Escolhendo o material certo para engrenagens: uma visão geral
Introdução
Ao projetar uma engrenagem individual ou um trem de engrenagens, a escolha do material será o fator principal no qual a geometria da engrenagem é baseada ou o desempenho da engrenagem ditará a seleção adequada do material. Existem várias matérias-primas que são comumente usadas na construção de engrenagens, e cada uma tem um ponto ideal onde suas propriedades mecânicas se destacam como a escolha superior. As principais categorias de materiais são ligas de cobre, ligas de ferro, ligas de alumínio e termoplásticos.
Ligas de cobre
Ligas de cobre são ideais para engrenagens expostas a ambientes corrosivos ou que exigem propriedades não magnéticas. Os tipos comuns incluem:
1. Latão: Uma liga de cobre e zinco, o latão é fácil de usinar e oferece benefícios antimicrobianos. É frequentemente usado em engrenagens retas e cremalheiras em ambientes de baixa carga.
2. Bronze de fósforo: combinando cobre com estanho e fósforo, esta liga fornece excelente resistência ao desgaste e à corrosão. É usada em componentes de alto atrito, como rodas sem-fim.
3. Bronze de alumínio: Com cobre, alumínio, ferro, níquel e manganês, esta liga oferece resistência superior ao desgaste e à corrosão, tornando-a adequada para engrenagens de alta carga, como engrenagens helicoidais de eixo cruzado e rodas sem-fim.
Ligas de ferro
As ligas de ferro , conhecidas por sua resistência superior, incluem:
1. Ferro cinzento: fundido e usinado em engrenagens, o ferro cinzento é uma boa alternativa ao bronze fosforoso onde os campos magnéticos não são uma preocupação.
2. Aço carbono: amplamente utilizado por sua usinabilidade, resistência ao desgaste e custo-benefício. Aços carbono variam em teor de carbono e podem ser endurecidos ou cementados para aumentar a resistência e a capacidade de carga.
3.Aço de liga: Contém elementos adicionais como cromo e níquel, oferecendo maior resistência, usinabilidade e resistência à corrosão. Comumente usado para engrenagens de alta resistência.
4. Aço inoxidável: contém cromo e outros oligoelementos, oferecendo excelente resistência à corrosão. As ligas 303 e 316 são comumente usadas para engrenagens retas, engrenagens helicoidais e engrenagens cônicas.
Ligas de alumínio
As ligas de alumínio são conhecidas por sua alta relação resistência-peso e resistência à corrosão. Os tipos comuns incluem:
1.2024 Alumínio: Alta resistência, mas menor resistência à corrosão.
2.6061 Alumínio: Resistência média com boa resistência à corrosão e soldabilidade.
3.7075 Alumínio: Alta resistência e resistência ao estresse.
Essas ligas são usadas em engrenagens retas, engrenagens helicoidais, engrenagens cônicas de dentes retos e cremalheiras, embora sejam menos adequadas para ambientes de alto calor.
Ligas de aço para ferramentas
O quarto grupo de ligas são os aços para ferramentas . São ligas de aço com traços de cobalto, molibdênio, tungstênio e/ou vanádio. Esses elementos adicionam resistência ao calor e durabilidade ao aço.
O AISI identifica ligas de aço usando uma sequência de quatro dígitos. Os dois primeiros dígitos designam a família da liga, e os dois últimos dígitos designam a porcentagem fracionária de carbono. Por exemplo, um aço carbono 1020 tem um teor de carbono de 0,20%, enquanto um aço carbono 1045 tem um teor de carbono de 0,45%.
Termoplásticos
Os termoplásticos são escolhidos por sua leveza e usinabilidade. Materiais comuns incluem:
1. Acetal (POM): conhecido por estabilidade dimensional e baixo atrito. É ideal para superfícies de desgaste, mas menos adequado para aplicações de carga de choque.
2. Nylon: Oferece alta resistência e absorção de vibração, mas pode se tornar instável com umidade e mudanças de temperatura. Pode ser reforçado com fibras para maior resistência.
O Futuro: Unobtainium
Embora ainda não tenha sido desenvolvido, o unobtainium representa o material ideal para engrenagens, combinando extrema leveza, dureza, baixo atrito e custo-benefício. Quando inventado, ele revolucionará a fabricação de engrenagens.
Conclusão
Em resumo, selecionar o material certo para a fabricação de engrenagens é essencial para garantir desempenho e longevidade ideais. Ligas de cobre, ligas de ferro, ligas de alumínio, aços para ferramentas e termoplásticos oferecem vantagens distintas que atendem a requisitos operacionais específicos. Ao entender as propriedades exclusivas desses materiais, os engenheiros podem tomar decisões informadas que melhoram o desempenho e a confiabilidade das engrenagens.
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