• UFRJ Nautilus

Elementos de Fixação e Usinabilidade

Quase todas as máquinas e demais invenções necessitam de algo que conecte suas peças umas às outras, afinal, raramente encontramos aparatos feitos de um único elemento. Para isso, conta-se com os chamados elementos de fixação para unir essas peças e construir a estrutura maior desejada. Com o nosso AUV, não seria diferente: também utilizamos elementos de fixação em nossa estrutura, sendo os principais parafusos, arruelas e porcas, os elementos mais populares e tradicionais.


Antes de discutirmos um pouco mais a respeito das peças supracitadas, é importante nos atentarmos a um dos principais fatores que influenciam na escolha desses elementos: os métodos de fabricação e usinagem, outro tópico que também será abordado nesse artigo. O melhor método de usinagem depende do formato da peça, do material que a constitui e muitos outros fatores que impactam igualmente na decisão do melhor elemento de fixação, sendo, portanto, tópicos muito entrelaçados. Assim sendo, para a boa execução de qualquer projeto, é primordial saber avaliar tanto o melhor elemento de fixação, quanto o melhor método de usinagem dos componentes da máquina.


Nesse artigo, em relação aos elementos de fixação, iremos focar nos três principais utilizados no nosso robô. Começando pelos parafusos, utilizamos quatro tamanhos no nosso projeto: M3 e M6 (ambos encontrados nos suportes dos propulsores, por exemplo), M8 (encontrado nas abraçadeiras) e M10 (utilizado nos ligamentos que conectam os perfis de alumínio), números que representam o diâmetro do parafuso em milímetros. Desse modo, M6, por exemplo, indicaria um diâmetro de seis milímetros. O principal fator a ser considerado na escolha desse diâmetro é o material do objeto a ser perfurado: quanto mais denso for o material ou quanto maior o peso que este terá de suportar, maior deverá ser o diâmetro do fixador. Já em relação ao comprimento do parafuso, uma boa métrica é escolher aquele com comprimento três vezes maior que a espessura da primeira peça, garantindo que este a atravesse completamente e penetre na segunda de maneira adequada, estabelecendo sua correta fixação na estrutura. Para exemplificar isso, se temos uma barreira com 15 mm de espessura e precisamos de um parafuso para perfurá-la, o ideal é que este elemento tenha, pelo menos, 45 mm de comprimento.


Os parafusos, porém, não se diferenciam apenas em comprimento ou no tamanho de seu diâmetro, mas também pela sua funcionalidade - diferentes parafusos são indicados para diferentes aplicações. Os tipos de parafusos são variados: temos o sextavado, o auto atarraxante, o sextavado interno (também conhecido como parafuso Allen), o francês, o para máquina, o para madeira e diversas outras possibilidades, todas diferenciadas pelo formato da cabeça, do corpo e da ponta. Por exemplo, enquanto que o auto atarraxante é o mais indicado a ser usado em drywall, o auto brocante é o mais utilizado em telhas. Isso nem sempre é uma regra, mas é fato que existem parafusos que atendem melhor certas especificidades que outros muitas vezes não conseguem dar conta. Para isso, é bom examinar a classificação dos parafusos baseada na sua função: existem os prisioneiros, que não possuem cabeça nem rosca em nenhuma das extremidades; os de pressão, fixados por meio da pressão exercida pelas pontas do parafuso; os passantes, os mais conhecidos, que atravessam de lado a lado a peça que será unida; os não passantes, que utilizam o furo roscado no lugar da porca. No nosso projeto, os mais empregados são os parafusos do tipo sextavado, podendo ser o Allen ou o sextavado convencional, sendo a grande maioria deles parafusos passantes.

Os principais tipos de parafuso.

Falando um pouco sobre as porcas, componentes quase sempre associados aos parafusos, daremos foco a um tipo especial de porca, pouco conhecida, mas de grande relevância para o nosso AUV: a chamada porca meia cana, a mais indicada para utilização em perfis de alumínio, que, por sua vez, são elementos que constituem o frame (estrutura) do nosso projeto. Esse tipo de porca é encaixado na ranhura do perfil e, graças às molas nela presentes, pode-se fixá-la em qualquer ponto da ranhura do perfil. O chanfro centraliza a porca na ranhura, garantindo, assim, uma superfície de apoio eficaz. A porca meia cana torna mais simples e versáteis os processos de fixação, proporcionando uma alta qualidade de encaixe. Pode ser encontrada em diversos tamanhos, porém, no nosso robô os principais são o M6 e o M8. Outros elementos de fixação, como as arruelas e roscas, são menos empregadas no nosso projeto.

Porca meia cana

Finalizando a parte dos elementos de fixação, abordaremos a questão da manutenção desses elementos - retirada e posicionamento destes na estrutura e técnicas para sua conservação. Para conservá-los de maneira adequada, devemos ter em mente que esses componentes estão em contato frequente com a água, o que acelera o processo de ferrugem (ferramentas com ferrugem não funcionam corretamente). Existem diversos produtos anticorrosivos, porém o mais utilizado na nossa equipe é o óleo de penetração WD-40 Produto Multiuso. O WD-40 não é capaz de tirar a ferrugem em uma ferramenta que já se encontre em um processo de oxidação muito avançado, portanto, realizamos uma limpeza periódica dos elementos de fixação com objetivos preventivos. Em relação à sua retirada e ao seu posicionamento, contamos sobretudo com a chave Philips, chave Allen, chave de boca 13 e o auxílio de soquetes macho e fêmea.


Entrando agora na questão da usinagem, é importante levar sempre em consideração o grau de usinabilidade do material. A usinabilidade nada mais é do que uma propriedade que depende da interação entre o processo de fabricação e as características do material da peça, ou seja, é o desempenho do material quando submetido a diferentes fatores dos processos de usinagem, como velocidade de corte, fluidos de corte, avanço etc. Algumas características intrínsecas do material favorecem a usinabilidade como valores baixos de dureza, resistência mecânica e ductilidade (capacidade de um material de se deformar) e valores altos de condutividade. Porém, um valor baixo de ductilidade vem acompanhado de alta dureza, logo, é necessário achar um equilíbrio entre a dureza e a ductilidade.


No nosso AUV, temos perfis de alumínio, tampas de alumínio naval, hastes internas de aço 1020 e um corpo principal de acrílico e, com isso em mente, vamos entrar em um campo mais específico sobre a usinabilidade de cada material mencionado. Começando pelas diferentes ligas de alumínio que são conhecidas por serem facilmente usinadas, ou seja, que possuem uma boa usinabilidade, o desgaste da ferramenta utilizada no processo de fabricação raramente é um problema e, mantendo temperaturas baixas, pode se utilizar altas velocidades de corte (o que, com a ferramenta correta para sua geometria, resultará em um bom acabamento).


Porém, cuidados devem ser tomados: o alumínio se deforma cerca de três vezes mais que o aço e, por isso, a velocidade de corte utilizada deve ser inferior em relação àquela para usinar ligas de aço. Também na mesma linha de pensamento, não se deve utilizar de muito esforço ao acrescentar seus elementos de fixação.


Agora, quanto as ligas de aço, a usinabilidade é diretamente relacionada à dureza (associada à quantidade de carbono usada): quanto maior a dureza, melhor a usinabilidade. Nas nossas hastes, utilizamos o aço 1020, que, pela nomenclatura, identificamos que é uma liga de aço da classe carbono (10XX) com percentual médio de carbono de 0,20% (XX20) e é considerado um aço macio, maleável e de fácil soldabilidade, representando um aço de boa usinabilidade comumente utilizada em peças mecânicas. Apesar de não estar entre a faixa de ligas de aço carbono de melhor usinabilidade (1030 à 1060), essa diferença pode ser resolvida através de tratamentos à frio que promovem seu encruamento (fenômeno que ocorre no metal que gera aumento da dureza devido à deformação plástica).


Por último, temos o acrílico, que pode ser considerado um material de fácil usinagem, porém não segue a mesma regra de formação de cavacos (lasca produzida pelo desbaste do material) que os demais supramencionados, tendo em vista que a reação à aplicação de cargas pontuais pode ocasionar rupturas em toda a extensão do material.


Escrito por Lara Figueiredo e Gabriela Torres.