Ensaio de Tração, Tensão de Cisalhamento, Limite de escoamento, Parafusos e suas aplicações

Ensaio de Tração, Tensão de Cisalhamento, Limite de escoamento, Parafusos e suas...

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1. ENSAIO DE TRAÇÃO

O ensaio de tração é um dos mais utilizados na determinação das propriedades mecânicas dos materiais. No ensaio de tração um corpo de prova com formas e dimensões padronizadas é submetido a uma força de tração uniaxial que tende esticá-lo ou alongá-lo até a sua ruptura, ao mesmo tempo em que são medidas as forças de deformação que se aplicam.

Através das medidas dessas forças se obtêm um gráfico de força versus de alongamento típicos de metais dúcteis, porém, esta curva está diretamente relacionada com as dimensões do corpo de prova, porém, para tornar os resultados independentes das medidas do corpo de prova é necessário transformar o resultado força versus alongamento obtido no registro da máquina em uma curva de tensão versus alongamento

Fig. 1 – Corpo de prova padrão para ensaio de tração

Para engenharia está tensão é definida como: σ=

Onde F é a força em cada ponto e A é a área inicial da secção transversal do corpo de prova

A tensão de engenharia não leva em conta a redução da secção reta do corpo de prova durante o ensaio. A forma da curva tensão versus deformação do corpo de prova é exatamente a mesma da curva tensão versus alongamento, nos dois casos o ponto máximo está associado com o início da deformação localizada, está é determinada de estricção.

Fig. 2 – Gráfico tensão versus deformação obtido no ensaio de tração.

Para o regime elástico a coincidência das duas curvas é quase completa, pois as deformações são pequenas. A medida que aumenta a deformação plástica, as diferenças entre a curva de engenharia e a curva real se acentuam, com o auxílio da curva de engenharia pode-se definir vários parâmetros importantes, como:

• Limite de Escoamento: É a tensão que separa o comportamento elástico do plástico. Como, em alguns casos, é difícil determinar a tensão máxima para a não ha deformação residual plástica, define-se o limite de escoamento para uma deformação permanente.

• Limite de Resistência: É a tensão máxima que o corpo de prova resiste. A partir desta tensão, as tensões caem, devido ha estricção do corpo de prova.

• Tensão de Ruptura: É a maior tensão nominal que o material pode suportar antes da ruptura. É calculada dividindo a carga máxima (FMax. ) pela área inicial do corpo de prova.

2. TENSÃO DE CISALHAMENTO

Considere um corpo sendo arrastado sobre outro corpo por uma F, se o corpo que está sendo arrastado tem área (A) na face de contato entre os corpos a tensão média de cisalhameto é obtida pela seguinte forma.

τm=

Essa equação é frequentemente utilizada para dimensionar pinos, rebites, parafusos, etc. que estão sendo solicitados por esforços cisalhantes.

a face dos corpos de forma transversal

Os corpos podem ser cisalhados de formas diferentes, porém, o mais comum é o cisalhamento simples, quando um determinado rebite que une dois corpos está sofrendo a tração dos corpos em sentidos contrários.O rebite que une os dois corpos que estão sendo tracionados é cisalhado rente com Neste caso calcula-se:

Existem casos de cisalhamento duplo, onde um único rebite faz a união de tres corpos, onde, um é tracionado em um determinado sentido e os outros dois são tracionados no sentido contrário, neste caso para calcular a tensão de cisalhamento do material utiliza-se:

τm=

2.1 COMO É FEITO O ENSAIO DE CISALHAMENTO

A forma do produto final afeta sua resistência ao cisalhamento. São por essa razão que o ensaio de cisalhamento é mais freqüentemente feito em produtos acabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas. É também por isso que não existem normas para especificação dos corpos de prova. Quando é o caso, cada empresa desenvolve seus próprios modelos, em função das necessidades.

Do mesmo modo que nos ensaios de tração e de compressão, a velocidade de aplicação da carga deve ser lenta, para não afetar os resultados do ensaio.

Normalmente o ensaio é realizado na máquina universal de ensaios, à qual se adaptam alguns dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado.

Para ensaios de pinos, rebites e parafusos utilizam-se um dispositivo como o que está representado simplificadamente na figura a seguir.

O dispositivo é fixado na máquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos são inseridos entre as duas partes móveis. Ao se aplicar uma tensão de tração ou compressão no dispositivo, transmite-se uma força cortante à seção transversal do produto ensaiado. No decorrer do ensaio, esta força será elevada até que ocorra a ruptura do corpo. No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aos empregados em ensaios de pinos. Só que, em vez dos pinos, utilizam-se junções soldadas.

5 3. LIMITE DE ESCOAMENTO

O limite de escoamento é, em algumas situações, alternativa ao limite elástico, pois também delimita o início da deformação permanente (um pouco acima). Ele é obtido verificando-se a parada do ponteiro na escala da força durante o ensaio e o patamar formado no gráfico exibido pela máquina. Com esse dado é possível calcular o limite de escoamento do material. Entretanto, vários metais não apresentam escoamento, e mesmo nas ligas em que ocorre ele não pode ser observado, na maioria dos casos, porque acontece muito rápido e não é possível detectá-lo.

Por essas razões, foram convencionados alguns valores para determinar este limite. O valor convencionado (n) corresponde a um alongamento percentual. Os valores de uso mais freqüente são:

• n = 0,2%, para metais e ligas metálicas em geral;

• n = 0,1%, para aços ou ligas não ferrosas mais duras;

• n = 0,01%, para aços-mola. Graficamente, o limite de escoamento dos materiais citados pode ser determinado pelo traçado de uma linha paralela ao trecho reto do diagrama tensão-deformação, a partir do ponto n. Quando essa linha interceptar a curva, o limite de escoamento estará determinado, como mostra a figura ao abaixo.

Fig. 3 – Gráfico tensão versus deformação

6 4 TIPOS DE PARAFUSOS E SUAS APLICAÇÕES

Parafusos são elementos de fixação, empregados na união não permanente de peças, isto é, as peças podem ser montadas e desmontadas facilmente, bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantêm unidas. Os parafusos diferenciam-se pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do tipo de acionamento. 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.

As medidas destes parafusos atualmente são fornecidas em milímetros, tendo em seu primeiro número o diâmetro do corpo na parte superior e o segundo número o seu comprimento. É fornecido em latão, aço galvanizado ou aço tratado. Os principais tipos são:

• Parafuso Cabeça Sextavada: Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estria.

• Parafuso com Sextava Interno: 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.

• Parafuso sem Cabeça com Sextavado Interno: 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.

• Parafusos de Cabeça com Fenda: São fabricados em aço, aço inoxidável, inox, cobre latão, etc.

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.

• Parafuso de Cabeça Redonda com Fenda: 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 e ligas, como latão.

• Parafuso Cabeça Cilíndrica Boleada com Fenda: 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.

• Parafuso Cabeça Escareada Boleada com Fenda: 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.

São vários também os tipos de parafusos com rosca soberba para aplicação em madeira, estes também podem ter a rosca total ou parcial, os principais tipos são:

• Cabeça Chata com Fenda

• Cabeça Quadrada

• Cabeça Oval

• Cabeça Redonda

• Cabeça Sextavada 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 tratados superficialmente para evitar efeitos oxidantes de agentes naturais.

8 REFERÊNCIAS http://www.ebah.com.br/parafusos-pdf-a14230.html acesso em: 12 de setembro de 2009.

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