Como determinar o binário de aperto e escolher um método de aperto para uma junta aparafusada

O binário é um substituto da carga de aperto, não o objetivo

Um valor de binário não é o objetivo; o é a carga de aperto que produz. Quando um parafuso é rodado ao longo da sua hélice de rosca, o movimento rotativo torna-se movimento linear, o parafuso alonga-se e as peças apertadas comprimem-se. Mas a maior parte do binário aplicado é gasta a vencer o atrito em vez de alongar o parafuso ⁸. A repartição é aproximadamente 10% de pré-carga útil, 50% de atrito sob a cabeça e 40% de atrito da rosca ⁸. É por isso que o mesmo binário pode produzir cargas de aperto muito diferentes consoante a condição de atrito da junta. Comece antes pela pré-carga necessária. Uma fonte de nível de fornecedor indica que a maioria dos fixadores é apertada para atingir 65–80% da carga de prova, e desenvolve o caso de um parafuso de aço M6 a 75% da carga de prova ¹⁶. Para esse parafuso — carga de prova de cerca de 700 MPa sobre uma área de tração de cerca de 20 mm², ou seja, uma carga de prova de 14.000 N e um alvo de 75% de 10.500 N — a fonte indica que o alvo é atingido com cerca de 7–8 N·m em condições lubrificadas ¹⁶. Trate-o como uma observação específica da fonte para um M6 lubrificado, não como um valor a aplicar a uma junta a seco: o mesmo parafuso a seco exigiria um binário diferente para a mesma carga de aperto. Antes de calcular qualquer coisa, pergunte que pré-carga a junta realmente necessita e quão larga é a janela utilizável. É essa janela, e não o valor de binário, que decide o método no passo seguinte.

Calcular um binário de primeira aproximação a partir da carga de aperto e do fator de porca

A relação binário-pré-carga pode escrever-se como Binário = Carga × Diâmetro nominal do parafuso × Fator de porca / 12, em que o fator de porca K condensa num só número a geometria da rosca, o passo, o atrito na face da porca e o atrito da rosca ¹⁵. K é determinado experimentalmente e varia com a lubrificação, pelo que a mesma carga dá binários diferentes em condições de atrito diferentes ¹⁵. O exemplo desenvolvido na fonte: para 50.000 lb de carga num espigão de 1-1/8 in com um composto anti-aperto com fator de porca de 0,17, binário = 50.000 × 1,125 × 0,17 / 12 = 797 ft-lb ¹⁵. Os fatores de porca de compostos anti-aperto situam-se geralmente entre 0,15 e 0,20 ¹⁵. Esse K é o elo fraco. Não é uma constante que se possa assumir — tem de ser medido para a sua combinação de fixador, revestimento e lubrificante, ou retirado da norma aplicável. Se não conseguir obter um K medido para a sua junta, o binário calculado é apenas uma estimativa de partida.

Adequar o método de aperto à janela de pré-carga

A janela útil de pré-carga dividida pela dispersão de cada método determina que métodos conseguem atingir o alvo. Se couber uma janela de ±30%, o controlo por binário é suficiente ¹⁹ (valor comunicado pelo fornecedor); se só couber ±10–15%, é exigido o controlo binário-ângulo ²³. As dispersões abaixo são intervalos representativos para trabalhos competentemente executados, não garantias ¹⁹.

Ajustar o binário à lubrificação e ao revestimento

A lubrificação reduz o atrito e, portanto, o binário necessário para atingir a mesma pré-carga ⁸. Aplicar a um fixador lubrificado um binário especificado para aço a seco sobretensa assim a junta — o parafuso atinge uma carga de aperto superior à prevista na especificação ²². Se especificar um fixador revestido, o valor de binário deve ter em conta o revestimento ²². Os revestimentos de lâminas de zinco com camada de acabamento mantêm um coeficiente de atrito tipicamente entre 0,09 e 0,16 consoante a especificação do acabamento, o que dá uma relação binário-pré-carga mais previsível do que o aço não tratado ¹¹. É precisamente essa consistência que importa: um coeficiente de atrito controlado torna a conversão binário-pré-carga mais repetível, de modo que o binário calculado fica mais próximo da pré-carga realmente obtida. O que as fontes não dão é um valor de K ou um fator de redução de binário para cada tipo de lubrificante. Terá de obtê-lo junto do fornecedor do lubrificante ou da norma aplicável, e verificá-lo numa junta de amostra.

Adequar a ferramenta ao método

A ferramenta pode dominar a dispersão que o método pretendia alcançar. As precisões de controlo das ferramentas vão de ±0,25–5% para uma chave dinamométrica de sem-fim a ±10–30% para uma chave de impacto, com pré-carga controlada por computador a ±0,5–2% ^{12 19} (valor comunicado pelo fornecedor). Um esticador hidráulico é mais preciso (±1–5%) do que a maioria das chaves dinamométricas (±3–15% de braço, ±10–30% de impacto) ^{12 19} (valor comunicado pelo fornecedor). Se especificar controlo binário-ângulo para uma janela de ±10–15% mas apertar com uma chave de impacto, a dispersão própria da ferramenta pode exceder a do método. Faça corresponder a classe de precisão da ferramenta ao método antes de avançar para a produção. Um fornecedor nota que o aperto por binário é o método mais antigo, mais simples e mais económico para aperto controlado ¹⁷. Outro fornecedor refere que chaves dinamométricas digitais com curvas de binário em tempo real podem detetar condições de aperto anómalas ²⁵. São posições de fornecedores, não uma verificação independente do desempenho da ferramenta na sua junta.

Planear a verificação

Em conjuntos de alta resistência críticos para a segurança, a junta perde pré-carga após o aperto, pelo que uma verificação final do binário imediatamente após a instalação pode ler um valor que não se manterá. Planeie um período de relaxação antes da verificação final.

• Deixe um período de relaxação de 24–48 h após o aperto inicial antes da verificação final do binário em conjuntos de alta resistência críticos para a segurança ²⁴.
• Durante esse período, um fixador com fragilização por hidrogénio em fase inicial perde carga de aperto ou fractura-se, pelo que a verificação o deteta ²⁴.
• Use chaves dinamométricas calibradas ou equipamento binário-ângulo para que os fixadores não sejam apertados em excesso para além da pré-carga especificada ²⁴.
• A re-verificação do binário após o período de relaxação confirma a integridade da junta ²⁴.

Confirmar a norma aplicável antes da libertação

As fontes estabelecem que as normas regem as tabelas de binário e as regras de cálculo, mas não as reproduzem. Antes de libertar uma junta para produção, confirme que norma ou especificação se aplica e obtenha a tabela ou regra de cálculo efetiva. A relação binário-pré-carga e o alvo de 65–80% da carga de prova são orientação geral ¹⁶; o valor de binário específico para a sua dimensão, classe de qualidade e condição de lubrificação provém do documento normativo, não deste artigo. Se a sua junta é crítica para a segurança ou de alta resistência, a norma pode também fixar requisitos de tempo de relaxação, método de verificação e documentação. Confirme-os ao mesmo tempo que o valor de binário.

Onde as fontes discordam

As fontes deste conjunto não discordam sobre a relação binário-pré-carga nem sobre os valores de dispersão dos métodos. A única disputa que toca esta decisão é sobre a duração do recozimento de alívio dos fixadores de alta resistência galvanizados, que afeta se um passo do processo de revestimento é suficiente — não o valor de binário em si.

Perguntas Frequentes

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