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As Vantagens Do Uso De Pinos Elásticos Espirais Para Serviços De Carga Leve Em Comparação Com Pinos Elásticos Com Fenda Em Montagens Com Materiais Macios

por Christie Jones, Diretora de Marketing, Vice-Presidente

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Nos últimos anos, a tendência em toda a indústria tem sido a exploração de novos materiais a fim de reduzir o peso e os custos envolvidos no processo de fabricação, ou para fornecer soluções quando materiais tradicionais como aço, componentes usinados ou peças fundidas não atendem novos requisitos de performance.

Com base nesses aspectos, o uso de ligas macias, alumínio e plástico têm apresentado um aumento exponencial, e nada indica que esta tendência vai acabar.  Muito pelo contrário, a medida que plásticos e processos de moldagem continuam a avançar, um número cada vez maior de aplicações que tradicionalmente fazem uso de aço estão sendo revistas para superar os problemas que impediam o uso desses materiais mais leves e macios, capazes de proporcionar um desempenho equivalente ou melhor.

Atualmente, é possível encontrar diversos componentes plásticos sendo utilizados em condições severas, como no caso de aplicações que demandam altas resistências mecânicas, à temperatura e à produtos químicos. No entanto, embora o componente principal receba toda a atenção e consideração do projetista, os componentes de acoplamento e o método de fixação são geralmente negligenciados até o final do projeto. Além disso, geralmente se presume que peças e conceitos compatíveis com aço funcionam adequadamente com ligas mais maleáveis e plásticos.

Em se tratando de aplicações com pinos em novos materiais, geralmente buscase a opção mais barata e conhecida na indústria.  Em muitos casos, a opção é o Pino com fenda ISO 8752 (também conhecido como pino elástico), que já existe há muitos anos e foi desenvolvido com base na antiga norma DIN 1481.  Este pino foi desenvolvido muito antes de os avanços nas técnicas de produção e materiais viabilizarem a produção de peças leves e em alto volume. O pino previsto pela norma ISO 8752 pode  gerar grandes problemas de qualidade e montagem quando utilizado com esses novos materiais.  A sua parede espessa e de forma oval ou em ferradura não proporciona a  flexibilidade necessária para a sua utilização em materiais relativamente macios, muitas vezes transferindo a carga do pino para a parede da unidade de acoplamento, danificando assim o furo e gerando falhas prematuras da montagem. Em uma tentativa de reduzir as desvantagens associadas com a ISO 8752, foi desenvolvido um Pino Elástico com fenda para Cargas Leves (pino ISO 13337).  A principal diferença está na espessura da parede do pino.  Uma parede mais fina significa aumento na f lexibilidade e redução da força de cisalhamento, enquanto outras questões importantes permanecem sem solução.  Na verdade, por si só, a parede mais fina cria novas limitações adicionais com relação à resistência à fadiga.

Pino helicoidal para Carga Leve (à esquerda) e pino elástico com fenda (à direita)

Figura 1
Pino helicoidal para Carga Leve (à esquerda) e pino elástico com fenda (à direita)

De forma semelhante aos pinos ISO 8752, os Pinos Elásticos com Fenda ISO13337 possuem uma seção transversal em formato de ferradura que, em muitos casos, gera desbates durante a inserção no furo.  Além disso, graças ao diâmetro expandido do pino em relação ao tamanho do furo, o pino apresenta uma fenda muito larga. O resultado é um pino que exerce força de inserção e subsequente pressão radial contra a parede do furo com valores ainda muito altos para aplicações de materiais mais macios, especialmente quando os furos estão próximos à extremidade do componente.  Além disso, a existência da fenda implica uma série de outros problemas.

 

Exemplo de pinos com ranhuras de intertravamento

Figura 2
Exemplo de pinos com ranhuras de intertravamento

  • A fenda gera o intertravamento dos pinos, dificultando e retardando a alimentação, o que é sempre uma consideração de muita importância em se tratando de aplicações de alto volume.  Este atributo impossibilita a alimentação automática e a instalação do pino ISO 13337.

 

  • Muitas vezes, uma vez que o pino é instalado no furo recomendado, sua abertura se fecha totalmente e ele se torna uma peça sólida incapaz de absorver vibrações e impactos transmitidos ao conjunto durante a vida útil da peça.  Considerando-se que o pino não absorve as forças, as cargas são transferidas para o material de acoplamento, resultando em danos no furo (alargamento) e falha prematura da montagem.

 

Pino com ranhura instalado com ranhura fechada ou “encaixada”

Figura 3
Pino com ranhura instalado com ranhura fechada ou “encaixada”

CONDIÇÃO NÃO DINÂMICA Pino com fenda Instalado de forma

Figura 4
CONDIÇÃO NÃO DINÂMICA
Pino com fenda Instalado de forma "Fechada", impedindo a absorção de cargas dinâmicas.

Sentido da carga de impacto e consequente alongamento do furo (Alargamento)

Figura 5
Sentido da carga de impacto e consequente alongamento do furo (Alargamento)

 

  • À medida que eles são inseridos no furo, a abertura do pino vai se fechando, o que cria uma linha de concentração de tensão no lado oposto à fenda.

 

  • Durante de a fabricação pinos com fenda, as tensões do material são concentradas a 180° da fenda e quando o pino é f lexionado na aplicação, isto ocorre no mesmo local.   O material mais fino do pino ISO 13337 não é capaz de absorver facilmente essa tensão adicional, gerando fadiga prematura  e consequente falha da unidade.

 

  • A resistência ao cisalhamento depende da orientação do pino frente à orientação das cargas aplicadas.  Os pinos com fenda precisam ser orientados para maximizar a força.

 

 

Pino com fenda após falha por fadiga a 180˚ da abertura

Figura 6
ESTADO DE RUPTURA
Pino com fenda após falha por fadiga a 180˚ da abertura

Pino com fenda apresentando três pontos de concentração de tensão no material de acoplamento

Figura 7
ESTADO NORMAL
Pino com fenda apresentando três pontos de concentração de tensão no material de acoplamento

Uma solução melhor

Todos estes problemas podem ser evitados através da escolha adequada do tipo de pino elástico.  Os Pinos Elásticos Espirais são uma solução melhor.  Os pinos elásticos espirais podem ser facilmente identificados pela seção transversal de 2-¼ de voltas em espiral.

A ausência de uma fenda elimina o intertravamento dos pinos. 

Quando os Pinos Elásticos Espirais são empurrados para dentro do furo, a compressão se inicia na margem externa e se desloca através das espirais até a parte central.  Como resultado, a junção tem uma distribuição equilibrada de tensão, bem como uniformidade de força e flexibilidade, independente da direção da carga aplicada (força).

 

Contato de 270º com o furo

Figura 8
Contato de 270º com o furo

FLEXIBILIDADE DE INSTALAÇÃO

Figura 9
FLEXIBILIDADE DE INSTALAÇÃO

Movimento de compressão para dentro

Figura 10
(no sentido horário) Movimento de compressão para dentro
(no sentido anti-horário) Movimento para fora quando ocorre o alívio da pressão

Visto que não é possível “fechar” os Pinos Elásticos Espirais, uma vez instalados, eles são capazes de se comprimir ainda mais sob forças adicionais, amortecendo impactos e vibrações que seriam transmitidos para a parede do furo, provocando danos permanentes.  O Pino Elástico Espiral torna-se um membro ativo da unidade e prolonga a vida útil do produto final. 

Do ponto de vista da fabricação, o Pino Elástico Espiral também é um produto de qualidade superior.  O Pino Elástico Espiral possui chanfros conformados em ambas as extremidades, sendo fabricado com tolerâncias de diâmetros mais rígidas (270º da circunferência estará em contato com a parede do furo, contra apenas 3 pontos no caso de Pinos Elásticos com Fenda).  Assim, no caso de um Pino Elástico Espiral, há uma área maior de contato entre o pino e o material de acoplamento quando comparada aos três pontos de contato proporcionados por um Pino Elástico com Fenda.  Extremidades uniformes precisas e também são uma característica importante dos Pinos Elásticos Espirais.

Os Pinos Elásticos Espirais Padrão são fabricados para três tipos de cargas: Carga Pesada (ISO 8748), Carga Padrão (ISO 8750) e Carga Leve (ISO 8751).

Os Pinos Espirais ISO 8751 para Cargas Leves foram projetados especificamente para uso em materiais de acoplamento macios.  O material mais fino, e as relações das faixas espirais especificamente desenvolvidas, fornecem flexibilidade extra que irá traduzir-se em reduzidas forças de inserção, forças axiais homogêneas e forças radiais apropriadas para aplicações que utilizem materiais macios.  Eles permitem uma instalação automática livre de problemas, evitando danos ao furo.  Em última análise, a escolha de um Pino Espiral para cargas leves para uso em materiais de acoplamento macios é capaz de proteger o furo, reduzir o custo de preparação de componentes, aumentar a produtividade e melhorar a qualidade geral do seu produto final.

 

Comparação entre Pinos Elásticos ISO 13337 e ISO 8751

ISO 13337 Pino Elástico com Fenda 

ISO 8751 Pino Elástico Espiral

Benefícios dos Pinos Elásticos Espirais

Com Fenda

 

Sem Fenda

 

Livre de intertravamentos, distribuição equilibrada de tensão, uniformidade de força e flexibilidade, dispensa a necessidade de orientação para maximizar a resistência ao cisalhamento, automação livre de problemas

Formato de Ferradura (3 pontos de contato com o furo)

270º de superfície de contato com o furo

 

Aumenta a força de retenção, melhora a transferência de cargas dinâmicas

Chanfros recortados

Chanfros concêntricos conformados em ambas as extremidades

 

 Instalação mais fácil, o chanfro suave sem rebarbas protege o furo

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