Mestrado Profissional em Engenharia Automotiva
Trabalhos de Conclusão de Curso

Fenômenos tribológicos intrínsecos ao travamento de juntas de engenharia aparafusadas. O rosqueamento na indústria automotiva: sua utilização como recurso de união de juntas desmontáveis

Tribologic Phenomena Intrinsic to the Engineering Bolted Joints

Autor
Muniz, José Maria -
Orientador
Sinatora, Amilton
Defesa de tese
15 / 06 / 2007
Participantes da Banca
Sinatora, Amilton; Souza, Roberto Martins de; Berry, Nara Guidacci
Palavras-chave
Produção; Parafuso; Tribologia; Coeficiente de atrito; Fosfato; Juntasaparafusadas; Aparafusamento; Controle estatístico.
Keywords
Production; Screw; Tribology; Attrition coefficient; Phosphate; Bolted joints;Threading; Statistical Control.

Resumo

Na rotina de uma montadora de veículos, as operações de rosqueamento são as mais freqüentes. Montagens, fixações e vedações utilizam o rosqueamento como recurso insubstituível de projeto. Os fenômenos envolvidos nessas operações, no entanto, não são
completamente entendidos pelos profissionais envolvidos. Isto se pode notar quando se lida com as tarefas relacionadas com a qualidade dos produtos e dos processos. As interrupções na seqüência das linhas de montagem, devido à quebra de parafusos ou rejeições de operações por máquinas automatizadas, nem sempre são entendidas pelos operadores pois envolvem fenômenos subjetivamente ocultos nos parâmetros operacionais e nas propriedades dos elementos de fixação e dos componentes. Ao apertar-se um parafuso ou uma conexão de um tubo, usa-se uma energia que é dividida em perdas por atrito e força de aperto de uma determinada junta. O aperto pode ser insuficiente ou excessivo, dependendo do estado tribológico das superfícies. As conseqüências podem ser drásticas se o desvio for  passado ao produto e descoberto pelo usuário final. As falhas de campo são sempre mais graves e importantes do que aquelas descobertas dentro da empresa. É mais importante ainda evitá-las, especificando-se e controlando-se bem os parâmetros controladores do atrito nas superfícies responsáveis pela obtenção da força de montagem. A demonstração de
que o torque aplicado no rosqueamento não tem relação direta com a força de montagem e que o controle dos elementos lubrificantes proporcionará um resultado eficiente na junção desmontável, projetada para uma certa função no veículo, é o objetivo do presente estudo. Os esclarecimentos para os profissionais, diretamente envolvidos com os problemas na linha de montagem virão, quando as informações sobre as condições dos coeficientes de atrito nos elementos de fixação estiverem corretamente especificadas e prontamente obtidas nos processos de produção dos fornecedores. O estudo ficou limitado à forma mais freqüentemente utilizada de controle do coeficiente de atrito que é o uso de fosfato com um banho em óleo lubrificante. Não foi feita nenhuma análise referente à variação das propriedades dos diversos tipos de óleos lubrificantes existentes no mercado. Mesmo o óleo usado nos testes não foi descrito. O escopo do estudo ficou concentrado na demonstração de que o coeficiente de atrito só pode ser medido através de uma interpretação estatística com o uso de uma máquina de testes, assessorada por um programa de computador que calcula os parâmetros estatísticos. Complementando o estudo, uma análise das peças ensaiadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV), foi realizada para demonstrar a situação metalográfica das peças ensaiadas até as proximidades do limite de escoamento. O estudo pretende ser útil àqueles profissionais que necessitam entender porque acontecem as falhas dos elementos de fixação. Os benefícios para a empresa não serão de lucros imediatos, mas poderá ser dimensionado na contabilidade da diminuição das interrupções
de produção e na diminuição dos problemas de campo.


Abstract
In the routine of a Vehicles Assembler Company, bolts and nipples threading are the most frequent operations. An assembly, fixations and tube sealings uses threading as a irreplaceable project resource. The phenomena involved in those operations, however, it is not completely understood by the involved professionals. This can be notice when participate in the tasks related with the quality of products and processes. The interruptions in the sequence of the assembly lines, due to the break of screws or rejections of operations for automated machines, not always are understood by the operators, because they involve subjective phenomena occult inside the operational parameters and inside the properties of the fixation elements. When a screw or a tube connection is pressed, used energy is divided in losses by attrition and tightening of the bolted joint. The squeeze can be insufficient or excessive, depending on the tribologic state of the surfaces. The consequences can be drastic if the deviation is passed to the product and discovered for the final user. The field quality flaws are always more serious and important than those discovered inside of the company. It is more important still to avoid them, specifying and controlling the parameters of the attrition at surfaces responsible for the obtaining of the assembly force. The demonstration that the torque applied in the threading doesn't have any direct relationship with the assembly force obtaining, and the control of the lubricating elements is the best way to provide an efficient result in a dismountable junction, projected for a certain function in the vehicle, is the objective of the present study. The explanations for the professionals, directly involved with the problems in the assembly lines, will come when the information about the guiding conditions of the attrition coefficients in the fixation elements were correctly specified and quickly obtained in the processes of production of the suppliers. The study is limited to the more often used form of control for the attrition coefficient that is the use of phosphate with a bath in lubricating oil. It was not made any analysis regarding the variation of the properties of the several types of existent lubricating oils in the market. Even the oil used in the tests was not described. The target of the study was concentrated in the demonstration that the attrition coefficient can only be measured through a statistical interpretation with the use of a test machine, advised by a computer program that calculates the statistical parameters, indicators of the situation of the applied phosphate or similar lubricant. Complementing the study, an analysis of the pieces checked in the Scanning Electronic Microscope (SEM), was accomplished to demonstrate the metallographic status of the pieces tested to the threshold of the rupture limit. The study intends to be useful to those professionals that need to understand why the fixation elements flaws, as well as, which parameters to control to always obtain a delivery with regular quality from suppliers. The benefits for the company won't be of immediate profits, but it can be taken in the accounting of the decrease of the production interruptions and in the decrease of the field problems, as well.