

Exercício 4 Para abrir e alargar furos, possibilitando a orientação e o autoposicionamento da ferramenta em ação na peça, são usadas buchas: a) ( ) axiais;

b) ( ) guias;

c) ( ) radiais;

d) ( ) cônicas;

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Exercício 5 As buchas-guia de precisão são feitas de aço: a) ( ) duro;

b) ( ) mole;

c) ( ) fundido;

d) ( ) meio duro.

11. Guias

Para ficar clara sua descrição, apresentamos, como exemplo, a ilustração de uma porta corrediça do box de um banheiro.

Tipos No caso de se desejar movimento retilíneo, geralmente são usadas guias constituídas de peças cilíndricas ou prismáticas. Essas peças deslizam dentro de outra peça com forma geométrica semelhante, conforme ilustrações.

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As guias podem ser abertas ou fechadas, como pode ser visto nas ilustrações a seguir.

Classificação As guias classificam-se em dois grupos: guias de deslizamento e de rolamento. As guias de deslizamento apresentam-se, geralmente, nas seguintes formas:

Em máquinas operatrizes são empregadas combinações de vários perfis de guias de deslizamentos, conhecidos como barramento. O quadro a seguir apresenta alguns perfis combinados e sua aplicação.

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Réguas de ajuste Quando uma ou mais peças se movimentam apoiadas em guias, as superfícies entram em contato por atrito. Com o passar do tempo, o movimento vai provocando desgaste das superfícies dando origem a folga no sistema, mesmo que ele seja sempre lubrificado. Para evitar que essa folga prejudique a precisão do movimento, é preciso que ela seja compensada por meio de réguas de ajuste. As réguas têm perfil variado, de acordo com a dimensão da folga.

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Material de fabricação Geralmente, o barramento, ou seja, conjunto de guias de deslizamento é feito com ferro fundido. Conforme a finalidade do emprego da guia, ela pode ser submetida a um tratamento para aumentar a dureza de sua superfície. O barramento é muito usado em máquinas operatrizes como, por exemplo, em um torno.

LLuubbrriiffiiccaaççããoo

De modo geral, as guias são lubrificadas com óleo, que é introduzido entre as superfícies em contato por meio de ranhuras ou canais de lubrificação. O óleo

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deve ocorrer pelas ranhuras de modo que atinja toda a extensão da pista e forme uma película lubrificante. Essas ranhuras são feitas sempre na pista da peça móvel, conforme mostram as ilustrações.

Nas máquinas de grande porte é usada a guia hidrostática.

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MMaannccaaiiss

O mancal pode ser definido como suporte ou guia em que se apóia o eixo. No ponto de contato entre a superfície do eixo e a superfície do mancal, ocorre atrito. Dependendo da solicitação de esforços, os mancais podem ser de deslizamento ou de rolamento.

Mancais de deslizamento Geralmente, os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. Esses mancais são usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito.

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O uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir esse atrito e melhorar a rotação do eixo. As buchas são, em geral, corpos cilíndricos ocos que envolvem os eixos, permitindo-lhes uma melhor rotação. São feitas de materiais macios, como o bronze e ligas de metais leves.

Mancais de rolamento Quando necessitar de mancal com maior velocidade e menos atrito, o mancal de rolamento é o mais adequado. Os rolamentos são classificados em função dos sues elementos rolantes. Veja os principais tipos, a seguir.

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Os eixos das máquinas, geralmente, funcionam assentados em apoios. Quando um eixo gira dentro de um furo produz-se, entre a superfície do eixo e a superfície do furo, um fenômeno chamado atrito de escorregamento. Quando é necessário reduzir ainda mais o atrito de escorregamento, utilizamos um outro elemento de máquina, chamado rolamento. Os rolamentos limitam, ao máximo, as perdas de energia em consequência do atrito. São geralmente constituídos de dois anéis concêntricos, entre os quais são colocados elementos rolantes como esferas, roletes e agulhas. Os rolamentos de esfera compõem-se de:

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O anel externo é fixado no mancal, enquanto que o anel interno é fixado diretamente ao eixo.

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Em geral, a normalização dos rolamentos é feita a partir do diâmetro interno d, isto é, a partir do diâmetro do eixo em que o rolamento é utilizado.Para cada diâmetro são definidas três séries de rolamentos: leve, média e pesada. As séries leves são usadas para cargas pequenas. Para cargas maiores, são usadas as séries média ou pesada. Os valores do diâmetro D e da largura L aumentam progressivamente em função dos aumentos das cargas. Os rolamentos classificam-se de acordo com as forças que eles suportam. Podem ser radiais, axiais e mistos.

Radiais – não suportam cargas axiais e impedem o

deslocamento no sentido transversal ao eixo.

Axiais – não podem ser submetidos a cargas radiais.

Impedem o deslocamento no sentido axial, isto é, longitudinal ao

eixo.

Mistas – suportam tanto carga radial como axial. Impedem o

deslocamento tanto no sentido transversal quanto no axial.

Conforme a solicitação, apresentam uma infinidade de tipos para aplicação específica como: máquinas agrícolas, motores elétricos, máquinas, ferramentas, compressores, construção naval etc. Quanto aos elementos rolantes, os rolantes podem ser:

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a) De esferas – os corpos rolantes são esferas. Apropriados para rotações mais

elevadas.

b) De rolos – os corpos rolantes são formados de cilíndros, rolos cônicos ou

barriletes. Esses rolamentos suportam cargas maiores e devem ser usados em

velocidades menores.

c) De agulhas – os corpos rolantes de pequeno diâmetro e grande comprimento.

São recomendados para mecanismos oscilantes, onde a carga não é

constante e o espaço radial é limitado.

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Vantagens e desvantagens dos rolamentos Vantagens

Menor atrito e aquecimento.

Baixa exigência de lubrificação.

Intercambialidade internacional.

Não há desgaste do eixo.

Pequeno aumento da folga durante a vida útil.

Desvantagens

Maior sensibilidade aos choques.

Maiores custos de fabricação.

Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo.

Não suporta cargas elevadas como os mancais de deslizamento.

Ocupa maior espaço radial.

Tipos e seleção Os rolamentos são selecionados conforme:

as medidas do eixo;

o diâmetro interno (d);

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o diâmetro externo (D);

a largura (L);

o tipo de solicitação;

o tipo de carga;

o nº de rotação.

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RRoollaammeennttooss

Tipos e finalidades Os rolamentos podem ser de diversos tipos: fixo de uma carreira de esferas, de contato angular de uma carreira de esferas, autocompensador de esferas, de rolo cilíndrico, autocompensador de uma carreira de rolos, autocompensador de duas carreiras de rolos, de rolos cônicos, axial de esfera, axial autocompensador de rolos, de agulha e com proteção. Rolamento fixo de uma carreira de esferas É o mais comum dos rolamentos. Suporta cargas radiais e pequenas cargas axiais e é apropriado para rotações mais elevadas. Sua capacidade de ajustagem angular é limitada. É necessário um perfeito alinhamento entre o eixo e os furos da caixa.

Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas Admite cargas axiais somente em um sentido e deve sempre ser montado contra outro rolamento que possa receber a carga axial no sentido contrário.

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Rolamento autocompensador de esferas É um rolamento de duas carreiras de esferas com pista esférica no anel externo, o que lhe confere a propriedade de ajustagem angular, ou seja, de compensar possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo.

Rolamento de rolo cilíndrico É apropriado para cargas radiais elevadas. Seus componentes são separáveis, o que facilita a montagem e desmontagem.

Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos

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Seu emprego é particularmente indicado para construções em que se exige uma grande capacidade para suportar carga radial e a compensação de falhas de alinhamento. Rolamento autocompensador de duas carreiras de rolos É um rolamento adequado aos mais pesados serviços. Os rolos são de grande diâmetro e comprimento. Devido ao alto grau de oscilação entre rolos e pistas, existe uma distribuição uniforme da carga.

Rolamento de rolos cônicos Além de cargas radiais, os rolamentos de rolos cônicos também suportam cargas axiais em um sentido.

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Os anéis são separáveis. O anel interno e o externo podem ser montados separadamente. Como só admitem cargas axiais em um sentido, torna-se necessário montar os anéis aos pares, um contra o outro.

Rolamento axial de esfera Ambos os tipos de rolamento axial de esfera (escora simples e escora dupla) admitem elevadas cargas axiais, porém, não podem ser submetidos a cargas radiais. Para que as esferas sejam guiadas firmemente em suas pistas, é necessária a atuação permanente de uma carga axial mínima.

Rolamento axial autocompensador de rolos Possui grande capacidade de carga axial devido à disposição inclinada dos rolos. Também pode suportar consideráveis cargas radiais. A pista esférica do anel da caixa confere ao rolamento a propriedade de alinhamento angular, compensando possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo.

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Rolamento de agulha Possui uma seção transversal muito fina em comparação com os rolamentos de rolos comuns. É utilizado especialmente quando o espaço radial é limitado.

Rolamentos com proteção São assim chamados os rolamentos que, em função das características de trabalho, precisam ser protegidos ou vedados. A vedação é feita por blindagem (placa). Existem vários tipos. Os principais tipos de placas são:

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As designações Z e RS são colocadas à direita do número que identifica os rolamentos. Quando acompanhados do número 2 indicam proteção de ambos os lados. Cuidados com os rolamentos Na troca de rolamentos, deve-se tomar muito cuidado, verificando sua procedência e seu código correto. Antes da instalação é preciso verificar cuidadosamente os catálogos dos fabricantes e das máquinas, seguindo as especificações recomendadas. Na montagem, entre outros, devem ser tomados os seguintes cuidados:

verificar se as dimensões do eixo e cubo estão corretas;

usar o lubrificante recomendado pelo fabricante;

remover rebarbas;

no caso de reaproveitamento do rolamento, deve-se lavá-lo e lubrificá-lo

imediatamente para evitar oxidação;

não usar estopa nas operações de limpeza;

trabalhar em ambiente livre de pó e umidade.

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Defeitos comuns dos rolamentos Os defeitos comuns ocorrem por:

desgaste;

fadiga;

falhas mecânicas.

Desgaste O desgaste pode ser causado por:

deficiência de lubrificação;

presença de partículas abrasivas;

oxidação (ferrugem);

desgaste por patinação (girar em falso);

desgaste por brinelamento.

Fadiga A origem da fadiga está no deslocamento da peça, ao girar em falso. A peça se descasca, principalmente nos casos de carga excessiva. Descascamento parcial revela fadiga por desalinhamento, ovalização ou por conificação do alojamento.

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Falhas mecânicas O brinelamento é caracterizado por depressões correspondentes aos roletes ou esferas nas pistas do rolamento. Resulta de aplicação da pré-carga, sem girar o rolamento, ou da prensagem do rolamento com excesso de interferência.

Goivagem é defeito semelhante ao anterior, mas provocado por partículas estranhas que ficam prensadas pelo rolete ou esfera nas pistas. Sulcamento é provocado pela batida de uma ferramenta qualquer sobre a pista rolante. Queima por corrente elétrica é geralmente provocada pela passagem da corrente elétrica durante a soldagem. As pequenas áreas queimadas evoluem rapidamente com o uso do rolamento e provocam o deslocamento da pista rolante. As rachaduras e fraturas resultam, geralmente, de aperto excessivo do anel ou cone sobre o eixo. Podem, também, aparecer como resultado do girar do anel sobre o eixo, acompanhado de sobrecarga.

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O engripamento pode ocorrer devido a lubrificante muito espesso ou viscoso. Pode acontecer, também, por eliminação de folga nos roletes ou esferas por aperto excessivo. Exercícios Exercício 1 - Marque com um X a resposta correta. O rolamento mais comum para suportar pequenas e grandes cargas axiais com rotações elevadas é chamado:

a) ( ) rolo axial de esfera e rolo cônico;

b) ( ) elemento fixo de uma carreira de esferas;

c) ( ) rolo cilíndrico e rolo cônico;

d) ( ) autocompensador com duas carreiras de rolos.

Exercício 2 Para cargas axiais somente em um sentido, usa-se o seguinte rolamento:

a) ( ) autocompensador com duas carreiras de rolos;

b) ( ) autocompensador de esferas e de carreira de rolos;

c) ( ) fico em carreira de esferas;

d) ( ) de contato angular de uma carreira de esferas.

Exercício 3 Para compensar possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo, deve-se usar o seguinte rolamento:

a) ( ) rolo cilíndrico ou cônico;

b) ( ) autocompensador de esferas;

c) ( ) autocompensador com carreiras;

d) ( ) autocompensador sem carreiras.

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Exercício 4 Para serviços mais pesados, o rolamento adequado é:

a) ( ) autocompensador com duas carreiras de rolos;

b) ( ) autocompensador com esferas;

c) ( ) autocompensador com uma carreira de rolos;

d) ( ) autocompensador axial de esferas.

Exercício 5 Para cargas radiais e cargas axiais em um sentido é mais apropriado o seguinte rolamento:

a) ( ) de rolos cilíndricos;

b) ( ) de rolos cônicos;

c) ( ) de rolos prismáticos;

d) ( ) de rolos quadrangulares.

Exercício 6 Os rolamentos que precisam de vedação são chamados rolamentos:

a) ( ) com fechamento;

b) ( ) com abertura;

c) ( ) com fixação;

d) ( ) com proteção.

Exercício 7 Na montagem de rolamentos deve-se levar em conta:

a) ( ) lubrificante, dimensões do eixo e cubo, superfícies;

b) ( ) dimensões do eixo e cubo, lubrificante, superfícies;

c) ( ) dimensões do eixo e cubo, lubrificante, ambiente sem pó e umidade;

d) ( ) ambiente sem pó e umidade, lubrificante, superfícies.

Exercício 8

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Os defeitos mais comuns dos rolamentos são:

a) ( ) falha mecânica, fadiga, folga excessiva;

b) ( ) desgaste, fadiga, falha mecânica;

c) ( ) falha mecânica, pouca espessura, fadiga;

d) ( ) fadiga, ferrugem, falha mecânica.

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O que verificar durante o funcionamento Nos rolamentos montados em máquinas deve-se verificar, regularmente, se sua parada pode causar problemas. Os rolamentos que não apresentem aplicações muito críticas, ou que não são muito solicitados, não precisam de atenção especial. Na rotina de verificação são usados os seguintes procedimentos: ouvir, sentir, observar.

Para ouvir o funcionamento do rolamento usa-se um bastão de madeira, uma chave de fenda ou objetos similares o mais próximo possível do rolamento. Coloca-se o ouvido junto à outra extremidade do objeto. Se o ruído for suave é porque o rolamento está em bom estado. Se o ruído for uniforme, mas apresentar um som metálico é necessário lubrificar o rolamento. Atualmente, existe o analisador de vibração que permite identificar a folga e a intensidade da vibração do rolamento. Com a mão, verifica-se a temperatura. Se ela estiver mais alta que o normal, algo está errado: falta ou excesso de lubrificação, sujeira, sobrecarga, fadiga, folga, pressão ou calor nos retentores, vindos de uma fonte externa. Mas é preciso lembrar que logo após a lubrificação é normal ocorrer um aumento da temperatura, que pode durar de um a dois dias.

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Atualmente, existe um termômetro industrial para medir temperatura. Pela observação, pode-se verificar se há vazamento de lubrificação através dos vedadores ou de bujões. Geralmente, sujeiras mudam a cor do lubrificante, tornando-o mais escuro. Nesse caso, é preciso trocar os vedadores e o óleo. Quando o sistema de lubrificação for automático deve-se verificar, regularmente, seu funcionamento.

Lubrificantes Com graxa A lubrificação deve seguir as especificações do fabricante da máquina ou equipamento. Na troca de graxa, é preciso limpar a engraxadeira antes de colocar graxa nova. As tampas devem ser retiradas para limpeza. Se as caixas dos rolamentos tiverem engraxadeiras, deve-se retirar toda a graxa e lavar todos os componentes. Com óleo Olhar o nível do óleo e completá-lo quando for necessário. Verificar se o respiro está limpo. Sempre que for trocar o óleo, o óleo velho deve ser completamente drenado e todo o conjunto lavado com o óleo novo. Na lubrificação em banho, geralmente se faz a troca a cada ano quando a temperatura atinge, no máximo, 50ºC e sem contaminação; acima de 100ºC, quatro vezes ao ano; acima de 120ºC, uma vez por mês; acima de 130ºC, uma vez por semana, ou a critério do fabricante. Manutenção na máquina parada Comece a operação de inspeção, deixando a área de trabalho o mais limpa e seca possível. Estude o desenho da máquina antes de trocar o rolamento. Limpe as partes externas e anote a seqüência de retirada dos componentes e as posições da máquina. Tenha cuidado ao remover os vedadores, para não forçá-los muito. Verifique todos os componentes do conjunto.

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Verifique o lubrificante. Observe se existem impurezas.

Assegure-se de que não haverá penetração de sujeira e umidade, depois da retirada dos vedadores e das tampas. Proteja o conjunto com papel parafinado, plástico ou algum material similar. Evite o uso de estopa.

Quando for possível, lave o rolamento montado no conjunto, evitando desmontá-lo. Use um pincel molhado com querosene e seque com um pano bem limpo, seco e sem fiapos. Não lave rolamentos blindados com duas placas de proteção.

Se os rolamentos estão em perfeitas condições de uso, deve-se relubrificar de acordo com as especificações do

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fabricante da máquina. Monte cuidadosamente os vedadores e as tampas. Representação de rolamentos nos desenhos técnicos Os rolamentos podem ser apresentados de duas maneiras nos desenhos técnicos: simplificada e simbólica. Observe, com atenção, cada tipo de representação.

Observe novamente as representações simbólicas dos rolamentos e repare que a mesma representação simbólica pode ser indicativa de tipos diferentes de rolamentos. Quando for necessário, a vista frontal do rolamento também pode ser desenhada em representação simplificada ou simbólica.

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MMoollaass

São diversas as funções das molas. Observe, por exemplo, nas ilustrações, sua função na prancha de um trampolim. São as molas que permitem ao mergulhador elevar-se, sob impulso, para o salto do mergulho.

A movimentação do mergulhador se deve à elasticidade das molas. Peças fixadas entre si com elementos elásticos podem ser deslocadas sem sofrerem alterações. Assim, as molas são muito usadas como componentes de fixação elástica. Elas sofrem deformação quando recebem a ação de alguma força, mas voltam ao estado normal, ou seja, ao repouso, quando a força pára. As uniões elásticas são usadas para amortecer choques, reduzir ou absorver vibrações e para tornar possível o retorno de um componente mecânico à sua posição primitiva. Com certeza, você conhece muitos casos em que se empregam molas como, por exemplo, estofamentos, fechaduras, válvulas de descarga, suspensão de automóvel, relógios, brinquedos.

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Formas de uso As molas são usadas, principalmente, nos casos de armazenamento de energia, amortecimento de choques, distribuição de cargas, limitação de vazão, preservação de junções ou contatos. Armazenamento de energia Nesse caso, as molas são utilizadas para acionar mecanismos de relógios, de brinquedos, de retrocesso das válvulas de descarga e aparelhos de controle. Amortecimento de choques As molas amortecem choques em suspensão e pára-choques de veículos, em acoplamento de eixos e na proteção de instrumentos delicados ou sensíveis. Distribuição de cargas As molas distribuem cargas em estofamento de poltronas, colchões, estrados de camas e veículos em que, por meio de molas, a carga pode ser distribuída pelas rodas.

Limitação de vazão As molas regulam a vazão de água em válvulas e registros e a vazão de gás em bujões ou outros recipientes. Preservação de junções ou contatos Nesse caso, a função das molas é a de preservar peças articuladas, alavancas de contato, vedações, etc. que estejam em movimento ou sujeitas a desgastes. Ainda, as molas têm a função especial de manter o carvão de um coletor sob pressão.

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Tipos de mola Os diversos tipos de molas podem ser classificados quanto à sua forma geométrica ou segundo o modo como resistem aos esforços. Quanto à forma geométrica, as molas podem ser helicoidais (forma de hélice) ou planas.

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Quanto ao esforço que suportam, as molas podem ser tração, de compressão ou de torção.

Molas helicoidais

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A mola helicoidal é a mais usada em mecânica. Em geral, ela é feita de barra de aço enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica. A barra de aço pode ter seção retangular, circular, quadrada, etc. em geral, a mola helicoidal é enrolada à direita. Quando a mola helicoidal for enrolada à esquerda, o sentido da hélice deve ser indicado no desenho.

As molas helicoidais podem funcionar por compressão, por tração ou por torção. A mola helicoidal de compressão é formada por espirais. Quando esta mola é comprimida por alguma força, o espaço entre as espiras diminui, tornando menor o comprimento da mola.

Você pode ver a aplicação de uma mola helicoidal de compressão observando um furador de papéis.

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A mola helicoidal de tração possui ganchos nas extremidades, além das espiras. Os ganchos são também chamados de olhais. Para a mola helicoidal de tração desempenhar sua função, deve ser esticada, aumentando seu comprimento. Em estado de repouso, ela volta ao seu comprimento normal.

A mola helicoidal de tração é aplicada em várias situações. Veja um exemplo:

A mola helicoidal de tração tem dois braços de alavancas, além das espiras. Veja um exemplo de mola de torção na figura à esquerda, e à direita, a aplicação da mola num pregador de roupas.

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Agora veja exemplos de molas helicoidais cônicas e suas aplicações em utensílios diversos.

Note que a mola que fixa as hastes do alicate é bicônica. Algumas molas padronizadas são produzidas por fabricantes específicos e encontram-se nos estoques dos almoxarifados. Outras são executadas de acordo com as especificações do projeto, segundo medidas proporcionais padronizadas. Você já sabe que a mola helicoidal de compressão pode ter a forma de um tronco de cone. Então veja as características de dois tipos de molas cônicas: a primeira tem seção circular e a segunda tem seção retangular.

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Mola cônica de seção circular: H: comprimento; Dm: diâmetro maior da mola; dm: diâmetro menor da mola; p: passo; nº: número de espiras; d: diâmetro da seção do arame. Compare as características anteriores com as características da mola cônica de seção retangular. Mola cônica de seção retangular: H: comprimento da mola; Dm: diâmetro maior da mola; dm: diâmetro menor da mola; p: passo; nº: número de espiras; e: espessura da seção da lâmina; A: largura da seção da lâmina. Em lugar do diâmetro do arame (d) da mola circular, a mola de seção retangular apresenta outras características: E – espessura da seção da lâmina e A – largura da seção da lâmina Verificando o entendimento Analise o desenho e responda às questões.

a) Qual a forma da seção da mola

representada?

________________________________

b) Qual é a medida do passo da mola?

________________________________

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c) Qual é a largura da seção da lâmina?

________________________________ Confira suas respostas:

a) A seção da mola é retangular.

b) A medida do passo da mola é 3,5mm.

c) A largura da seção da lâmina é 11,5mm.

Acertou? Muito bem! Então prossiga. Analise as características da mola helicoidal de torção. Mola helicoidal de torção: De: diâmetro externo da mola; Di: diâmetro interno da mola; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo; nº: número de espiras; r: comprimento do braço de alavanca; a: ângulo entre as pontas da mola. As novas características que aparecem nesse tipo de mola são: r, que representa o comprimento do braço da alavanca, e a, que representa a abertura do ângulo formado pelos dois braços da alavanca. Note que as forças que atuam sobre a mola de torção são perpendiculares ao seu eixo, enquanto que nas molas de torção e de compressão a força segue a mesma direção do eixo.

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Verificando o entendimento Analise o desenho técnico da mola e escreva a cotas indicadas.

a) diâmetro externo da mola: 16mm;

b) diâmetro interno da mola: 12mm;

c) comprimento da mola: 18mm;

d) diâmetro da seção do arame: 2mm;

e) passo: 2mm;

f) número de espiras: 6;

g) comprimento do braço de alavanca:

15mm;

h) ângulo entre pontas da mola: 90º.

Compare o desenho que você cotou com o apresentado a seguir. Verifique, com atenção, se você escreveu corretamente as cotas.

Exercício 1

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Analise as molas representadas, conforme sua figura geométrica, e escreva helicoidal ou plana embaixo de cada figura: a) ______________________________

b) ______________________________

i. –

c) ______________________________

d) ______________________________ Exercício 2 Analise a mola representada e assinale com um X a alternativa que a identifica:

a) ( ) mola espiral;

b) ( ) mola cônica de seção retangular;

c) ( ) mola de torção;

d) ( ) mola de tração.

Exercício 3 Analise o desenho técnico da mola helicoidal de tração e escreva as cotas das características solicitadas:

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a) Diâmetro da seção do arame: _______________________

b) Comprimento da mola: ____________________________

c) Comprimento total da mola: ________________________

d) Passo da mola: _________________________________

e) Diâmetro interno da mola: _________________________

f) Diâmetro externo da mola: ________________________

g) Número de espiras da mola: _______________________

Molas planas As molas planas são feitas de material plano ou em fita. As molas planas podem ser simples, prato, feixe de molas e espiral.

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Observe a ilustração da mola plana simples. Esse tipo de mola é empregado somente para algumas cargas. Em geral, essa mola é fixa numa extremidade e livre na outra. Quando sofre a ação de uma força, a mola é flexionada em direção oposta.

Veja agora a mola prato. Essa mola tem a forma de um tronco de cone com paredes de seção retangular. Em geral, as molas prato funcionam associadas entre si,

empilhadas, formando colunas. O arranjo das molas nas colunas depende da necessidade que se tem em vista. As características das molas prato são: De: diâmetro externo da mola; Di: diâmetro interno da mola; H: comprimento da mola; h: comprimento do tronco interno da mola; e: espessura da mola.

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Material de fabricação As molas podem ser feitas com os seguintes materiais: aço, latão, cobre, bronze, borracha, madeira, plastiprene, etc: As molas de borracha e de arame de aço com pequenos diâmetros, solicitados a tração, apresentam a vantagem de constituírem elementos com menor peso e volume em relação à energia armazenada. Para conservar certas propriedades das molas – elásticas, magnéticas; resistência ao calor e à corrosão – deve-se usar aços-liga e bronze especiais ou revestimento de proteção. Os aços molas devem apresentar as seguintes características: alto limite de elasticidade, grande resistência, alto limite de fadiga. Quando as solicitações são leves, usam-se aços-carbono – ABNT 1070 ou ABNT 1095. As molas destinadas a trabalhos em ambientes corrosivos com grande variação de temperaturas são feitas de metal monel (33% CU – 67%Ni) ou aço inoxidável. Os aços-liga apresentam a vantagem de se adequarem melhor a qualquer temperatura, sendo particularmente úteis no caso de molas de grandes dimensões. Aplicação Para selecionar o tipo de mola, é preciso levar em conta certos fatores, como por exemplo, espaço ocupado, peso e durabilidade. Há casos em que se deve considerar a observação das propriedades elásticas, atritos internos ou externo adicional (amortecimento, relações especiais entre força aplicada e deformação). Na construção de máquinas empregam-se, principalmente, molas helicoidais de arame e aço. São de baixo preço, de dimensionamento e montagem fáceis e podem ser aplicadas em forças de tração e de compressão. As molas de borracha são utilizadas em fundações, especialmente como amortecedores de vibrações e ruídos e em suspensão de veículos.

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As molas de lâmina (feixe de molas) e de barra de torção requerem espaços de pequena altura (veículos). As molas espirais (de relógios) e de prato podem ser montadas em espaços estreitos. As molas de lâmina, de prato, helicoidal de prato e de borracha dispendem pouca quantidade de energia por atrito.

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EEnnggrreennaaggeennss

Engrenagens são rodas com dentes padronizados que servem para transmitir movimento e força entre dois eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro.

Os dentes são um dos elementos mais importantes das engrenagens. Observe, no detalhe, as partes principais do dente de engrenagens

Para produzir o movimento de rotação as rodas devem estar engrenadas engrenadas. As rodas se engrenam quando os dentes de uma engrenagem se encaixam nos vãos dos dentes da outra engrenagem. As engrenagens trabalham em conjunto. As engrenagens de um mesmo conjunto podem ter tamanhos diferentes. Quando um par de engrenagens tem rodas de tamanhos diferentes, a engrenagem maior chama-se coroa e a menor chama-se pinhão.

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Os materiais mais usados na fabricação de engrenagens são: aço-liga fundido, ferro fundido, cromo-níquel, bronze fosforoso, alumínio, náilon. Tipos de engrenagem Engrenagens cilíndricas Engrenagens cilíndricas têm a forma de cilindro e podem ter dentes retos ou helicoidais (inclinados). Os dentes helicoidais são paralelos entre si mas oblíquos em relação ao eixo.

Já os dentes retos são paralelos entre si e paralelos ao eixo da engrenagem. As engrenagens cilíndricas com dentes helicoidais transmitem também rotação entre eixos reversos (não paralelos). Elas funcionam mais suavemente que as engrenagens cilíndricas com dentes retos e, por isso, o ruído é menor. Engrenagens cônicas

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Engrenagens cônicas são aquelas que têm forma de tronco de cone. As engrenagens cônicas podem ter dentes retos ou helicoidais helicoidais. As engrenagens cônicas transmitem rotação entre eixos concorrentes . Eixos concorrentes são aqueles que vão se encontrar em um mesmo ponto, quando prolongados.

Cremalheira Cremalheira é uma barra provida de dentes, destinada a engrenar uma roda dentada. Com esse sistema, pode-se transformar movimento de rotação em movimento retilíneo e vice-versa.

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AAccooppllaammeennttooss

Acoplamento é um conjunto mecânico, constituído de elementos de máquina, empregado na transmissão de movimento de rotação entre duas árvores ou eixos-árvore. Classificação

Os acoplamentos podem ser fixos fixos, elásticos e móveis Acoplamentos fixos Os acoplamentos fixos servem para unir árvores de tal maneira que funcionem como se fossem uma única peça, alinhando as árvores de forma precisa. Por motivo de segurança, os acoplamentos devem ser construídos de modo que não apresentem nenhuma saliência. Acoplamento Acoplamento rígido com flanges parafusadas

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Esse tipo de acoplamento é utilizado quando se pretende conectar árvores, e é próprio para a transmissão de grande potência em baixa velocidade. Acoplamento de discos ou pratos

Empregado na transmissão de grandes potências em casos especiais, como, por exemplo, nas árvores de turbinas. As superfícies de contato nesse tipo de acoplamento podem ser lisas ou dentadas. Acoplamentos elásticos

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Esses elementos tornam mais suave a transmissão do movimento em árvores que tenham movimentos bruscos, e permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento paralelo, angular e axial entre as árvores. Os acoplamentos elásticos são construídos em forma articulada articulada, elástica ou articulada e elástica stica. Permitem a compensação de até 6 graus de ângulo de torção e deslocamento angular axial. Acoplamento perflex

Os discos de acoplamento são unidos perifericamente por uma ligação de borracha apertada por anéis de pressão. Esse acoplamento permite o jogo longitudinal de eixos. Acoplamento elástico de garras

As garras, constituídas por tocos de borracha, encaixam-se nas aberturas do contradisco e transmitem o movimento de rotação. Acoplamento elástico de fita de aço

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Consiste de dois cubos providos de flanges ranhuradas, nos quais está montada uma grade elástica que liga os cubos. O conjunto está alojado em duas tampas providas de junta de encosto e de retentor elástico junto ao cubo. Todo o espaço entre os cabos e as tampas é preenchido com graxa. Apesar de esse acoplamento ser flexível, as árvores devem estar bem alinhadas no ato de sua instalação para que não provoquem vibrações excessivas em serviço.

VVeeddaaççããoo

Vedação é o processo usado para impedir a passagem, de maneira estática ou dinâmica, de líquidos, gases e sólidos particulados (pó) de um meio para outro. Por exemplo, consideremos uma garrafa de refrigerante lacrada. A tampinha em si não é capaz de vedar a garrafa. É necessário um elemento contraposto entre a tampinha e a garrafa de refrigerante impedindo a passagem do refrigerante para o exterior e não permitindo que substâncias existentes no exterior entrem na garrafa. Os elementos de vedação atuam de maneira diversificada e são específicos para cada tipo de atuação. Exemplos: tampas, bombas, eixos, cabeçotes de motores, válvulas etc. É importante que o material do vedador seja compatível com o produto a ser vedado, para que não ocorra uma reação química entre eles. Se houver reação química entre o vedador e o produto a ser vedado, poderá ocorrer vazamento e contaminação do produto. Um vazamento, em termos industriais, pode parar uma máquina e causar contaminações do produto que, conseqüentemente, deixará de ser comercializado, resultando em prejuízo à empresa. Elementos de vedação

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Os materiais usados como elementos de vedação são: juntas de borracha, papelão, velumóide, anéis de borracha ou metálicos, juntas metálicas, retentores, gaxetas, selos mecânicos etc. Juntas de borracha São vedações empregadas em partes estáticas, muito usadas em equipamentos, flanges etc. Podem ser fabricadas com materiais em forma de manta e ter uma camada interna de lona (borracha lonada) ou materiais com outro formato. Anéis de borracha (ring) São vedadores usados em partes estáticas ou dinâmicas de máquinas ou equipamentos. Estes vedadores podem ser comprados nas dimensões e perfis padronizados ou confeccionados colando-se, com adesivo apropriado, as pontas de um fio de borracha com secção redonda, quadrada ou retangular. A vantagem do anel padronizado é que nele não existe a linha de colagem, que pode ocasionar vazamento. Os anéis de borracha ou anéis da linha ring são bastante utilizados em vedações dinâmicas de cilindros hidráulicos e pneumáticos que operam à baixa velocidade. Juntas de papelão São empregadas em partes estáticas de máquinas ou equipamentos como, por exemplo, nas tampas de caixas de engrenagens. Esse tipo de junta pode ser comprada pronta ou confeccionada conforme o formato da peça que vai utilizá-la. Juntas metálicas São destinadas à vedação de equipamentos que operam com altas pressões e altas temperaturas. São geralmente fabricadas em aço de baixo teor de carbono, em alumínio, cobre ou chumbo. São normalmente aplicadas em flanges de grande aperto ou de aperto limitado. Juntas de teflon Material empregado na vedação de produtos como óleo, ar e água. As juntas de teflon suportam temperaturas de até 260°C. Juntas de amianto Material empregado na vedação de fornos e outros equipamentos. O amianto suporta elevadas temperaturas e ataques químicos de muitos produtos corrosivos. Juntas de cortiça

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Material empregado em vedações estáticas de produtos como óleo, ar e água submetidos a baixas pressões. As juntas de cortiça são muito utilizadas nas vedações de tampas de cárter, em caixas de engrenagens etc. Retentores O vedador de lábio, também conhecido pelo nome de retentor, é composto essencialmente por uma membrana elastomérica em forma de lábio e uma parte estrutural metálica semelhante a uma mola que permite sua fixação na posição correta de trabalho. A função primordial de um retentor é reter óleo, graxa e outros produtos que devem ser mantidos no interior de uma máquina ou equipamento. O retentor é sempre aplicado entre duas peças que executam movimentos relativos entre si, suportando variações de temperatura. A figura a seguir mostra um retentor entre um mancal e um eixo.

Elementos de um retentor básico Os elementos de um retentor básico encontram-se a seguir. Acompanhe as

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Legendas pela ilustração.

Recomendações para a aplicação dos retentores Para que um retentor trabalhe de modo eficiente e tenha uma boa durabilidade, a superfície do eixo e o lábio do retentor deverão atender aos seguintes parâmetros: · O acabamento da superfície do eixo deve ser obtido por retificação, seguindo os padrões de qualidade exigidos pelo projeto. · A superfície de trabalho do lábio do retentor deverá ser isenta de sinais de batidas, sulcos, trincas, falhas de material, deformação e oxidação. · A dureza do eixo, no local de trabalho do lábio do retentor, deverá estar acima de 28 HRC. Condições de armazenagem dos retentores Durante o período de armazenamento, os retentores deverão ser mantidos nas próprias embalagens. A temperatura ambiente deverá permanecer entre 10°C e 40°C. Manipulações desnecessárias deverão ser evitadas para preservar os retentores de danos e deformações acidentais. Cuidados especiais precisam ser

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observados quanto aos lábios dos retentores, especialmente quando eles tiverem que ser retirados das embalagens. Pré-lubrificação dos retentores Recomenda-se pré-lubrificar os retentores na hora da montagem. A pré-lubrificação favorece uma instalação perfeita do retentor no alojamento e mantém uma lubrificação inicial no lábio durante os primeiros giros do eixo.O fluido a ser utilizado na pré-lubrificação deverá ser o mesmo fluido a serutilizado no sistema, e é preciso que esteja isento de contaminações. Cuidados na montagem do retentor no alojamento · A montagem do retentor no alojamento deverá ser efetuada com o auxílio de prensa mecânica, hidráulica e um dispositivo que garanta o perfeito esquadrejamento do retentor dentro do alojamento. · A superfície de apoio do dispositivo e o retentor deverão ter diâmetros próximos para que o retentor não venha a sofrer danos durante a prensagem. · O dispositivo não poderá, de forma alguma, danificar o lábio de vedação do retentor. Montagem do retentor no eixo Os cantos do eixo devem ter chanfros entre 15° e 25° para facilitar a entrada do retentor. Não sendo possível chanfrar ou arredondar os cantos, ou o retentor ter de passar obrigatoriamente por regiões com roscas, ranhuras, entalhes ou outras irregularidades, recomenda-se o uso de uma luva de proteção para o lábio. O diâmetro da luva deverá ser compatível, de forma tal que o lábio não venha a sofrer deformações. Cuidados na substituição do retentor · Sempre que houver desmontagem do conjunto que implique desmontagem do retentor ou do seu eixo de trabalho, recomenda-se substituir o retentor por um novo. · Quando um retentor for trocado, mantendo-se o eixo, o lábio do novo retentor não deverá trabalhar no sulco deixado pelo retentor velho. · Riscos, sulcos, rebarbas, oxidação e elementos estranhos devem ser evitados para não danificar o retentor ou acarretar vazamento. · Muitas vezes, por imperfeições no alojamento, usam-se adesivos (colas) para garantir a estanqueidade entre o alojamento e o retentor. Nessa situação, deve-se cuidar para que o adesivo não atinja o lábio do retentor, pois isso comprometeria seu desempenho.

136

137

GGaaxxeettaass

Gaxetas são elementos mecânicos utilizados para vedar a passagem de um fluxo de fluido de um local para outro, de forma total ou parcial. Os materiais usados na fabricação de gaxetas são: algodão, juta, asbesto (amianto), náilon, teflon, borracha, alumínio, latão e cobre. A esses materiais são aglutinados outros, tais como: óleo, sebo, graxa, silicone, grafite, mica etc. A função desses outros materiais que são aglutinados às gaxetas é torná-las autolubrificadas. Em algumas situações, o fluxo de fluido não deve ser totalmente vedado, pois é necessária uma passagem mínima de fluido com a finalidade de auxiliar a lubrificação entre o eixo rotativo e a própria gaxeta. A este tipo de trabalho dá-se o nome de restringimento restringimento. O restringimento é aplicado, por exemplo, quando se trabalha com bomba centrífuga de alta velocidade. Nesse tipo de bomba, o calor gerado pelo atrito entre a gaxeta e o eixo rotativo é muito elevado e, sendo elevado, exige uma saída controlada de fluido para minimizar o provável desgaste. A caixa de gaxeta mais simples apresenta um cilindro oco onde ficam alojados vários anéis de gaxeta, pressionados por uma peça chamada sobreposta sobreposta. A função dessa peça é manter a gaxeta alojada entre a caixa e o eixo, sob pressão conveniente para o trabalho. A seguir mostramos gaxetas alojadas entre um eixo e um mancal e a sobreposta.

As gaxetas são fabricadas em forma de cordas para serem recortadas ou em anéis já prontos para a montagem.

Seleção da gaxeta A escolha da gaxeta adequada para cada tipo de trabalho deve ser feita com base em dados fornecidos pelos catálogos dos fabricantes. No entanto, os seguintes dados deverão ser levados em consideração: · material utilizado na confecção da gaxeta; · dimensões da caixa de gaxeta; · fluido líquido ou gasoso bombeado pela máquina;

138

· temperatura e pressão dentro da caixa de gaxeta; · tipo de movimento da bomba (rotativo/alternativo); · material utilizado na construção do eixo ou da haste; · ciclos de trabalho da máquina; · condições especiais da bomba: alta ou baixa temperatura; local de trabalho (submerso ou não); meio (ácido, básico, salino) a que se encontra exposta.

SSeelloo MMeeccâânniiccoo

O selo mecânico é um vedador de pressão que utiliza princípios hidráulicos para reter fluidos. A vedação exercida pelo selo mecânico se processa em dois momentos: a vedação principal e a secundária. Vedação principal A vedação principal é feita num plano perpendicular ao eixo por meio do contato deslizante entre as faces altamente polidas de duas peças, geralmente chamadas de sede e anel de selagem selagem. A sede é estacionária e fica conectada numa parte sobreposta. O anel de selagem é fixado ao eixo e gira com ele. Para que as faces do anel de selagem e da sede permaneçam sempre em contato e pressionadas, utilizam-se molas helicoidais conectadas ao anel de selagem. As figuras a seguir mostram alguns tipos de sedes e de anéis de selagem, bem como um selo mecânico em corte.

Uso do selo mecânico Os selos mecânicos são utilizados com vantagens em relação às gaxetas, pois não permitem vazamentos e podem trabalhar sob grandes velocidades e em temperaturas e pressões elevadas, sem apresentarem desgastes consideráveis. Eles permitem a vedação de produtos tóxicos e inflamáveis. A figura a seguir mostra exemplo de selo mecânico em corte.

139

Vantagens do selo mecânico · Reduz o atrito entre o eixo da bomba e o elemento de vedação reduzindo, conseqüentemente, a perda de potência. · Elimina o desgaste prematuro do eixo e da bucha. · A vazão ou fuga do produto em operação é mínima ou imperceptível. · Permite operar fluidos tóxicos, corrosivos ou inflamáveis com segurança. · Tem capacidade de absorver o jogo e a deflexão normais do eixo rotativo. O selo mecânico é usado em equipamentos de grande importância como bombas de transporte em refinarias de petróleo; bombas de lama bruta nos tratamentos de água e esgoto; bombas de submersão em construções; bombas de fábricas de bebidas; em usinas termoelétricas e nucleares.

140

MMaatteerriiaaiiss MMeettáálliiccooss

É tudo que se emprega na construção de objetos.

Classificação

Os materiais se classificam em:

Aço

Metálicos Ferrosos Ferro fundido

Não ferrosos

Materiais

Não metálicos Sintéticos

Naturais

Metais

São materiais dotados de brilho. Em geral são bons condutores de calor e

eletricidade.

Os materiais metálicos podem ser: Ferrosos e Não ferrosos

Metais ferrosos

São os que contém ferro. Dentro desse grupo temos o aço.

Aço

É uma liga metálica composta de ferro e carbono.

Ferro

Metal encontrado na natureza em forma de minério.

Carbono

Elemento também encontrado em grandes quantidades na natureza.

141

IMPORTÂNCIA DO CARBONO

O carbono é o elemento que faz com que uns aços sejam mais duros do que

outros. Por essa razão, os aços se classificam segundo o teor de carbono que

contenham.

Assim, temos:

TEOR DE CARBONO (%)

TIPO QUANTO A DUREZA

TEMPERA USOS

1005 a 1015

0,05 a 0,15

Extra macio ou aço doce

Não adquire

têmpera

Chapas - Fios Parafusos - Tubos estirados. Produtos

de caldeiraria

1015 a 1030

0,15 a 0,30

Macio

Não adquire

têmpera

Barras laminadas e perfiladas. Peças comuns de mecânica

1030 a 1040

Acima de 0,30 a 0,40

Meio-macio

Apresenta início de

têmpera

Peças especiais de máquinas e motores ferramentas para a agricultura

1040 a 1060

Acima de 0,40 a 0,60

Meio duro

Adquire boa

têmpera

Peças de grande dureza. Ferramentas de corte, Molas, trilhos

1060 a 1095

Acima de 0,60 a 1,50

Duro a Extra duro

Adquire têmpera

fácil

Peças de grande dureza e resistência, Molas, Cabos, Cutelaria

PERFIS DO AÇO CARBONO Nos aços carbono, não só a qualidade está normalizada, mas também os diversos perfis ou formas. Esses perfis podem ser:

142

Barras Quadrada Chata Redonda Sextavada Chapa Chapas

Tubos

Perfilados

AÇOS CARBONO

(Noções Preliminares)

É resultante da combinação de ferro e carbono. A

porcentagem de carbono pode variar de 0,008 a 2,1%

FORMAÇÃO

A combinação de ferro e carbono se obtém derretendo-se o minério de ferro

juntamente com um fundente (pedras calcárias) em fornos apropriados, usando-se

o coque (carvão) como combustível.

Dessa primeira fusão, obtém-se a gusa, que é levada a outros tipos de fornos para

ser transformada em aço carbono, de cor acinzentada.

143

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Pode ser soldado. Pode ser curvado. Pode

ser forjado.

Pode ser dobrado. Pode ser trabalhado por ferramentas de

corte.

Pode ser trefilado. Pode ser laminado.

Estrutura cristalina? O que é isso?

Se você pudesse ampliar a maioria dos materiais sólidos a ponto de ver as

partículas que o compõem, observaria que essas partículas se arrumam de uma

forma muito organizada.

144

Essa organização parece uma rede em três dimensões que se repete em todo o

material. Ela é chamada de estrutura cristalina. Materiais metálicos, como o

ferro, o aço, o cobre e materiais não-metálicos, como a cerâmica, apresentam

esse tipo de estrutura. No caso das pedras preciosas e do quartzo, por exemplo,

essa repetição muitas vezes controla a forma externa do cristal.

Dependendo da forma geométrica

que essas estruturas cristalinas

apresentam, elas recebem um

nome. Assim, se você tiver metais

como berílio, zinco e cádmio, a

estrutura formada será um prisma

hexagonal, com três átomos dentro

dela. Essa estrutura se chama hexagonal compacta, ou HC.

Se os metais a sua disposição

forem alumínio, níquel, cobre,

prata, ouro, platina, chumbo, por

exemplo, a estrutura terá a forma

de um cubo com um átomo em

cada uma de suas faces. Essa

estrutura recebe o nome de estrutura cúbica de face centrada, ou CFC.

Metais como ferro, cromo, tungsténio,

molibdênio apresentam a estrutura em

forma de cubo com um átomo extra

em seu centro. Essa estrutura recebe

o nome de estrutura cúbica de corpo

centrado, ou CCC.

145

Observe que usamos duas formas para representar a estrutura: como esferas

cheias, encostadas umas nas outras e, em desenho esquemático, para facilitar a

visualização da forma geométrica.

Na representação com esferas, observe como elas estão organizadas muito

juntas. Porém, por mais juntas que estejam, há espaços vazios entre elas, como

uma pilha de laranjas arrumadas na banca da feira. Quando os metais são

deformados por processos mecânicos, como a laminação, as camadas de átomos

deslizam umas sobre as outras ao longo dos planos de átomos que se formam

nas estruturas cristalinas. Esses planos são chamados de planos cristalinos.

Estruturas cristalinas cúbicas possuem mais planos de átomos do que as

estruturas hexagonais. Por isso, é mais fácil deformar um material que possui

estrutura cúbica, como o alumínio, o cobre e o ferro, do que um metal que possui

estrutura hexagonal como o magnésio e o cádmio.

Ao estudar os metais e suas propriedades, você também ouvirá falar de defeitos

cristalinos. Esses defeitos, que se formam na maioria das vezes durante o

processo de fabricação, surgem na forma de contorno dos grãos, por exemplo.

E como o contorno do grão se forma? É simples. Durante o processo de

solidificação de qualquer metal, a formação dos cristais se inicia em diversos

pontos ao mesmo tempo. Nos locais onde esses cristais se encontram, forma-se

uma área de transição com átomos que não pertencem a nenhum dos cristais.

146

Observação: Laminação é um processo de fabricação por conformação

mecânica, no qual uma barra grossa de metal, chamada lingote, é passada entre

dois rolos, os cilindros laminadores, para se transformar em uma chapa. É

exatamente como o pasteleiro “abre” sua massa de pastel.

Na região dos contornos dos grãos, a deformação é mais difícil, pois os planos

cristalinos são interrompidos, dificultando o deslizamento. Por isso, a ruptura de

um metal, na maioria dos casos, acontece no contorno do grão.

Como você vê, pouco a pouco a estrutura dos materiais começa a ajudar a

explicar suas propriedades. Mas, quais são elas? Já citamos aqui o ponto de

fusão, a solubilidade, a resistência mecânica, a ductilidade. Só que não dissemos

o que isso significa para o material. Será que é bom? Será que é ruim? São só

essas as propriedades?

AÇOS-LIGA

São materiais ferrosos formados pela

fusão de aço com outros elementos, tais como:

As ligas de aço servem para fabricação de peças e

ferramentas que, por sua aplicação, requerem a

presença em sua composição de um ou vários

elementos dos acima mencionados. A liga resultante

recebe o nome do ou dos elementos, segundo seja um ou vários os seus

componentes. Cada um destes elementos da ao aço as propriedades seguintes:

NÍQUEL (Ni)

Foi dos primeiros metais utilizados com êxito para dar determinadas qualidades ao

aço. O níquel aumenta a resistência e a tenacidade do mesmo, eleva seu limite da

elasticidade, dá boa ductilidade e boa resistência à corrosão.

O aço-níquel contém de 2 a 5% de níquel e de 0,1 a 0.5 de carbono.

Níquel (Ni)

Cromo (Cr)

Manganês (Mn)

Tungstênio (W)

Molibdênio (Mo)

Vanádio (Va)

Silício (Si)

Cobalto (Co)

Alumínio (AI)

147

Os teores de 12 a 21% de níquel e 0,1% de carbono produzem AÇOS

INOXIDÁVEIS e apresentam grande dureza e alta resistência.

CROMO (Cr)

Dá também ao aço alta resistência, dureza, elevado limite de elasticidade e boa

resistência á corrosão.

O aço-cromo contém de 0,5 a 2% de cromo e de 0,1 a 1,5% de carbono.

O aço-cromo especial, do tipo inoxidável, contém de 11 a 17% de cromo.

MANGANÊS (Mn)

Os aços com 1,5 a 5% de manganês são frágeis. O manganês, entretanto. quando

adicionado em quantidade conveniente, aumenta a resistência do aço ao desgaste

e aos choques, mantendo-o dúctil.

O aço-maganês contém usualmente de 11 a 14% de manganês e de 0.8 a 1.5%

de carbono.

TUNGSTËNIO (W)

É geralmente adicionado aos aços com outros elementos. O tungstênio aumenta a

resistência ao calor, a dureza, a resistência à ruptura e o limite de elasticidade. Os

aços com 3 a 18% de tungstênio e 0,2 a 1,5% de carbono apresentam grande

resistência.

MOLIBDÉNIO (Mo)

Sua ação nos aços é semelhante á do tungstênio. Emprega-se, em geral,

adicionado com o cromo, produzindo os aços cromo-molibdênio, de grande

.existência. principalmente a esforços repetidos.

VANÂDIO (Va)

Melhora, nos aços, a resistência à tração, sem perda de ductilidade. e eleva os

limites de elasticidade e de fadiga.

148

Os aços cromo-vanádio contém, geralmente, de 0,5 a 1,5% de cromo. de 0,15 a

0.3% de vanádio e de 0,13 a 1,1% de carbono.

SILÍCIO (Si)

Aumenta a elasticidade e a resistência dos aços.

Os aços-sílicio contêm de 1 a 2% de sílicio e de 0,1 a 0,4% de carbono.

O silício tem o efeito de isolar ou suprimir o magnetismo.

COBALTO (Co)

Influi favoravelmente nas propriedades magnéticas dos aços. Além disso, o

cobalto em associação com o tungstênio, aumenta a resistência dos aços ao calor.

ALUMINÍO (AI)

Desoxida o aço. No processo de tratamento termo químico chamado nitretação

combina se com o azoto, favorecendo a formação de uma camada superficial

duríssima

Tipo do aço-liga

Porcentagem

da adição

Características

do aço

Uso nas

industriais

1 a 10% de Níquel

(Ni)

Resistem bem á

ruptura e ao choque

quando temperados

e revenidos

Peças de

automóveis, peças

de máquinas

ferramentas

149

AÇOS NÍQUEL

10 a 20% de Níquel

(Ni)

Resistem bem à

tração. Muito duros

temperáveis em jato

de ar

Blindagem de

navios, eixos,

hastes de freios,

projéteis

20 a 50% de Níquel

(Ni)

Inoxidáveis,

resistentes aos

choques.

Resistentes

elétricos

Válvulas de motores

térmicos,

resistências

elétricas, cutelaria

instrumentos de

medida

AÇOS CROMO

Até 6% de cromo

Resistente bem à

ruptura, duros, não

resistente aos

choques

Rolamentos,

ferramentas,

projéteis,

blindagens

AÇOS CROMO

11 a 17% de cromo

(Cr)

Inoxidáveis

Aparelhos e

instrumentos de

medida, cutelaria

150

20 a 30% de

cromo(Cr)

Resistem bem à

oxidação

Válvulas de motores

a explosão , fieiras,

matrizes.

AÇOS CROMO E

NÍQUEL

0,5 a 1,5% de

cromo

(Cr)

1,5 a 5% de níquel

(Ni)

Grande resistência

grande dureza,

muita resistência

aos choques, torção

e flexão

Eixos de manivelas,

engrenagens, eixos,

peças de motores

de grande

velocidade, bielas

8 a 25% de cromo

(Cr)

18 a 25% de níquel

(Ni)

Inoxidáveis,

resistentes à ação

do calor, resistentes

elementos químicos

Portas de fornos,

comportas,

tubulações para

água salina e

bombas, válvulas,

turbinas

ACOS

MANGANÊS

7 a 20% de

manganês

(Mn)

Extrema dureza

grande resistência

aos choques e ao

desgaste

Mandíbulas de

britadores, eixos de

veículos em geral,

agulhas,

cruzamentos e

curvas de trilhos

peças de dragas

AÇOS SILÍCIO

1 a 3% de silício

Resistência à

ruptura Elevado

Molas de chapa de

induzidos de

151

limite de

elasticidade

Propriedade de

anular o

magnetismo

máquinas elétricas,

núcleos de bobinas

elétricas

AÇOS SILÍCIO

MANGANÊS

1% de silício (si)

1% de

manganês(Mn)

Grande resistência

à ruptura, elevado

limite de

elasticidade

Molas diversas, o

molas de

automóveis e de

carros e vagões

AÇOS

TUNGSTÊNIO

1 a 9% de

tungstênio(W)

Dureza, resistência

à ruptura resistência

ao calor da abrasão,

propriedade

magnéticas

Ferramentas de

corte para altas,

velocidades

matrizes, fabricação

de imãs

AÇOS RÁPIDOS

8 a 20% de

Tungstênio (W)

1 a 5% de

Molibdênio (Mo)

3 a 4% de cromo

(Cr)

Excepcional dureza

resistência ao corte

mesmo, com a

ferramenta

aquecida pela alta

velocidade a

ferramenta de aço

rápido que contém

cobalto consegue

usinar até o aço

manganês, de

Ferramentas de

corte, de todos os

tipos, para altas

velocidades,

cilindros de

laminadores

matrizes, fieiras

punções

152

grande dureza

AÇOS CROMO-

ALUMÍNIO-

CROMO

0,85a 1,20% de

alumínio

(Al)

0,9a 1,80% de

cromo

(Cr)

Possibilita grande

dureza superficial

por tratamento de

nitretação

(termo-químico)

Peças para motores

a explosão e de

combustão interna,

eixos de manivelas,

eixos, calibres de

medidas de

dimensões fixas.

FERRO FUNDIDO

Obtendo o ferro fundido

Os ferros fundidos são ligas de ferro e carbono com teores elevados de silício

e também são fabricados a partir do ferro-gusa. Só que nesse o aço, o carbono

está presente com teores entre 2 e 4,5 %. E, se eles têm mais carbono, o que

acontece? Eles ficam mais duros do que o aço. Além disso, por causa do silício,

forma-se grafite em sua estrutura. Por isso eles são mais frágeis! Portanto, não é

possível forjá-los, estirá-los, lamina-los ou vergá-los em qualquer temperatura.

153

Mas, como é que o gusa se transforma em ferro fundido? A transformação

acontece em dois tipos de fornos: o forno elétrico e o forno cubilot. No forno

elétrico, o processo é semelhante ao de produção do aço.

O forno cubilot trabalha com ferro-gusa, sucata de aço, calcário (para separar

as impurezas), ferro-silício, ferro-manganês e coque, como combustível. Ele

funciona sob o princípio da contra-corrente (como o alto-forno), ou a carga

metálica e o coque descem e os gases sobem.

Para começar, limpa-se o forno, que é uma carcaça cilíndrica, vertical de aço,

revestida internamente com tijolos refratários. Em seguida, coloca-se um pouco de

madeira e o coque no fundo e ateia-se fogo. Quando o fogo atravessa toda a

camada de coque e madeira, liga-se o sopro de ar. Nesse momento, é iniciada a

carga: em camadas, são colocadas quantidades pré-determinadas de ferro-gusa,

sucata, coque e fundente (calcário). Esse carregamento continua, até atingir o

nível da porta de carga e assim deve ser mantido durante toda a operação.

Por falar nisso, essa operação pode ser intermitente ou contínua. Se ela for

intermitente, a corrida metálica, ou seja, a retirada do ferro fundido do forno, é feita

periodicamente, sempre que necessário. No segundo caso, o material fundido

(metal e escória) é despejado continuamente na calha de vazamento.

Nessa calha, há uma bacia que separa a escória do metal. Esta, por

apresentar menor densidade, flutua e escorre lateralmente. O ferro corre para a

panela de fundição.

O forno cubilot não permite que se faça um controle rigoroso da composição

química do metal. Por isso, ele é empregado para a produção de ferro fundido que

será usado na fabricação de peças que não sofrerão grandes esforços. Para a

produção de ferros fundidos de alta qualidade, são usados fomos elétricos ou

fomos cubilot em conjunto com os fomos elétricos.

Tipos de ferro fundido

O ferro fundido é o que chamamos de uma liga ternária. Isso quer dizer que

ele é composto de três elementos: ferro, carbono (2 a 4,5% ) e silício (1 a 3%).

154

Existe ainda o ferro fundido ligado, ao qual outros elementos de liga são

acrescentados para dar alguma propriedade especial à liga básica.

Dependendo da quantidade de cada elemento e da maneira como o material é

resfriado ou tratado termicamente, o ferro fundido será cinzento, branco,

maleável ou nodular. O que determina a classificação em cinzento ou branco é a

aparência da fratura do material depois que ele resfriou. E essa aparência, por sua

vez, é determinada pela forma como o carbono se apresenta depois que a massa

metálica solidifica. E ele se apresenta sob duas formas: como cementita (Fe3C) ou

como grafita, um mineral de carbono usado, por exemplo, na fabricação do lápis.

Assim, no ferro fundido cinzento, o carbono se apresenta sob a forma de grafita,

em flocos ou lâminas, que dá a cor acinzentada ao material. Como o silício

favorece a decomposição da cementita em ferro e grafita, esse tipo de liga ferrosa

apresenta um teor maior de silício (até 2,8%). Outro fator que auxilia na formação

da grafita é o resfriamento lento.

Os ferros fundidos cinzentos apresentam

boa usinabilidade e grande capacidade de

amortecer vibrações. Por causa dessas

características, são empregada nas

indústrias automobilística, de equipamentos

agrícolas e de máquinas e, na mecânica

pesada, na fabricação de blocos e

cabeçotes de motor, carcaças e platôs de

embreagem, suportes, barras e barramentos para máquinas industriais.

O ferro fundido branco é formado no processo de solidificação, quando não

ocorre a formação da grafita e todo o carbono fica na forma de carboneto de ferro

(ou cementita). Daí, sua cor clara. Para que isso aconteça, tanto os teores de

carbono quanto os de silício devem ser baixos e a velocidade de resfriamento

deve ser maior. Nos ferros fundidos brancos ligados, elementos como o cromo, o

molibdênio e o vanádio funcionam como estabilizadores dos carbonetos,

aumentando a dureza.

155

Por causa da elevada dureza, os ferros fundidos brancos são frágeis, embora

tenham uma grande resistência à compressão, ao desgaste e à abrasão. Essa

resistência e dureza se mantêm mesmo em temperaturas elevadas. Por isso, esse

tipo de material ferroso é empregado em equipamentos de manuseio de terra,

mineração e moagem, rodas de vagões e revestimentos de moinhos.

O ferro fundido maleável é um material que reúne as vantagens do aço e as

do ferro fundido cinzento. Assim, ele tem, ao mesmo tempo, alta resistência

mecânica e alta fluidez no estado líquido, o que permite a produção de peças

complexas e finas.

O ferro fundido maleável é produzido a partir

de um ferro fundido branco submetido a um

tratamento térmico, por várias horas, que toma

as peças fabricadas com esse material mais

resistentes ao choque e às deformações.

Dependendo das condições do tratamento

térmico, o ferro pode

apresentar o núcleo

preto ou branco.

O ferro fundido maleável de núcleo branco passa por

um tratamento térmico, em atmosfera oxidante, no qual

o carbono é removido por descarbonetação, não haven-

do formação de grafita. Por causa disso; ele adquire

características semelhantes às de um aço de baixo

carbono e pode ser soldado. E um material indicado para a fabricação de barras

de torção, corpos de mancais, flanges para tubos de escapamento.

O ferro fundido maleável de núcleo preto (ou americano) passa por um

tratamento térmico em atmosfera neutra, em que a cementita se decompõe em

ferro e carbono e, no qual, o carbono forma uma grafita compacta, diferente da

forma laminada dos ferros fundidos cinzentos. Ele é usado para a fabricação de

156

suportes de molas, caixas de direção, cubos de rodas, bielas, conexões para

tubulações hidráulicas e industriais.

Finalmente, temos o ferro fundido nodular, cuja

estrutura apresenta partículas arredondadas de

grafita. Isso é obtido com a adição de elementos,

como o magnésio, na massa metálica ainda líquida.

Com o auxílio de tratamentos térmicos adequados,

esse material pode apresentar propriedades me-

cânicas, como a ductilidade, a tenacidade, a

usinabilidade e as resistências mecânica e à corrosão, melhores do que as de

alguns aços-carbono.

Por causa disso e do menor custo de processamento, está substituindo alguns

tipos de aços e os ferros fundidos maleáveis na maioria de suas aplicações.

Mancais, virabrequins, cubos de roda, caixas de diferencial, peças de sistema de

transmissão de automóveis, caminhões e tratores são produtos fabricados com o

ferro fundido nodular. Essas informações estão reunidas no quadro a seguir:

TIPO DE FERRO

FUNDIDO

PROPRIEDADES

PRODUTOS

Ferro fundido cinzento

Boa usinabilidade

Capacidade de amortecer

vibrações

Blocos e cabeçotes de

motor, carcaças e platôs

de embreagem, discos e

tambores de freio;

suportes,

bases e barramentos de

máquinas industriais.

157

Ferro fundido branco

Dureza e fragilidade.

Elevada resistência à

compressão Resistência

ao desgaste e à abrasão

Equipamentos de

manuseio

de terra, mineração e

moagem; rodas de vagões

revestimentos de moinhos

Ferro fundido

maleável(preto ou branco)

Alta resistência mecânica e

alta fluidez no estado

líquido Resistência ao

choque e às deformações

Suportes de molas, caixas

de direção, cubos de roda;

conexões para tubulações

hidráulicas e industriais;

suportes de barras de

torção, corpos de mancais,

flanges para tubos de

escapamento.

Ferro fundido nodular

Ductílidade, tenacidade,

usinabilidade. Resistência

mecânica e à corrosão.

Mancais, virabrequins

caixas de diferencial,

carcaças de transmissão,

caixas satélites

para automóveis,

caminhões e tratores.

Os produtos de ferro fundido, assim como os de aço, e de qualquer outro tipo

de material, são normalizados, ou seja, seguem as normas da ABNT (Associação

Brasileira de Normas Técnicas). Nos catálogos, esses produtos são apresentados

de acordo com designações ou especificações dessas normas.

Você deve se lembrar, também, que as propriedades dos ferros fundidos em

particular e de outros metais, em geral, são melhoradas não só com a adição de

elementos de liga, mas também por meio de tratamento térmico, ou seja, um

tratamento em que o metal é aquecido e resfriado sob condições controladas.

158

Esse tipo de tratamento interfere na estrutura do material. É um assunto também

bastante importante e complexo.

METAIS NÃO FERROSOS

(Ligas)

LATÃO

É uma liga de cobre e zinco com a quantidade mínima de 50% de cobre.

A sua cor e amarelada e se aproxima da cor cobre. quando a quantidade de

cobre aumenta.

TABELA DA COR DO LATÃO

Porcentagem de Cobre

(%)

60

60 a 63

67 a 7

80 a 85

90

Mais de

90

Cor Vermelho ovo

Amarelo avermelhado

Amarelo esverdeado

Vermelho claro

Vermelho ouro

cor de cobre

Aplicação

E usado em dobradiças, material elétrico, radiadores, parafusos, buchas e outras

peças.

Propriedades

O latão pode ser laminado ou trefilado (em forma de fio) a frio e a quente, isto é,

transforma-se em chapas, fios barras e perfilados.

Quando laminado ou trefilado a frio, aumentam de 1 ,8 a sua resistência e a

dureza. O latão pode ser fabricado em diversas durezas, tais como: macio,

semiduro e duro; é mais resistente que cobre.

O latão semiduro tem uma resistência 1,2 vezes maior que o latão macio. A

resistência do latão duro é 1,4 maior que a do macio.

Funde-se com facilidade, e por essa propriedade é utilizado na fabricação de

varetas para soldagem.

159

BRONZE

É uma liga de cobre, estanho e outros metais, como chumbo e zinco, sendo

60% a quantidade mínima de cobre.

Aplicação:

É usado na fabricação de válvulas de alta pressão, porcas dos fusos das

máquinas, rodas dentadas, parafusos sem-fim, buchas e outras peças.

Propriedades:

Possuem, segundo sua liga, boas características de deslizamento e de

condutividade elétrica. São também resistentes à corrosão e ao desgaste em

comparação com o cobre, os bronzes têm maior dureza a frio.

Classificação:

Classificamos os bronzes, pela sua composição, em:

A) Bronze de estanho

É uma liga de cobre e estanho cuja quantidade de estanho varia de 4 a 20%

A sua cor varia do amarelo claro ao amarelo-avermelhado

Propriedades

E duro e resistente à corrosão

É de fácil fusão

E facilmente usinado

Aplicação

Bronze de estanho

Bronze de alumínio

Bronze de manganês

Bronze de chumbo

Bronze de zinco

Bronze fosforoso

160

Por sua fácil fusão e sua resistência ao desgaste e ao atrito, é usado em buchas

de mancais de deslizamento e peças de válvulas

Emprega-se nas construções navais, por ser anti-corrosivo e por sua resistência

ao atrito e desgaste.

B) Bronze de Alumínio

É uma liga de quantidade de 4 % à 9% de alumínio. Sua cor é parecida com a do

latão.

Propriedades

E resistente ao desgaste e à corrosão. Sua fundição apresenta dificuldades,

porém pode-se trabalhar bem a quente e a frio .Pode ser trefilado e laminado.

Podendo-se obter chapas, lâminas , fios e tubos para a indústria química.

Aplicação

Pelas suas boas qualidades relativas à resistência ao desgaste, e ao baixo

coeficiente de dilatação, emprega-se na fabricação de buchas, parafusos sem-fim

e rodas dentadas.

C) Bronze de manganês

É uma liga de manganês em que predomina o cobre. A sua cor varia do amarelo

ao cinza. O manganês é um metal que não é utilizado puro, mas em ligas com

outros metais

Propriedade

Possui boa dureza, suporta a água do mar e detergentes. Resiste bem ao calor.

Aplicação

É utilizado na fabricação de fios para resistores, em eletrônica, e também em

tubos vapor e água do mar

D) Bronze de chumbo

161

É uma liga que contém 25% de chumbo. Tem cor próxima da cor do cobre.

Propriedades

Apresenta boas qualidades de deslizamento. A resistência não é considerável e

é auto- lubrificante

Aplicação

E usado na confecção de buchas e mancais deslizantes.

E) Bronze vermelho (de zinco)

É uma liga de cobre, estanho e zinco, na qual predomina o cobre. A sua cor é o

amarelo-rosado.

Propriedade

É resistente à corrosão e ao desgaste. É de fácil fundição e usina-se bem.

Aplicação

É empregado em válvulas, braçadeiras de tubos, buchas deslizantes e em peças

que devem resistir a altas pressões e serem anti-corrosivas.

F) Bronze fosforoso

É uma liga de cobre, estanho e uma quantidade de fósforo (material em forma de

mineral do grupo dos metalóides).

Propriedade

Resiste ao desgaste e é anti-corrosivo.

Aplicação

É empregado na fabricação de buchas para mancais de deslizamento, fabricação

de rodas dentadas helicoidais e peças de construção naval.

162

METAL ANTIFRICÇÃO

É uma liga de estanho, antimônio e cobre. As quantidades são: 5% de cobre, 85%

de estanho e 10% de antimônio.

Propriedade

Ë um metal anti-fricção e resistente ao desgaste.

Aplicação

É empregado em casquilhos para bielas de motores de automóvel e em buchas

para mancais deslizantes.

OBSERVAÇÃO:

DILATAÇÃO TÉRMICA – Propriedade dos metais de variarem de tamanho com a

mudança de temperatura. Diz-se que o material tem baixo coeficiente de dilatação

térmica, quando sua variação é muito pouca pela ação do calor.

QUADRO GERAL DOS METAIS NÃO FEROSOS

METAL LIGA COR PROPRIEDADE APLICAÇÕES

LATÃO

Cobre e zinco

Varia do

amarelo ouro

ao vermelho

Pode ser

laminado ou

trefilado (em

forma de fio) a

frio e a quente,

transforma-se

em chapas ,

barras e

É usado em

dobradiças

material elétrico,

radiadores,

parafusos

buchas e outras

peças

163

perfilados

164

BRONZE DE

ESTANHO

Cobre e

estanho

Varia do

amarelo claro

ao

avermelhado

É de fácil fusão

é facilmente

usinado, é duro

e resistente a

corrosão.

Emprega-se nas

construções

navais, por ser

anti-corrosivo e

por sua

resistência ao

atrito e

desgaste.

É usado em

buchas e

mancais

deslizantes.

BRONZE

DE

ALUMÍNIO

Cobre e

alumínio

Semelhante à

do latão

É resistente ao

desgaste e a

corrosão. Sua

fundição é difícil

porém, pode se

trabalhar bem a

quente e a frio.

Pode ser

trefilado e

laminado.

Pelas suas boas

qualidades

relativas ao

deslizamento á

resistência ao

desgaste e ao

baixo coeficiente

de dilatação,

emprega-se na

fabricação de

buchas.

Parafusos sem-

fim e rodas

dentadas.

Possui boa

É utilizado na

165

BRONZE DE

MANGANÊS

Manganês e

cobre, porém

com

predominância

do cobre.

Varia do

amarelo ao

cinza

dureza suporta a

água do mar e

detergentes,

resiste bem ao

calor

fabricação de

fios para

resistores em

eletrônica, e

também em

tubos para

vapor, em água

do mar.

BRONZE DE

CHUMBO

Cobre com

25% de

chumbo

Avermelhada

Auto-lubrificante;

de pouca

resistência,

porém de boas

qualidades

deslizantes.

É usado na

confecção de

buchas e é

usado na

mancais

deslizantes.

166

BRONZE

VERMELHO

(de zinco)

Cobre, estanho

e zinco. Com

predominância

do cobre

Amarelo

rosado

É resistente à

corrosão e ao

desgaste é de

fácil fundição e

usinagem.

É empregado

em válvulas,

braçadeiras de

tubos, buchas

deslizantes e em

peças que

devem resistir a

altas pressões e

ser anti-

corrosivas

BONZE

FÓSFOROSO

Cobre, estanho

e fósforo

(metalóide)

Amarelo vivo

Resistente ao

desgaste e

anti-corrosivo.

É empregado na

fabricação de

buchas, para

mancais de

deslizamento,

fabricação de

rodas dentadas

helicoidais e

peças de

construção

naval.

METAL

ANTI-FRICÇÃO

Estanho,

antimônio e

cobre, sendo

5% de cobre ,

85% de

Prata rosada

É um metal

resistente

fricção e ao

desgaste

É empregado

em casquilhos

para bielas de

motores de

automóveis e

em buchas para

mancais

167

estanho e 10%

de antimônio

deslizantes.

NNoorrmmaass uussaaddaass nnaa ccllaassssiiffiiccaaççããoo ddooss aaççooss

SSAAEE,, DDIINN,, AABBNNTT,, AAIISSII

A encomenda dos aços no comércio, a indicação nos desenhos das peças,

nos projetos das máquinas, as referências na usinagem, são feitos, hoje era dia,

por prefixos, em lugar do nome por extenso do aço.

A adoção destes prefixos substituindo o nome por extenso, veio simplificar o

entendimento universal e a interpretação, economizando espaço nos desenhos

para uma variedade cada vez mais crescente de tipos de aço.

Estes prefixos obedecem a um sistema de classificação cujo conhecimento

torna-se necessário para o operador, de hoje, trabalhar, interpretando-os nos

desenhos, nos projetos ou nas ordens de execução.

As classificações de aços mais conhecidas são:

SAE (Americana — “Society of Automotive Engineers’)

DIN (alemã “Deutsche Industrie Normen”, “Das Ist Norm”)

ABNT (nacional — “Associação Brasileira de Normas Técnicas”)

AJSI (Americana — “Anterican Iron Steel Institute”)

Sendo as normas SAE para aços mais usadas em nossa indústria, dedicamos

mais espaço à sua explicação.

Como indicar e interpretar as normas SAE e AISI para aço

168

De um modo geral, os prefixos usam 4 números, sendo:

Os dois últimos algarismos (os da direita) para indicar a PORCENTAGEM DE

CARBONO

169

170

171

172

173

174

175

176

177

RReessiissttêênncciiaa ddooss MMaatteerriiaaiiss

Tração e Compressão

Força Normal ou Axial F

Define-se como força normal ou axial aquela que atua perpendicularmente (normal) sobre a área da secção transversal de peça (fig.1).

Tração e Compressão

Podemos afirmar que uma peça está submetida a esforço de tração ou compressão, quando uma carga normal F atuar sobre a área da secção transversal da peça, na direção do eixo longitudinal. Quando a carga atuar com o sentido dirigido para o exterior da peça (“puxada”), a mesma estará tracionada (fig.2). Quando o sentido de carga estiver dirigido para o interior da peça, a barra estará comprimida (“empurrada”) (fig.3).

Fig.1

Eixo

Longitudinal

Fig.2 Fig.3

Área da secção

transversal

Área da secção

transversal

178

Tensão Normal

A carga normal F, que atua na peça, origina nesta, uma tensão normal que é determinada através da relação entre a intensidade da carga aplicada, e a área da secção transversal da peça.

A

Fσ

Onde:

- tensão normal (Pa) F - força normal ou axial (N) A - área da secção transversal da peça (m2)

Unidade de Tensão no SI (Sistema Internacional)

A unidade de tensão no SI é o pascal, que corresponde à carga de 1N atuando sobre uma superfície de 1m2 (fig.4). Como a unidade pascal é infinitesimal, utiliza-se com freqüência, os seus múltiplos: MPa (mega pascal) = 106 Pa kPa (quilo pascal) = 103 Pa A unidade MPa (mega pascal, corresponde à aplicação de 106 N (um milhão de newtons) na superfície de um metro quadrado (m2). Como m2 = 106 mm2 , conclui-se que:

2mm

NMPa

MPa corresponde à carga de 1N atuando sobre a superfície de 1mm2.

Fig.4

179

Lei de Hooke

Após uma série de experiências, o cientista inglês, Robert Hooke, no ano de 1678, constatou que uma série de materiais, quando submetidos à ação de carga normal, sofre variação na sua dimensão linear inicial, bem como na área da secção transversal inicial. Ao fenômeno da variação linear, Hooke denominou alongamento, constatando que:

quanto maior a carga normal aplicada, e o comprimento inicial da peça, maior o alongamento, e que, quanto maior a área da secção transversal e a rigidez do material, medido através do seu módulo de elasticidade, menor o alongamento, resultando daí a equação:

EA

LFL

Como A

Fσ podemos escrever a Lei de Hooke:

E

LσL

Onde:

l - alongamento da peça (m)

- tensão normal (Pa) F - carga normal aplicada (N) A - área da secção transversal (m2) E - módulo de elasticidade do material (Pa) L - comprimento inicial da peça (m) O alongamento será positivo, quando a carga aplicada tracionar a peça, e será negativo quando a carga aplicada comprimir a peça (fig.5). É importante observar que a carga se distribui por toda área da secção transversal da peça (fig.6).

Fig.5 Fig.6

Tração no Nó Compressão no Nó

Peça Comprimida Peça Tracionada

180

Fig.7

ε

Onde: Lf - comprimento final da peça (m) L - comprimento inicial da peça (m)

l – alongamento (m) A lei de Hooke, em toda a sua amplitude, abrange a deformação longitudinal

() e a deformação transversal (t).

Deformação longitudinal ()

Consiste na deformação que ocorre em uma unidade de comprimento (u.c) de uma peça submetida à ação de carga axial (fig.7). Sendo definida através das relações:

E

σ

L

ΔLε

Deformação transversal (t)

Determina-se através do produto entre a deformação unitária () e o coeficiente

de Poisson () (fig.8).

ενε t

181

Como E

σ

L

ΔLε podemos escrever:

E

σνε t

ou

L

ΔLνε t

Onde:

t - deformação transversal adimensional

- tensão normal atuante (Pa) E - módulo de elasticidade do material (Pa)

- deformação longitudinal adimensional

- coeficiente de Poisson adimensional

l - alongamento (m) l - comprimento inicial (m)

Materiais Dúcteis e Frágeis

Os materiais, conforme as suas características, são classificados como dúcteis ou frágeis.

Material Dúctil

O material é classificado como dúctil, quando submetido à ensaio de tração, apresenta deformação plástica, precedida por uma deformação elástica, para atingir o rompimento. Exemplos: Aço, alumínio, cobre, bronze, latão, níquel, etc.

Diagrama Tensão deformação do aço ABNT 1020 (fig.9)

Ponto O - Início de ensaio carga nula Ponto A - Limite de proporcionalidade

Fig.8

t

182

Ponto B - Limite superior de escoamento Ponto C - Limite inferior de escoamento Ponto D - Final de escoamento início da recuperação do material Ponto E - Limite máximo de resistência Ponto F - Limite de ruptura do material

Material Frágil

O material é classificado como frágil, quando submetido a ensaio de tração não apresenta deformação plástica, passando da deformação elástica para o rompimento. Exemplo: Concreto, vidro, porcelana, cerâmica, gesso, cristal, acrílico, baquelite etc. Diagrama tensão deformação do material frágil (fig.10)

Ponto O - Inicio de ensaio carga nula Ponto A - limite máximo de resistência, ponto de ruptura do material

Estricção

Fig.10

183

No ensaio de tração, à medida que aumentamos a intensidade de carga normal aplicada, observamos que a peça apresenta alongamento na sua direção longitudinal e uma redução na secção transversal. Na fase de deformação plástica do material, essa redução da secção transversal começa a se acentuar, apresentado estrangulamento da secção na região de ruptura. Essa propriedade mecânica é denominada estricção, sendo determinada através da expressão:

100%A

AA

0

f0

Onde:

- estricção (%) A0 - área da secção transversal inicial (mm2; cm2) Af - área da secção transversal final (mm2; cm2)

Coeficiente de Segurança k

O coeficiente de segurança é utilizado no dimensionamento dos elementos de construção, visando assegurar o equilíbrio entre a qualidade da construção e seu custo. O projetista poderá obter o coeficiente em normas ou determiná-lo em função das circunstâncias apresentadas. Os esforços são classificados em 3 tipos:

Carga Estática

A carga é aplicada na peça e permanece constante. Exemplos: Um parafuso prendendo uma luminária, uma corrente suportando um lustre.

Carga Intermitente

Neste caso, a carga é aplicada gradativamente na peça, fazendo com que o seu esforço atinja o máximo, utilizando para isso um determinado intervalo de tempo. Ao atingir o ponto máximo, a carga é retirada gradativamente no mesmo intervalo de tempo utilizado para se atingir o máximo, fazendo com que a tensão atuante volte a zero. E assim, sucessivamente. Exemplo: Dente de uma engrenagem.

184

Carga Alternada

Neste tipo de solicitação, a carga aplicada na peça varia de máximo positivo para máximo negativo ou vice-versa, constituindo-se na pior situação para o material. Exemplos: Eixos, molas, amortecedores, etc. Para determinar o coeficiente de segurança em função das circunstâncias apresentadas, deverá ser utilizada a expressão a seguir:

wzyxK

valores para x (fator de tipo de material)

x= 2 para materiais comuns x= 1,5 para aços de qualidade e aço liga

valores para y (fator do tipo de solicitação) y = 1 para carga constante y = 2 para carga intermitente y = 3 para carga alternada

valores para z (fator do tipo de carga) z = 1 para carga gradual z = 1,5 para choques leves z = 2 para choques bruscos

valores para w (fator que prevê possíveis falhas de fabricação) w = 1 a 1,5 para aços w = 1,5 a 2 para fofo

Para carga estática, normalmente utiliza-se 2 K 3 aplicado a e (tensão de

escoamento do material), para o material dúctil e ou aplicado a r (tensão de ruptura do material) para o material frágil. Para o caso de cargas intermitentes ou alternadas, o valor de K cresce como nos mostra a equação para sua obtenção.

Tensão Admissível ou adm

A tensão admissível é a ideal de trabalho para o material nas circunstâncias apresentadas. Geralmente, essa tensão deverá ser mantida na região de deformação elástica do material.

185

Porém, há casos em que a tensão admissível poderá estar na região da deformação plástica do material, visando principalmente a redução do peso de construção como acontece no caso de aviões, foguetes, mísseis, etc. Para o nosso estudo, restringir-nos-emos somente ao primeiro caso (região elástica) que é o que freqüentemente ocorre na prática.

A tensão admissível é determinada através da relação e (tensão de

escoamento) coeficiente de segurança para os materiais dúcteis, r (tensão de ruptura) coeficiente de segurança para os materiais frágeis.

K

σσ e

adm

K

σσ r

adm

Dimensionamento de Peças

Peças de Secção Transversal Qualquer Área Mínima (fig.11)

Área Mínima

adm

minσ

FA

Onde: Amin - Área mínima da secção transversal (m2) F - Carga axial aplicada (N)

adm - Tensão admissível do material (Pa).

materiais dúcteis

materiais frágeis

Fig.11

186

Peças de Secção Transversal Circular (Diâmetro da Peça)(fig.12)

A

Fσ adm como a área do círculo é

4

dπA

2 , tem-se que:

2admdπ

F4σ

portanto, admσπ

F4d

Onde: d - Diâmetro da peça (m) F - Carga axial aplicada (N)

adm - Tensão admissível do material (Pa)

Cisalhamento Puro

Definição

Um elemento de construção submete-se a esforço de cisalhamento (fig.13), quando sofre a ação de uma força cortante. Além de provocar cisalhamento, a força cortante dá origem a um momento fletor, que por ser de baixíssima intensidade, será desprezado a princípio.

Fig.12

187

Força Cortante Q

Denomina-se força cortante, a carga que atua tangencialmente sobre a área de secção transversal da peça (fig. 14).

Tensão de Cisalhamento ()

A ação da carga cortante sobre a área da secção transversal da peça causa nesta, uma tensão de cisalhamento, que é definida através da relação entre a intensidade da carga aplicada e a área da secção transversal da peça sujeita à cisalhamento.

Fig.14

188

cisA

Qτ

Para o caso de mais de um elemento estar submetido a cisalhamento, utiliza-se o somatório das áreas das secções transversais para o dimensionamento. Se os elementos possuírem a mesma área de secção transversal, basta multiplicar a área de secção transversal pelo número de elementos (n).

Tem-se então: cisAn

Qτ

onde:

= tensão de cisalhamento (Pa) Q = carga cortante (N) Acis = área da secção transversal da peça (m2) n = número de elementos submetidos a cisalhamento (adimensional)

Se as áreas das secções transversais forem desiguais, o esforço atuante em cada elemento será proporcional à sua área de secção transversal.

Deformação do Cisalhamento

Supondo-se o caso da secção transversal retangular da figura, observa-se o seguinte: Ao receber a ação da carga cortante, o ponto C desloca-se para a posição C’, e o ponto D para a posição D’, gerando o ângulo denominado distorção (fig.15). A distorção é medida em radianos (portanto adimensional), através da relação entre a tensão de cisalhamento atuante e o módulo de elasticidade transversal do material. Fig.15

189

G

τγ

Onde:

- distorção (rad)

- tensão de cisalhamento atuante (Pa) G - módulo de elasticidade transversal do material (Pa)

Tensão Normal () e Tensão de Cisalhamento ()

A tensão normal atua na direção do eixo longitudinal da peça, ou seja, perpendicular à secção transversal, enquanto que a tensão de cisalhamento é tangencial à secção transversal da peça (fig. 16).

Pressão de Contato d

No dimensionamento das juntas rebitadas, parafusadas, pinos, chavetas, etc., torna-se necessária a verificação da pressão de contato entre o elemento e a parede do furo na chapa (nas juntas). A carga Q atuando na junta, tende a cisalhar a secção AA (fig. 17).

Fig.16

Fig.17

190

Ao mesmo tempo, cria um esforço de compressão entre o elemento (parafuso ou rebite) e a parede do furo (região AB ou AC). A pressão de contato, que pode acarretar esmagamento do elemento e da parede do furo, é definida através da relação entre a carga de compressão atuante e a área da secção longitudinal do elemento, que é projetada na parede do furo (fig. 17). Tem-se então que: Região de contato AB e AC

Pressão de Contato (Esmagamento)

td

Q

A

Qσ

proj

d

Quando houver mais de um elemento (parafuso ou rebite) utiliza-se:

tdn

Q

An

Qσ

proj

d

Onde:

d - pressão de contato (Pa) Q - carga cortante aplicada na junta (N) n - número de elementos (adimensional)

Fig.17

Fig.18

191

d - diâmetro dos elementos (m) t - espessura da chapa (m)

Distribuição ABNT NB14

As distâncias mínimas estabelecidas pela norma e que deverão ser observadas no projeto de juntas são (fig.19):

Na região intermediária, a distância mínima entre centros dos rebites deverá ser três vezes o diâmetro do rebite.

Da lateral da chapa até o centro do primeiro furo, a distância deverá ter duas vezes o diâmetro do rebite na direção da carga.

Da lateral da chapa até o centro do primeiro furo, no sentido transversal da carga, a distância deverá ter 1,5 (uma vez e meia) o diâmetro do rebite. Para o caso de bordas laminadas, permite-se reduzir as distâncias d + 6 mm para rebites com d < 26 mm d + 10 mm para rebites com d > 26 mm.

Tensão Admissível e Pressão Média de Contato ABNT NB14 - Material

Aço ABNT 1020

Rebites

Tração: adm= 140 MPa

Corte: adm= 105 MPa

Fig.19

192

Pressão média de contato para cisalhamento duplo:

d adm= 280 MPa Pressão média de contato para cisalhamento simples:

d adm= 105 MPa

Parafusos

Tração: adm=140 MPa

Corte: parafusos não ajustados adm = 80 MPa

parafusos ajustados adm = 105 MPa Pressão de contato média para cisalhamento simples:

d adm= 225 MPa Pressão de contato média para cisalhamento duplo:

d adm= 280 MPa

Pinos

Flexão: adm= 210 MPa

Corte: adm=105 MPa Pressão média de contato para cisalhamento simples:

d adm= 225 MPa Pressão média de contato para cisalhamento duplo:

d adm= 280 MPa Em geral, a tensão admissível de cisalhamento é recomendável em torno de 0,6 a 0,8 da tensão admissível normal.

admadm σ0,8 a 0,6τ

193

Força Cortante Q e Momento Fletor M

Convenção de Sinais

Força Cortante Q

A força cortante será positiva, quando provocar na peça momento fletor positivo fig. 20).

Vigas Horizontais

Convenciona-se a cortante como positiva, aquela que atua à esquerda da secção transversal estudada, de baixo para cima.

Vigas Verticais

Convenciona-se cortante positiva aquela que atua à esquerda da secção estudada, com o sentido dirigido da esquerda para direita.

Momento Fletor M

Fig.20

194

Momento Positivo

O momento fletor é considerado positivo, quando as cargas cortantes atuantes na peça tracionam as suas fibras inferiores (fig.21).

Momento Negativo

O momento fletor é considerado negativo quando as forças cortantes atuantes na peça comprimirem as suas fibras inferiores (fig. 22). Para facilitar a orientação, convenciona-se o momento horário à esquerda da secção transversal estudada, como positivo (fig. 23).

Fig.21

Fig.22

Fig.23

195

Força Cortante Q

Obtém-se a força cortante atuante em uma determinada secção transversal da peça, através da resultante das forças cortantes atuantes à esquerda da secção transversal estudada (fig.24). Exemplos:

secção AA RaQ

secção BB 1P-RaQ

secção CC 21 PP-RaQ

Momento Fletor M

O momento fletor atuante em uma determinada secção transversal da peça, obtém-se através da resultante dos momentos atuantes à esquerda da secção estudada (fig.25).

Fig.24

Fig.25

196

Secção AA XRaM

Secção BB a)(XPXRaM 1

Secção CC b)(aXP-a)(XPXRaM 21 Observação: O símbolo significa origem da variável “x”.

TORÇÃO

Introdução

Uma peça submete-se a esforço de torção, quando atua um torque em uma das suas extremidades e um contratorque na extremidade oposta (fig.26).

197

Momento Torçor ou Torque

O torque atuante na peça representada na figura, é definido através do produto entre a intensidade da carga aplicada e a distância entre o ponto de aplicação da carga e o centro da secção transversal (pólo). Tem-se portanto:

SF2MT

Onde: MT - Momento de torçor ou torque (Nm) F - Carga aplicada (N) S - Distância entre o ponto de aplicação da carga e o polo (m) Para as transmissões mecânicas construídas por polias, engrenagens, rodas de atrito, correntes, etc., (fig. 27) o torque é determinado através de:

rFM TT

Onde: MT - Torque (Nm) FT - Força tangencial (N) r - raio da peça (m)

Fig.27

198

Potência (P)

Denomina-se potência a realização de um trabalho na unidade de tempo. Tem-se então que:

tempo

trabalho

t

τP

Como sFτ , conclui-se que:

t

sFP

mas t

sV , portanto conclui-se que:

vFP

Nos movimentos circulares, escreve-se que (fig. 28):

PT VFP

Onde: P - Potência (W) FT - Força tangencial (N)

VP - velocidade periférica (s

m)

Fig.28

199

Unidade de potência no SI é determinada em W (watt), fora do SI, utilizadas na prática temos:

W735,5 vapor)(cavalo cv

W745,6power) (horse hp

Temporariamente admite-se a utilização do cv. O hp não deve ser utilizado, por se tratar de unidade ultrapassada, não constando mais das unidades aceitas fora do SI.

Como rωVP , pode-se escrever que:

rωFP T

mas, rFM TT , tem-se então que:

ωMP T

porém fπ2ω , portanto:

fπ2MP T

Como 60

nf escreve-se que:

60

nπ2MP T

30

nπMP T

Onde: P - potência (W) MT - torque (Nm) n - rotação (rpm) f - freqüência (Hz)

- velocidade angular (rad/s)

Tensão de Cisalhamento na Torção ()

A tensão de cisalhamento atuante na secção transversal da peça é definida através da expressão:

200

P

T

J

ρMτ

para 0τ0ρ

para P

T

maxJ

rMτrρ

conclui-se que, no centro da secção transversal, a tensão é nula. A tensão aumenta à medida que o ponto estudado afasta-se do centro e aproxima-se da periferia. A tensão máxima na secção ocorrerá na distância

máxima entre o centro e a periferia, ou seja, quando =r. Pela definição de módulo de resistência polar, sabe-se que:

r

JW P

P

substituindo-se , tem-se que:

P

T

maxW

Mτ

Onde:

max - tensão máxima de cisalhamento na torção (Pa) MT - momento torçor ou torque (Nm) JP - momento polar de inércia (m4) r - raio da secção transversal (m) WP - módulo de resistência polar da secção transversal (m3)

Distorção ()

O torque atuante na peça provoca na secção transversal desta, o deslocamento do ponto A da periferia para uma posição A’ (fig. 29). Na longitude do eixo, origina-se uma deformação de cisalhamento denominada

distorção , que é determinada em radianos, através da tensão de cisalhamento atuante e o módulo de elasticidade transversal do material.

201

G

τγ

Onde:

- distorção (rad).

- tensão atuante (Pa). G - módulo de elasticidade transversal do material (Pa).

Ângulo de Torção ()

O deslocamento do ponto A para uma posição A’, descrito na distorção, gera,

na secção transversal da peça, um ângulo torção () que é definido através da fórmula.

GJ

lMθ

P

T

Onde:

- ângulo de torção (radianos) MT - momento torçor ou torque (Nm) l - comprimento da peça (m)

Fig.29

202

JP - momento polar de inércia (m4) G - módulo de elasticidade transversal do material (Pa)

Dimensionamento de Eixos-Árvore

Dimensionamento de Árvores Maciças

Denomina-se:

Eixo Quando funcionar parado, suportando cargas.

Eixo-árvore Quando girar, com o elemento de transmissão.

Para dimensionar uma árvore, utiliza-se (tensão admissível do material) indicada para o caso. Tem-se então:

P

T

admW

Mτ

para o eixo maciço, tem-se

16

dπW

3

P

substituindo , tem-se:

3

T

admdπ

M16τ

3

adm

T

τπ

M16d

3

adm

T

τ

M1,72d

Como ω

PM T , pode-se escrever que:

3

admτω

P1,72d

Fig.30

203

mas, fπ2ω , portanto:

3

admτfπ2

P1,72d

3

admτf

P0,932d

porém 60

nf , então tem-se que:

3

admτn

P600,932d

3

admτn

P3,65d

Onde: d - diâmetro da árvore (m) MT - torque (Nm) P - potência (W)

- velocidade angular (rad/s)

adm - tensão admissível do material (Pa) f - freqüência (Hz) n - rotação (rpm)

Movimento Circular

Definições Importantes

Velocidade angular ()

r

V

30

nπfπ2ω P

Freqüência (f)

rπ2

V

60

n

π2

ωf P

Rotação (n)

204

rπ

V30f60

π

ω30n

p

Velocidade periférica ou tangencial (VP)

30

nrπfrπ2rωVP

Onde:

- velocidade angular (rad/s) f - freqüência (Hz) n - rotação (rpm) VP - velocidade periférica (m/s)

Dimensionamento de Árvores Vazadas

Para dimensionar árvores vazadas, utiliza-se:

P

T

admW

Mτ

Onde:

adm - tensão admissível do material (Pa) MT - Torque (Nm) WP – módulo de resistência polar da secção circular vazada cuja expressão é:

D

)d(D

16

πW

44

P

Exemplo:

Dimensionamento de árvore vazada com relação 0,5D

d ou d2d

Desenvolvendo o módulo de resistência polar da secção transversal vazada para d2D , tem-se:

205

32

dπ15W

2

d15

16

πW

d2

dd2

16

πW

3

P

3

P

44

P

substituindo tem-se:

3

T

P

T

admdπ15

M32

W

Mτ

portanto:

3

adm

T

τ

M

π15

32d

Onde: d - diâmetro interno da árvore. D - diâmetro externo da árvore.

206

Ensaios

Propriedades mecânicas

Para garantir que um objeto projetado atenda a determinados requisitos, você deverá decidir com que tipo de material ele será confeccionado. Por exemplo, no projeto de uma aeronave leve e robusta, você deve escolher materiais que permitam atender a essas especificações. Para isso, você deverá explorar diversos fatores. As propriedades físicas, incluindo o estado (sólido, líquido, gasoso), a densidade, os pontos de fusão/ebulição, a condução/isolamento de calor e eletricidade e cor, deverão ser levados em consideração. Não menos importante, entretanto, são as propriedades mecânicas de um material, que podem ser determinadas através do ensaio de materiais. As propriedades mecânicas descrevem o efeito da força nos materiais, são elas:

Força;

207

Elasticidade; Plasticidade; Ductilidade; Dureza; Rigidez; Maleabilidade; Resiliência; Tenacidade; Fragilidade.

Ensaio de tração

O ensaio de tração determina a resistência à tração de vários materiais quando submetidos a simples operações de tensionamento e tração (tensão). Usa-se o ensaio de tração para determinar o limite de resistência à tração de vários materiais. O limite de resistência à tração é definido como a força máxima por área de secção transversal que um material é capaz de suportar antes da ruptura (falha). O ensaio de tração é considerado um dos mais básicos porém úteis dentre os testes mecânicos, porque o limite de resistência à tração é a propriedade mais comum mencionada quando se considera a resistência geral de um material. Geralmente, os ensaios de tração são realizados em corpos de prova cuja forma se assemelha à de um osso. O formato do corpo de prova possui uma função muito importante no resultado do ensaio. A secção central de um corpo de prova, conhecida como parte útil, sempre deve ser mais estreita do que as outras regiões (cabeças), bem como ter dimensões uniformes. Esses fatores ajudam a garantir que a maior parte da deformação e a ruptura ocorrerão nesta secção em particular e que os dados reunidos em relação a essa deformação apresentarão o maior grau de exatidão possível. Antes de realizar um ensaio de tração, o corpo de prova é posicionado em uma máquina de ensaio. Em seguida, é aplicada a carga a ele, de forma lenta e constante. Essa carga pode ser medida pela leitura de deslocamento de carga. Conforme a carga aumenta, você observará um tensionamento e depois uma estricção (ou redução de área) da parte útil até que a ruptura finalmente ocorra. Estricção e ruptura são definidos da seguinte maneira (fig. 31):

A estricção ocorre quando um material tende a se estirar. Essa deformação local é conhecida como alongamento.

Ruptura é o local onde o corpo de prova se parte.

208

Gráficos de tensão-deformação

Na maioria dos ensaios de materiais, o software utilizado criará o que é conhecido como um gráfico de tensão x deformação, à medida que forem executados os ensaios de materiais. Os gráficos de tensão x deformação demonstram a relação entre a força aplicada em um material e a deformação ou alongamento daquele material, onde:

A força é definida como a carga em um corpo de prova expressa em uma grandeza vetorial (portanto, com módulo, direção e sentido). No ensaio de materiais, três tipos particulares de cargas podem ser aplicadas a um objeto:

Compressão - força de esmagamento.

Tensão - força de tensionamento.

Cisalhamento - força de corte. Em alguns casos, como no ensaio de flexão, é aplicada uma combinação das cargas acima.

Alongamento é a medida do limite de estiramento de um material. Portanto, um diagrama de tensão x deformação demonstra a carga como uma função do alongamento. Tais gráficos são continuamente criados a partir dos dados coletados, conforme uma carga é aplicada a um material e medições contínuas da carga e do alongamento são feitas simultaneamente. Os diagramas de tensão x deformação fornecem excelentes análises visuais de várias propriedades mecânicas importantes.

Gráficos de tensão-deformação do ensaio de tração.

O gráfico de tensão x deformação de um ensaio de tração apresentado a seguir demonstra muitas regiões e pontos, indica especificamente a faixa elástica do corpo de prova, o limite elástico, o limite de resistência à tração e à ruptura (fig. 32).

209

Onde: U - Limite de resistência à tração, é definido como a carga máxima por área de secção transversal que um material é capaz de suportar antes da ruptura (falha). Portanto, o limite de resistência à tração pode ser encontrado no gráfico localizando-se o ponto mais alto da curva de tensão x deformação. F – Ruptura, é o ponto no qual o corpo de prova se rompe ou falha (conforme mostrado na Figura). Ela pode ser encontrada em uma curva de tensão-deformação através da localização do ponto de inflexão da curva para sua inclinação descendente na direção do eixo dos x. E - Faixa elástica e limite elástico. Na faixa elástica de um material, uma força aplicada causará deformação elástica, significando que quando a força cessar, o material retornará às suas dimensões originais. As molas, por exemplo, são feitas de um material cuja zona de elasticidade não é excedida. Quando você pendura pesos em uma mola, ela se estica. Pesos adicionais fazem com que ela se estique ainda mais. Entretanto, no momento em que os pesos são removidos, a mola se retrai e retorna ao seu estado original. Em um gráfico de tensão x deformação, a zona elástica é demonstrada pela linha reta inicial da curva (fig. 33).

Fig.32

210

Contudo, a partir de algum momento, determinados materiais não retornam à sua forma original seguindo a lógica da aplicação e remoção de uma força. O “ponto sem volta”, que ocorre logo antes do material experimentar a deformação plástica é conhecido como limite elástico (E) e pode ser visto na figura. Esse ponto, de certa forma, serve como a fronteira entre a zona elástica e a zona plástica de um material. Um material que está dentro da zona plástica, portanto, já excedeu seu limite elástico e deverá experimentar o que se conhece por deformação plástica. Em outras palavras, o material estará deformado de tal maneira que submetido à aplicação de uma força e subsequente remoção desta, ele não retornará totalmente às suas dimensões originais. Os materiais com zona elástica limitada ou, mais especificamente, zonas plásticas maiores incluem argila, massa, chumbo e massa de vidraceiro.

Rigidez e fragilidade

São propriedades mecânicas também determinadas a partir da reta inicial do gráfico de tensão x deformação, mais especificamente a partir de seu ângulo. Quanto mais inclinada a linha, mais rígido é o material, conforme mostrado na figura. Um material rígido não se tensiona ou se alonga significativamente sob uma força, ao passo que um material com baixa rigidez possui o comportamento inverso. O valor da rigidez de um material também é conhecido como módulo de Young. O módulo de Young é baseado em um milímetro quadrado de um material e, por isso, não varia com o tamanho do material testado. O mesmo é verdadeiro para um material frágil. Um material frágil não sofre tensionamento ou elongação significativa antes da ruptura, o que quer dizer

211

que ele carece de tenacidade e ductilidade. Por outro lado, um material que não é frágil apresenta uma ampla zona elástica e é capaz de sofrer elongação significativa antes da falha (fig. 34).

Resiliência

É a energia absorvida por um material em sua região elástica. Um material

resiliente exibe alta força de tração, boa elasticidade e baixa rigidez. A área sob a

região elástica reta do gráfico fornece um indicador da resiliência (fig. 35).

Ductilidade

Fig.34

Fig.35

212

Ao aplicar uma força de tração a um material, ele pode ser deformado de tal

maneira que permanecerá com deformação mesmo após cessar a força aplicada. Este momento de deformação é conhecido como deformação plástica. A

ductilidade é definida como o limite máximo em que um material pode suportar a

deformação plástica em resposta a uma força, sem ruptura. Elongação é a

deformação que resulta da aplicação de uma força de tração e é calculada como

uma alteração no comprimento do corpo de prova em relação ao seu comprimento

original.

A ductilidade pode ser encontrada em uma curva de tensão x deformação,

localizando-se a leitura de deformação mais alta (o ponto onde a força retornou a

zero). A curva de tensão x deformação de um material dúctil (fig.36). É óbvio que o

material é dúctil por causa do aspecto de tensionamento e elongação da curva.

Quanto maior a elongação de uma curva, maior a ductilidade do material.

A determinação da ductilidade de um material é de fundamental importância para

o design de um produto. Um material dúctil possui as seguintes características:

Força de tração, de forma que não sofra ruptura quando submetido a

tensionamento.

Uma ampla zona plástica, o que significa que ele não retoma às dimensões

originais após a retirada da força.

Materiais altamente dúcteis são adequados ao design de produtos como fios,

canos e filamentos. Por outro lado, os engenheiros prefeririam um material de

baixa ductilidade ao projetar as amarras de uma ponte para evitar seu

arqueamento.

Fig.36

213

Tenacidade

A tenacidade é um termo usado para descrever a combinação entre a resistência

e a ductilidade de um material. Ela é definida como o trabalho ocorrido na ruptura

de um corpo de prova, e mostrado pela área total sob a curva (fig. 37). Quanto

maior a área sob o gráfico, maior a tenacidade do material.

A alta tenacidade é, portanto, uma combinação de alta resistência e de razoável

ductilidade. Esta propriedade é útil para projetar um material porque deve sempre

ficar claro se um material não é apenas dúctil, mas também resistente. Por

exemplo, um material de alta resistência que também seja muito frágil pode ser

inutilizado, da mesma forma que um material deformável com uma resistência

excessivamente baixa (fig. 38).

Fig.37

Fig.38

214

MMAATTEERRIIAAIISS

É tudo que se emprega na construção de objetos.

CLASSIFICAÇÃO Os materiais se classificam em: aço ferroso ferro fundido metálicos não ferrosos MATERIAIS sintéticos não metálicos naturais

METAIS

São materiais dotados de brilhos. Em geral, são bons condutores de calor e eletricidade. Os materiais metálicos podem ser:

ferrosos

não ferrosos

METAIS FERROSOS

São os que contêm ferro.

215

FERRO _ Metal encontrado na natureza em forma de minério. CARBONO _ Elemento também encontrado em grandes quantidade na natureza.

AÇO CARBONO

É resultante da combinação de ferro e carbono. A porcentagem de carbono pode variar de 0,5% a 1,5%.

IMPORTÂNCIA DO CARBONO Carbono é o elemento que faz com que uns aços sejam mais duros do que outros. Por essa razão, os aços se classificam segundo o teor de carbono que contenham. Assim temos:

TEOR DE CARBONO DUREZA TÊMPERA

0,05 a 0,15

Extra macio

não adquire têmpera

0,15 a 0,30

Macio

não adquire têmpera

0,30 a 0,40

Meio macio

Apresenta início de têmpera

0,40 a 0,60

Meio duro

Adquire boa têmpera

0,60 a 1,50

Duro a Extra duro

Adquire têmpera fácil

Nos aços carbono não só a qualidade está normalizada, mas também os diversos perfis ou formas. Esses perfis podem ser:

Barras

Chapas

Tubos

Perfilados

Arames

216

As barras, em geral têm 6 ou 12 metros de comprimento e podem ser:

Quadradas

Redondas

Retangulares

Sextavadas As chapas, geralmente são fabricadas:

nos tamanhos de: 1m x 2m

1m x 3m 0,60m x 1,20m

com diferentes espessuras: finas - até 3mm médias - 3 a 5mm grossas - 5mm ou mais.

PROPRIEDADES MECÂNICAS:

Pode ser soldado.

Pode ser curvado.

Pode ser forjado.

Pode ser dobrado.

Pode ser laminado.

Pode ser trefilado.

Pode ser trabalhado por ferramentas de corte.

CLASSIFICAÇÕES DOS AÇOS CARBONOS

Os aços são classificados de acordo com a ABNT ( Associação Brasileira de

Normas Técnicas ) que adotou os padrões utilizados pelas normas SAE ( Society of Automotive Engineeers ) que para identificar os diversos aços usou um sistema

217

de números ou designações numéricas, os quais não só simplificam as suas classificações como tem referência direta as suas composições.

Assim, o primeiro número indica a classe de que faz parte um determinado aço e o número seguinte indica a porcentagem da liga dominante. Os dois últimos algarismos representam o ponto de carbono ou a sua porcentagem em centésimos de 1% que o aço contém.

Exemplo: AÇO SAE 1 0 2 0

FERRO FUNDIDO

Material metálico refinados em fornos próprios, chamados cubilô. Compõe-se, na sua maior parte de ferro, pequena quantidade de carbono e quantidades também pequenas de manganês, silício, enxofre e fósforo. Define-se o ferro fundido como uma liga ferro-carbono que contém de 2,5% a 5% de carbono e é muito frágil para usinagem. É entretanto, bastante fluido quando derretido, sendo adequado para peças fundidas.

O ferro fundido é obtido na fusão da gusa ; é ; portanto ; um ferro de segunda fusão e tem várias formas comerciais.

FERRO FUNDIDO CINZENTO

O carbono apresenta-se quase todo em estado livre, sob a forma de palhetas pretas de grafita. Apresenta elevadas porcentagens de carbono (3,5 a 4,5%), de silício (2,5%) e de manganês (0,5 a 0,8%).

É um metal muito resistente a compressão, mas não suporta tração. É um material de fácil usinagem, sendo muito empregado na construção de peças de máquinas, tais como colunas de máquinas, bases etc.

FERRO FUNDIDO BRANCO

Neste tipo de ferro, o carbono é inteiramente combinado com o ferro, constituindo um carboneto de ferro (Cementita). Quando quebrado, a parte fraturada é brilhante e quase branca.

Apresenta baixo teor de carbono (2,5 a 3%), de silício (menos de 1%) e de manganês (o,1 a 0,3%).

É muito duro, quebradiço e difícil de ser usinado.

0,20% de carbono

0% de elemento liga

Classe de aço ao carbono

218

FERRO FUNDIDO NODULAR

É um metal de grande resistência mecânica e pouco empregado na industria. Ele é obtido adicionando-se quantidades minúsculas de magnésio, cério ou de outro elemento no ferro líquido, logo antes do vazamento.

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

É mais tenaz e mais resistente a choque que o ferro fundido sendo adequado para peças de automóvel, tais como alavancas e conexões de tubos.

METAIS NÃO FERROSOS

São os materiais que não contém ferro em sua composição. Os metais não ferrosos são encontrados na natureza com maior dificuldade do

que os metais ferrosos. Sua extração é bastante difícil e exige equipamentos caríssimos e complicados. Por isto são empregados somente quando não é possível substituí-los, por outros metais ferrosos como o aço, o ferro e outros metais fundidos, porque estes são de menor custo.

Em alguns casos os metais não ferrosos são insubstituíveis devido as propriedades especiais como, a alta condutibilidade elétrica, a boa condutibilidade de calor, baixa temperatura de fusão e as propriedades anti-corrosivas.

Geralmente na industria são empregados as ligas de alumínio, cobre, latão, chumbo, estanho, magnésio, zinco, etc.

Vamos ver alguns deles;

ALUMÍNIO

Extraído do minério bauxita é um metal leve e dúctil que é bom condutor de calor e eletricidade. É utilizado para condutores elétricos e peças de mecanismos de distribuição de utensílios de cozinha, etc. Sua cor é branca, pouco azulada. Seu peso específico é de 2,7 g/cm3 e sua temperatura de fusão é de 658° C aproximado.

No ar o alumínio puro cobre-se de uma fina camada de óxido de alumínio, o qual protege contra a oxidação (corrosão).

É um metal de boa moldagem, e no seu estado frio a ductibilidade não é muito grande, porém aumenta consideravelmente quando aquecido e também estampa muito bem tanto a frio quanto a quente. É extremamente macio, mas sua resistência pode ser aumentada pela adição de pequenas quantidades de cobre, silício, manganês, magnésio e ferro, embora mantendo ainda sua leveza.

COBRE

219

É um metal avermelhado, dúctil, de baixa resistência, mas muito bom condutor de calor e eletricidade. É utilizado para canos, cabos elétricos, etc.

o cobre sendo recozido, torna-se muito mole e fácil de ser dobrado ou torcido. Uma vez dobrado ou torcido repetidas vezes, torna-se rijo e quebradiço, sendo necessário recozê-lo para voltar ao estado normal.

Em presença do ar, o cobre altera-se, formando em sua superfície uma camada esverdeada, chamada AZINHAVRE, que protege o resto do metal de progressiva oxidação.

Sua temperatura de fusão é de 1083°C aproximado.

Propriedades:

* Pode ser laminado, trefilado e forjado. * É bom condutor de calor e eletricidade. * Pode ser endurecido por meio de golpes. * Pode ser amolecido se recozido.

LATÃO

É uma liga de cobre e zinco com a quantidade mínima de 50% de cobre. A sua cor é amarelada e se aproxima da cor do cobre, quando a quantidade de cobre aumenta. O latão pode ser laminado ou trefilado, a frio e a quente. É usado em dobradiças, materiais elétricos, radiadores, parafusos, buchas e outras peças.

O latão é mais resistente que o cobre.

BRONZE

É uma liga de cobre, estanho e outros metais, como chumbo e zinco. Possuem, segundo sua liga, boas características de deslizamentos (resistência ao atrito) e de condutibilidade elétrica.

É usado na fabricação de válvulas de alta pressão, porcas de fusos das máquinas, rodas dentadas, parafusos sem-fim, buchas e outras peças.

Os bronzes classificam-se pela sua composição, em:

* bronze de estanho * bronze de alumínio * bronze de manganês * bronze de chumbo * bronze de zinco * bronze fosforoso

BRONZE DE ESTANHO

220

É uma liga de cobre e estanho cuja quantidade de estanho varia de 4 a 20%. Sua cor varia do amarelo claro ao amarelo avermelhado. É de fácil fusão, é facilmente usinado, é duro e resistente a corrosão.

Emprega-se nas construções navais, por ser anticorrosivo e por sua resistência ao atrito e desgaste. É usado em buchas e mancais deslizantes

BRONZE DE ALUMÍNIO

É uma liga com quantidade de 4 à 9 % de alumínio. Sua cor é parecida com a do latão. É resistente ao desgaste e a corrosão. Sua fundição apresenta dificuldades, porém pode se trabalhar bem a quente e a frio.

Pelas sua boas qualidades de deslizamentos, resistência ao desgaste e baixo coeficiente de dilatação, emprega-se na fabricação de buchas, parafusos sem-fim e rodas dentadas.

BRONZE DE MANGANÊS

É uma liga de manganês em que predomina o cobre. Sua cor varia do amarelo ao cinza. Possui boa dureza, suporta a água do mar e detergentes. Resiste bem ao calor.

É utilizado na fabricação de fios para resistores, em eletrônica e também em tubos para vapor e água do mar.

BRONZE DE CHUMBO

É uma liga de que contém 25% de chumbo. Tem cor próxima a do cobre. Apresenta boas qualidades deslizantes, pouca resistência. É autolubrificante.

É usado na confecção de buchas e mancais deslizantes.

BRONZE DE ZINCO ( BRONZE VERMELHO)

É uma liga de cobre, estanho e zinco, na qual predomina o cobre. Sua cor é o amarelo rosado. É resistente à corrosão e ao desgaste. É de fácil fundição e usina-se bem.

É empregado em válvulas, braçadeiras de tubos, buchas deslizantes e em peças que devem resistir a altas pressões e serem anti-corrosivas.

BRONZE FOSFOROSO

É uma liga de cobre, estanho e um quantidade de fósforo ( material em forma de mineral do grupo dos metalóides ). Resiste ao desgaste e é anticorrosivo.

É empregado na fabricação de buchas para mancais de deslizamento, rodas dentadas helicoidais e peças de construção naval.

METAL ANTIFRICÇÃO

221

É uma liga de estanho, antimônio e cobre. As quantidades são: 5% de cobre,

85% de estanho, 10% de antimônio. É resistente a fricção e ao desgaste. É empregado em casquilhos para biela de motores de automóvel e em buchas

para mancais deslizantes.

AÇOS-LIGA

São materiais ferrosos formados pela fusão do aço com outros elementos, tais

como:

níquel (Ni) cromo (Cr) manganês (Mn) tungstênio (W) vanádio (Va) silício (Si) cobalto (Co) alumínio (Al) molibdênio (Mo)

EMPREGO: As ligas de aço servem para a fabricação de peças e ferramentas que, por sua

aplicação, requerem a presença em sua composição de um ou vários elementos dos acima mencionados.

A liga resultante recebe o nome do elemento ou elementos, segundo seja um ou vários os seus componentes.

Cada um desses elementos dá ao aço as propriedades seguintes:

Níquel (Ni) Aumenta a resistência e a tenacidade do aço. Eleva seu limite de elasticidade. Dá boa ductibilidade e boa resistência à corrosão.

O aço Níquel contém de 2 a 5% de níquel e de 0,1 a 0,5% de carbono. O aço inoxidável produzidos pelos teores de 12 a 21% de níquel e 0,1% de

carbono, apresenta grande dureza e alta resistência.

Cromo (Cr)

222

Dá ao aço alta resistência e dureza. Eleva seu limite de elasticidade. Dá boa resistência à corrosão.

O aço cromo contém de 0,5 a 2% de cromo e de 0,1 a 1,5% de carbono. O aço cromo especial - tipo inoxidável - contém de 11 a 17% de cromo.

Manganês (Mn) Dá ao aço extrema dureza. Grande resistência aos choques e ao desgaste.

O aço manganês contém usualmente, 11 a 14% de manganês e de 0,8 a 1,5%

de carbono. Os aços com 1,5 a 5% de manganês são frágeis.

Tungstênio (W) Aumenta a resistência ao calor. Aumenta a dureza e a resistência à ruptura. Eleva o limite de elasticidade.

O tungstênio geralmente é adicionado ao aço com outros elementos. O aço tungstênio contem 3 a 18% de tungstênio e 0,2 a 1,5% de carbono.

Vanádio (Va) Melhora, nos aços a resistência à tração, sem perda de ductibilidade. Eleva os limites de elasticidade e de fadiga.

Os aços cromo-vanádio contém, de 0,5 a 1,5% de cromo, de 0,15 a 0,3% de

vanádio, e de 0,13 a 1,1% de carbono.

Silício (Si) aumenta a elasticidade e a resistência dos aços.

O aço silício contém de 1 a 2% de silício e de 0,1 a 0,4% de carbono. O silício tem a propriedade de reduzir os efeitos residuais do magnetismo.

223

Cobalto (Co) Influi favoravelmente nas propriedades magnéticas dos aços. Aumenta a resistência dos aços ao calor (em associação com o

tungstênio).

Alumínio (Al) Desoxida o aço. No processo de tratamento termoquímico chamado nitretação, combina-se com o azodo, favorecendo a formação de uma camada superficial duríssima. Molibdênio (Mo) Sua ação nos aços é semelhante a do tungstênio. Emprega-se em geral, adicionado com o cromo, produzindo os aços cromo-molibdênio, de grande resistência.

AÇOS RÁPIDOS

São aços ferramentas de alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio,

e cobalto, assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidade de corte maiores do que as possíveis com aços ferramentas ao carbono ou de baixa e média liga.

A capacidade de corte de uma ferramenta de aço-rápido não se altera mesmo quando a temperatura do gume, por efeito do atrito provocado pelo trabalho de usinagem, atinge 550 a 600°C. Esta característica do aço rápido permite o uso das ferramentas durante períodos contínuos, relativamente longos, sem alteração dos ângulos de corte e é conseqüência de 3 propriedades básicas:

Alta resistência ao revenimento Elevada dureza a quente Alta resistência a abrasão Os aços rápidos contém de 8 a 20% de tungstênio, 1 a 5% de vanádio, até 8%

de molibdênio e 3 a 4% de cromo.

224

TTRRAATTAAMMEENNTTOOSS TTÉÉRRMMIICCOOSS

NOÇÕES GERAIS

O aquecimento e o resfriamento do aço modificam suas propriedades. O estudo da

estrutura interna do aço, por meio de microscópio, e as numerosas experiências feitas

para atender ás exigências industriais levaram á conclusão de que as mudanças íntimas

na estrutura metálica obedecem a condições determinadas.

Não só as temperaturas, mas também a velocidade de variação das temperaturas,

influem para dar ao aço certas propriedades mecânicas.

Todo processo no sentido de alterar a estrutura do aço por meio de aquecimento e

resfriamento é denominado tratamento térmico.

FASES DO TRATAMENTO TÉRMICO

Todo tratamento térmico comporta três fases distintas:

- aquecimento

- manutenção numa temperatura determinada

- resfriamento

FINALIDADE DO TRATAMENTO TÉRMICO

O tratamento térmico do aço pode servir

- Para dar-lhe propriedades particulares (tais como dureza ou maleabilidade) que

permitam seu emprego em condições mais favoráveis;

- Para restabelecer no aço , propriedades que foram alteradas pelo trabalho de

martelagem ou de laminação, ou por outro tratamento térmico que ele apresenta

anteriormente.

TIPOS DE TRATAMENTO TÉRMICO

Há duas classes importantes de tratamentos térmicos:

1a - Os que modificam as características mecânicas e as propriedades do aço por

simples aquecimento e resfriamento, estendendo-se a toda a massa do mesmo.

São: têmpera, revenimento e recozimento.

225

2a - Os que modificam as características mecânicas e as propriedades do aço por

processo termoquímicos, isto é, aquecimento e resfriamento com reações químicas. Tais

processos apenas modificam a estrutura e as características mecânicas de uma camada

superficial do aço.

São : Cementação e nitretação.

CARACTERIZAÇÃO GERAL DE CADA UM DOS TRATAMENTOS

TÉRMICOS

Têmpera

Tratamento térmico por meio do qual um aço é aquecido até determinada temperatura,

igual ou superior a uma chamada ponto de transformação do aço e , em seguida,

resfriado bruscamente pela imersão na água, no óleo, ou por exposição a uma corrente

de ar, conforme o caso.

Efeitos principais da têmpera: endurece o aço, mas, ao mesmo tempo, o torna frágil.

Revenimento

Tratamento térmico que consiste em reaquecer um aço já temperado, até certa

temperatura bem abaixo do ponto de transformação, deixando-o depois resfriar-se lenta

ou bruscamente, conforme o caso.

Efeitos principais do revenimento: dá ao aço dureza pouco inferior á da têmpera, mas

reduz grandemente a fragilidade.

Recozimento

Tratamento térmico que se faz aquecendo-se um aço a uma temperatura igual ou

superior à da têmpera, deixando-se depois resfriar lentamente, dentro de cinzas ou areia,

ou cal viva.

Particularmente, um recozimento chamado normalização se aplica aos aços fundidos, ou

laminados, ou forjados.

226

Efeitos principais do recozimento: abranda o aço temperado (isto é, suprime a dureza da

têmpera), recupera o aço prejudicado pelo superaquecimento, melhora a estrutura íntima

dos aço fundidos, laminados ou forjados e anula tensões internas.

Cementação

Tratamento térmico que consiste em aquecer o aço, juntamente com outro material

sólido, líquido ou gasoso, que seja rico em carbono, até temperatura acima do ponto de

transformação. Esse aquecimento se faz durante várias horas, estando as peças e o

material cementante dentro de caixas apropriadas.

O resfriamento deve ser lento. Depois da cementação, tempera-se aço cementado.

Nitretação

Processo semelhantemente à cementação. O aquecimento do aço, porém, se faz

justamente com um corpo gasoso denominado nitrogênio. Em geral, este tratamento

termoquímico é aplicado em aços especiais que contêm certa percentagem de alumínio,

para diminuir ou limitar a penetração do nitrogênio na massa do aço.

Efeitos principais da cementação e da nitretação: aumentam a percentagem de carbono

em uma fina camada superficial do aço, sem modificar a estrutura interior da peça, que

pode ser até de aço, de baixo teor de carbono, o aço que foi cementado, ao ser

temperado, tem endurecida a sua camada superficial, enquanto a nitretação endurece,

também, sem necessitar de têmpera.

A TÊMPERA DO AÇO

FASES DA OPERAÇÃO

1° - AQUECIMENTO - lento e uniforme até que o aço adquira por completo a temperatura

de têmpera (aproximadamente 50° acima do ponto de transformação). De um modo geral,

como exemplo, a temperatura de têmpera pode atingir aproximadamente os valores a

seguir:

Aços meio-duros (0,4 a 0,6% de carbono): 750° + 50° = 800°c

Aços duros (0,6 a 0,8% de carbono): 735° + 50° = 785°c

227

Aços extra-duros (0,8 a 1,5% de carbono): 720° + 50° = 770°c

2° - MANUTENÇÃO DE TEMPERATURA DE TÊMPERA - Entre o momento em que o

PIRÔMETRO (aparelho indicador da temperatura do torno ) mostra a temperatura da

têmpera e o momento em que a peça se torna totalmente aquecida, passam alguns

minutos. Deve-se manter a peça no forno, portanto, mais algum tempo: cerca de 3

minutos para peças delgadas e 10 minutos para peças pesadas.

3° - RESFRIAMENTO - Passa-se a peça o mais rapidamente do fogo para o banho de

resfriamento. Deixa-se que se resfrie rapidamente até cerca de 400°C. A partir daí, a

temperatura deve baixar lentamente. O resfriamento, assim em duas fases, diminui as

possibilidades de deformação da peça e de ocorrência de fendas ou fissuras na massa do

aço, devido às tensões internas.

TEMPERATURAS E CORES DE AQUECIMENTO

1° - Os técnicos ou operários de grande experiência avaliam as temperaturas, com

grande aproximação, por meio das cores características por que passa a superfície da

peça. Eis uma tabela (Método visual):

Castanho escuro 520° - 580°C

Vermelho cereja escuro 750° - 780°C

Castanho avermelhado 580° - 650°C

Vermelho cereja 780° - 800°C

Vermelho escuro 680° - 750°C

Vermelho cereja claro 800° - 830°C

Esse método de avaliação pelas cores, ainda que muito usado, conduz a erros até 150°C

aproximadamente, pois depende de apreciações pessoais pouco rigorosas. Não é

aconselhável em têmperas de responsabilidade, das quais devam resultar propriedades

muito especiais do aço.

2° - A determinação precisa das temperaturas exige um aparelho de medida sensível e

delicado, que se denomina PIRÔMETRO. Os tipos usuais são:

228

a) Pirômetro termo-elétrico;

b) Pirômetro ótico;

c) Pirômetro de dilatação,

d) Cones fusíveis.

MEIOS DE AQUECIMENTO - FORNOS DE TRATAMENTO

TÉRMICO

1 - Para trabalhos comuns de tratamento térmico (ferramentas manuais ), realiza-se o

aquecimento na forja, com carvão ligeiramente umedecido e envolvendo bem a peça

(fig.1).

Fig.1 - Aquecimento na forja

2 - Ainda em trabalhos comuns, usa-se o aquecimento, por vezes, por meio do maçarico

de oxiacetileno.

3 - Em trabalhos de responsabilidade, utilizam-se os fornos

a óleo (fig.2), ou a gás (do mesmo tipo), ou ainda os

fornos elétricos (fig.3).

229

Fig. 2 – Aquecimento no forno a óleo Fig. 3 – Aquecimento no forno elétrico

4 - Também em têmperas de responsabilidade, usam-se líquidos em elevada

temperatura; sais químicos (cloretos e nitratos); chumbo em fusão; óleos minerais. As

peças são mergulhadas totalmente nesses banhos, durante o tempo necessário.

MEIOS DE RESFRIAMENTO

Os fluidos usados na têmpera têm a finalidade de provocar o resfriamento rápido das

peças, das quais eles retiram o calor. São usados, em geral, um dos seguintes banhos de

têmpera:

Água, com temperatura de 15 a 20°C (água fria). Produz a chamada TÊMPERA SECA,

que endurece bem o aço, sendo rápido o resfriamento;

Solução de água e soda ou cloreto de sódio. Produz a chamada TÊMPERA MUITO

SECA;

Óleos vegetais e minerais. Produz têmpera mais suave, sendo lento o resfriamento em

relação aos dois primeiros fluidos citados;

Corrente de ar frio, para fraca velocidade de têmpera . É usado na têmpera de aços

rápidos.

Banhos de sais químicos ou de chumbo fundido, ou de zinco fundido. São também

usados para a têmpera de aços rápidos.

230

REVENIMENTO DO AÇO

O revenimento do aço tem a importante finalidade de anular praticamente a fragilidade

que resulta da têmpera do metal, à custa de pequena diminuição da dureza. Assim, pois,

o revenimento é um tratamento térmico que só se aplica ao aço temperado.

NOÇÃO DO FENÓMENO DO REVENIMENTO - Devido ao resfriamento rápido, a

têmpera produz tensões internas, que tomam o aço muito frágil. Reaquecendo-se o aço,

após a têmpera, até que uma gota d'água borbulhe na superfície do aço (ou seja, até

cerca de 100°), esse reaquecimento apenas alivia as tensões internas. A partir dai.

prosseguindo-se no aquecimento, dá-se gradualmente DIMINUIÇÃO DA DUREZA e

DIMINUIÇÃO DA FRAGILIDADE. Nos aços de boa têmpera, sobretudo os destinados a

ferramentas de corte (com 0,7% ou mais de carbono), as experiências demonstram que

reaquecendo-se após a têmpera, entre 200° e 325°, isto é, revenindo-se, praticamente se

ANULA A FRAGILIDADE (o aço fica com ALTA RESILIÉNCIA). Continua entretanto

MUITO SATISFATÓRIA A DUREZA, apesar de inferior à da têmpera. Conforme, pois, as

instruções do fabricante do aço, em certa temperatura da faixa acima indicada (200° a

325°) , faz-se CESSAR O AQUECIMENTO, mergulhando-se a peça na água ou no óleo

ou expondo-a naturalmente ao ar.

AQUECIMENTO DO AÇO PARA O REVENIMENTO - em instalações industriais

importantes, faz-se o aquecimento em fornos a gás, em fornos elétricos ou em banhos de

óleo aquecido ou ainda em banhos de sais minerais, ou chumbo em fusão. O controle da

temperatura se faz por meio de pirômetros.

Comumente, na oficina mecânica, para as ferramentas manuais comuns, usa-se um dos

processos indicados nas fígs.1 e 2.

Revenimento ao calor da forja (fig.1)

CALOR IRRADIADO

231

A ferramenta, após a têmpera, é exposta acima dos fogo da forja, recebendo o calor por

irradiação. Como o controle da temperatura é visual (pelas CORES DO REVENIMENTO),

tal processo sujeita o mecânico a erros, pois as fumaças de carvão, que se desprendem,

dificultam apreciar a coloração adequada ao revenimento.

Revenimento ao calor de um bloco de aço aquecido (fíg.2).

Fig. 2

É este o processo mais aconselhável nos trabalhos usuais da oficina. Um bloco volumoso

de aço doce é aquecido ao vermelho. A ferramenta temperada, e polida na parte a ser

revenida, é exposta, nessa região, ao forte calor que se irradia do bloco. A ferramenta vai

sendo progressivamente aquecida até surgir a coloração que indique o momento de

revenir.

OBSERVAÇÃO

Tratando-se de peças mais espessas, deve-se apoiá-las diretamente no bloco aquecido.

CORES DO REVENIMENTO - se uma barra temperada for bem polida e depois

submetida ao calor, nota-se que adquire sucessivamente diversas cores, à medida que

aumenta a temperatura. São as chamadas CORES DO REVENIMENTO. Resultam das

diferentes camadas de óxido que se vão formando em virtude de aquecimento. As cores

do revenimento são úteis para indicar as temperaturas aproximadas, à simples vista,

quando o operário ou o técnico adquire bastante prática. Eis a tabela das cores.

CALOR IRRADIADO

Elementos de Máquinas e Materiais de Construção Mecânica

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Técnico Eletromecânico

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Amarelo claro 210°C

Amarelo palha 220°C

Amarelo 230°C

Amarelo escuro 240°C

Amarelo de ouro 250°C

Castanho claro 260°C

Castanho avermelhado 270°C

Violeta 280°C

Azul escuro 290°C

Azul marinho 300°C

Azul claro 310°C

Azul acinzentado 320°C

MANUTENÇÃO DA TEMPERATURA DO REVENIMENTO - Como no caso da têmpera,

uma vez atingida a temperatura desejada (acusada pelo pirômetro ou pela cor), mantém-

se a peça ao calor por alguns momentos, de modo a permitir que o grau de aquecimento

se tome uniforme na peça.

RESFRIAMENTO - Alcançada a temperatura adequada, faz-se cessar a exposição ao

calor e, em geral, se deixa a peça resfriar-se naturalmente ao ar. É este um meio de

resfriamento lento, que evita a criação de tensões internas.

A velocidade de resfriamento não influi no revenimento. Deve-se, entretanto, sempre que

possível, em peças de responsabilidade, evitar o resfriamento rápido, que poderá causar

fissuras ou fendas. Usam-se além do ar, outro meios de resfriamento tais como a água e

o óleo.

Elementos de Máquinas e Materiais de Construção Mecânica

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Técnico Eletromecânico

233

RReeffeerrêênncciiaass BBiibblliiooggrrááffiiccaass

NÍVEA, Gordo, FERREIRA, Joel. Telecurso 2000; Mecânica Profissionalizante –

Elementos de Máquina. São Paulo. Editora Globo. Volume 1.

NASH, William A. Resistência de Materiais. São Paulo : MacGraw Hill, 1993. MELCONIAN, Sarkis. Mecânica Técnica e Resistência de Materiais. São Paulo : Érica, 1999. PROVENZA, Francesco. Resistência dos Materiais. São Paulo : Pro Tec, 1995.