Cavilhas e parafusos são os componentes mecânicos mais básicos, amplamente utilizados em diversas indústrias, como automóveis, máquinas industriais e construção. Ao contrário da soldagem e da rebitagem, a maior característica dos parafusos é que eles podem ser facilmente removidos mesmo após o aperto e podem ser reutilizados por meio de-reaperto.
Processo de Fabricação de Parafusos de Titânio
O material de fabricação dos parafusos geralmente é fio enrolado. Após o processamento secundário, como decapagem, lubrificação, recozimento e trefilação, a cabeça do parafuso e as roscas são formadas,-tratadas termicamente e tratadas-a superfície usando forjamento a frio. Dependendo do tipo de produto, alguns requerem tratamento térmico antes da formação da rosca, enquanto outros não. O processamento secundário é geralmente realizado por pessoal especializado, mas às vezes é feito na fábrica de parafusos.
A formação da cabeça do parafuso geralmente se refere ao processo de forjamento a frio da cabeça do parafuso usando máquinas de forjamento, como uma máquina de recalque ou uma máquina de pino empurrador, chamada de "retornamento". O forjamento a frio, também conhecido como prensagem a frio, refere-se ao processamento à temperatura ambiente. É um termo que contrasta com trabalho morno e quente, onde o material é aquecido antes do processamento. O processo de forjamento envolve cortar o aço enrolado em comprimentos apropriados e depois pressionar o material usando várias matrizes de forjamento. O forjamento inclui quatro etapas: recalque, repuxo profundo, extrusão reversa e acabamento. Perturbar envolve apertar o material de uma extremidade para expandi-lo além do seu diâmetro original; a estampagem profunda, por outro lado, comprime o material de uma extremidade para encolhê-lo a um diâmetro menor; a extrusão reversa envolve pressionar o material de uma extremidade em uma matriz de diâmetro menor, fazendo com que ele seja extrudado para fora e, ao mesmo tempo, criando um furo; o acabamento envolve a remoção do excesso de espessura usando uma matriz de forjamento. Dependendo do formato do produto, esses métodos podem ser usados separadamente ou em combinação. Formas mais complexas requerem mais etapas de processamento para moldar gradualmente o produto, mas parafusos comuns podem ser formados em apenas 2 a 5 etapas.
O processo de conformação da porção roscada envolve o uso de uma máquina perfiladora para forjar a frio e moldar a rosca no processo de conformação da rosca do parafuso. O método de conformação é o mesmo da cabeça do parafuso. O formato da rosca é formado prendendo a peça bruta entre dois conjuntos de matrizes de forjamento, girando uma das matrizes enquanto gira simultaneamente a peça bruta e moldando-a em uma rosca por meio de moldagem plástica. As matrizes de forjamento usadas para conformação de roscas são chamadas de "matrizes de conformação de laminação". Existem três tipos de máquinas perfiladeiras: máquinas formadoras de moldes para forjamento plano, máquinas formadoras de moldes para forjamento redondo e máquinas formadoras de rolos planetários. As máquinas formadoras de laminação de moldes de forjamento plano usam duas matrizes de laminação comuns; um é fixo enquanto o outro se move para frente e para trás para rolar e moldar a peça em branco. As máquinas formadoras de laminação e forjamento redondo usam duas matrizes de laminação cilíndricas paralelas que giram na mesma direção para rolar e moldar a peça bruta imprensada entre as duas matrizes. As máquinas formadoras de laminação planetária fixam a peça bruta entre uma matriz de forjamento cilíndrica e uma matriz de forjamento em forma de leque, e a laminam e moldam girando a matriz de forjamento cilíndrica.
Os parafusos formados por forjamento a frio e tratamento térmico são geralmente feitos de materiais com dureza adequada para processamento de plástico. Materiais com alto teor de carbono ou elementos de liga adicionados são inerentemente duros e difíceis de processar, portanto, alguns requerem recozimento para amolecê-los. A maioria dos materiais não consegue atingir a resistência necessária sob condições de forjamento a frio. O tratamento térmico, realizado após o forjamento a frio, confere ao parafuso a resistência e as propriedades mecânicas necessárias e é a etapa mais crucial na fabricação do parafuso. Os parafusos são classificados em vários graus de resistência de acordo com sua aplicação e uso. O tratamento térmico é necessário para garantir que os parafusos formados possuam as respectivas propriedades mecânicas exigidas.
Os parafusos usados em motores automotivos geralmente aderem ao óleo lubrificante, por isso não enferrujam mesmo sem tratamento de superfície. No entanto, esta é apenas uma pequena porção de parafusos; a maioria é usada em ambientes corrosivos e, portanto, enferruja rapidamente sem tratamento de superfície. Se os parafusos enferrujados não forem tratados, a corrosão impedirá que sejam desparafusados e, em casos graves, poderão quebrar, causando acidentes graves. Portanto, os parafusos utilizados em ambientes corrosivos requerem tratamentos de superfície, como galvanoplastia. Os tratamentos de superfície dos parafusos podem ser amplamente divididos em galvanoplastia e revestimento. O método mais utilizado é a galvanoplastia, que apresenta as vantagens de baixo custo e boa resistência à corrosão. Quando for necessária maior resistência à corrosão do que a galvanoplastia, a galvanoplastia de liga, como ferro galvanizado e zinco{6}}níquel, pode ser usada ou um revestimento composto de zinco-alumínio pode ser aplicado.
Direção de Desenvolvimento de Parafusos Automotivos
Nos últimos anos, as montadoras exigiram custos reduzidos de componentes, peso mais leve e maior resistência. Simultaneamente, para resolver as questões ambientais, as emissões de CO2 devem ser reduzidas e, para reduzir o consumo de combustível, o peso do veículo deve ser minimizado. Nos custos de fabricação de parafusos, o custo da peça bruta representa uma parcela importante; portanto, o método mais eficaz é reduzir o custo do próprio material. As montadoras japonesas estão pesquisando o uso de materiais estrangeiros baratos para reduzir os custos de fornecimento de materiais. Para atender às necessidades dos clientes, os fabricantes de parafusos também realizaram vários estudos sobre redução de peso dos parafusos. Como medidas para reduzir o peso dos parafusos, alguns usam metais leves, como alumínio ou titânio, enquanto outros reduzem o tamanho dos parafusos. Embora a redução do tamanho do parafuso possa reduzir o peso, se o tamanho do parafuso for reduzido para o mesmo grau de resistência, a força de aperto do parafuso diminuirá devido à redução da-área da seção transversal.
Portanto, para garantir o mesmo nível de resistência e ao mesmo tempo reduzir o tamanho do parafuso, a resistência do parafuso deve ser aumentada. Os padrões públicos atuais, como JIS e os próprios padrões das montadoras, especificam apenas requisitos para parafusos com grau de resistência inferior a 12,9. Para parafusos comuns temperados e revenidos, as características de fratura retardada deterioram-se drasticamente quando o grau de resistência excede 12,9. Em algumas aplicações onde já estão em uso parafusos de alta-resistência de 10,9 ou 12,9, alcançar a redução de peso por meio da redução de tamanho exige o uso de parafusos com um grau de resistência superior a 12,9 e o emprego de métodos para melhorar as características de fratura retardada. Para alcançar alta resistência, alguns parafusos temperados e revenidos melhoram as características de fratura retardada adicionando elementos de liga. Embora a adição de elementos de liga possa melhorar até certo ponto as características de fratura retardada, o alto preço desses elementos inevitavelmente aumenta os custos.
Outra abordagem é usar parafusos não-extinguidos e revenidos. Parafusos não-extinguidos e revenidos não requerem tratamento térmico após a conformação; sua resistência é garantida principalmente por meio do endurecimento por trabalho. A microestrutura dos parafusos não{4}} temperados e revenidos é completamente diferente daquela dos parafusos temperados e revenidos, exibindo forte resistência à fratura retardada. Parafusos não{6}}temperados usam materiais com maior teor de carbono do que parafusos temperados. Através do resfriamento controlado e do tratamento térmico durante a fase do tarugo, é possível obter uma grande redução de área. Após o endurecimento por trefilagem, o endurecimento adicional durante a fase de formação do parafuso garante a resistência do parafuso. Embora os parafusos comuns não sejam temperados após a conformação, eles devem passar por azulamento para eliminar a tensão interna através do forjamento a frio. A desvantagem é que a dureza do material é superior à dos parafusos temperados, tornando-os muito difíceis de moldar. Atualmente, a resistência dos parafusos não{12}}temperados usados em motores é de 1.600 MPa, e a resistência dos parafusos não{14}}temperados usados em carrocerias de veículos atingiu 1.400 MPa. Espera-se que a demanda por esses parafusos de alta{17}}resistência aumente ainda mais no futuro.
