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Qual o melhor Pino Elástico Austenítico para Cargas Dinâmicas?

por Michael Pasko, Engineer

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Pinos Elásticos de Aço Inoxidável Austenítico Níquel são comumente fabricados conforme especificações SAE 302/304 (18-8 (1.4310)). As propriedades químicas e físicas de ambas especificações se sobrepõem. As propriedades químicas e físicas excedem outros materiais que podem ser classificados como tal. Aço Inoxidável Austenítico geralmente é escolhido para obter maior resistência à corrosão ou uma redução de custo. Enquanto este material possui características elásticas ideais para inserção, retenção, e performance, ele apresenta um possível problema que deve ser considerado no projeto. O Pino Espiral oferece vantagens quando comparado com Pinos Elásticos comuns, e algumas são ainda mais evidentes quando comparamos pinos em Aço Inoxidável Austenítico.

Enquanto o Aço Inoxidável Austenítico é ideal em algumas aplicações, principalmente aquelas que demandam altos níveis de resistência à corrosão, ele não é apropriado para aplicações críticas onde o pino estará sujeito a cargas dinâmicas. Isto é um fato tanto para os Pinos Espirais quanto para os Pinos Elásticos visto que este material encrua rapidamente. Embora o material passe por encruamento para atingir suas características mecânicas durante sua fabricação, é importante saber que o encruamento continua a acontecer após a fabricação. A medida que a resistência elástica aumenta, a ductilidade diminui. Em aplicações dinâmicas com vibração, o impacto e o movimento continuará endurecendo o pino proporcionalmente à severidade e à frequência da carga. O encruamento excessivo do Aço Inoxidável Austenítico pode levar a falhas de fadiga evidentes como rachaduras ou perda de retenção. Embora tanto os Pinos Espirais quanto os Pinos com fenda sejam suscetíveis ao encruamento, as características superiores dos Pinos Espirais melhoram a resistência nestas condições.

Figura 1
Pino Elástico e Pino Espiral

Todo Pino Elástico e Pino Espiral são projetados com diâmetro maior do que o diâmetro do furo recomendado. Pinos Elásticos comuns possuem uma abertura que permite a compressão do pino durante a instalação. Diferente dos Pinos Espirais que são inteiriços (sem fenda). Uma vez instalado, um Pino Elástico também deve manter a função e o encaixe desejado, amortecendo os choques e vibrações que previnem o dano e/ou a deformação do furo onde se encontra instalado. Um Pino Elástico comum pode flexionar apenas na área de 180º oposta a sua fenda, algo como o abrir e fechar de um livro. Isso foca toda a tensão em apenas uma área (veja Figura 2) levando à fadiga prematura e possivelmente rachando (veja Figura 3). Da mesma forma, uma vez que o metal perde resistência ele não pode mais manter as tensões dentro do furo e a retenção pode ficar comprometida. 

Em comparação, Pinos Espirais são capazes de distribuir as tensões ao longo de todo o pino, ele não possui uma área concentrada de tensão. Sob cargas aplicadas, o Pino Espiral continua se flexionando e enrolando-se em direção ao centro, absorvendo choques e vibrações, distribuindo as cargas por toda seção transversal conforme apresentado na Figura 4. O Pino Espiral se mantém estático na borda da junção, e o movimento elástico ocorre apenas na parte interna, em direção ao centro. Isso serve a dois propósitos importantes; o estresse é distribuído uniformemente através da seção transversal do pino e o pino permanece redondo para manter o máximo de contato com as paredes do furo.

Figura 2
Área de concentração de tensão do Pino Elástico

Figura 3
Um Pino Elástico pode flexionar apenas na área de 180º oposta a sua fenda, algo como o abrir e fechar de um livro.

Figura 4
Flexibilidade dos Pinos Espirais sob cargas.

As fotos a seguir demonstram as diferenças fundamentais no design.

Na Figura 5 vemos um Pino Elástico comum instalado em um furo com diâmetro nominal conforme o recomendado. Isso deve servir para tardar o encruamento e a fadiga embora isso ainda ocorra. Neste exemplo, uma vez que o Pino Elástico está completamente comprimido sob carga, a junção se fecha e ele passa a ter a função de um tubo sólido. Isso pode danificar o furo.

Na Figura 6, o Pino Elástico comum está instalado em um furo maior do que o recomendado. Com isso, há uma grande possibilidade que o movimento da fenda fique mais largo e a falha ocorra mais rapidamente.

Figura 7 retrata um Pino Espiral de mesmo diâmetro, instalado no mesmo furo recomendado, como vimos na Figura 5. Onde o Pino Espiral, tem um formato circular mais uniforme. Diferente disso, o Pino com fenda possui um formato oval, similar a uma gota d’água, o Pino Espiral mantém contato com no mínimo 270º da circunferência. A borda da junção é projetada para ser rebaixada, de forma a prevenir danos à superfície interna do furo. Essa área é conhecida como área da vírgula, destacada em azul (Figura 8).

Figura 5
Pino Elástico instalado em um furo com diâmetro nominal conforme recomendado. Note que a fenda está praticamente fechada no diâmetro interno do pino.

Figura 6
Pino Elástico instalado em um furo maior do que o recomendado.

Figura 7
Pino Espiral instalado em um furo com diâmetro nominal conforme o recomendado.

Figura 8
A: Área em “vírgula”
B: Borda chanfrada da junção

Por fim, o aço inoxidável austenítico se mostra uma solução com melhor custo efetivo, ideal para ser utilizado na maioria das aplicações, embora existam. O encruamento é uma das principais preocupações em relação a outros possíveis problemas. A Corrosão Galvânica/compatibilidade de material, permite resistir a alguns agentes/meio ambiente corrosivos específicos, refletividade, magnetismo, e outros fatores particulares relativos a determinadas aplicações.  Os Pinos Espirais são projetados para oferecer uma ótima performance em uma ampla gama de condições. Os benefícios dos Pinos Espirais, em comparação com os Pinos Elásticos, aplicam-se a todos os materiais e funções, e podem ser mais evidentes quando fabricados em aço inoxidável austenítico. Se este material é requerido, os projetistas precisam estar cientes que a fadiga é sempre um possível problema se o pino for submetido a cargas dinâmicas. Um Pino Espiral oferece uma maior resistência e tempo de vida útil quando instalados conforme as orientações de nossas recomendações de projeto. 

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