Molas: tipos, classificação e processos de fabricação

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Faculdade Estácio 
Elementos de Máquinas – 7º Período - Turma CCE0158
MOLAS
Denomina-se mola, qualquer elemento de máquina capaz de sofrer deformação elástica.
 A grande variedade de mola usada atualmente, pode ser classificada em dois grupos, que são: molas de flexão e mola de torção.
Das molas de flexão, destacam-se: molas de compressão e molas de tração.
Os aços para molas devem apresentar alto limite de elasticidade, grande resistência e grande limite de fadiga.
As condições de serviço das molas são muitas vezes extremamente severas quer pelas cargas, temperatura, meios corrosivos, vibrações etc...
Aços com teor de carbono de 0,50% a 1,20%, satisfazem quase que completamente aos requisitos exigidos das molas. 
Lembrar sempre que a escolha do material depende das propriedades desejadas, do custo e técnica de fabricação.
Sua classificação quanto a forma será: 
HELICODAIS - Cilíndrica, Cônica e Parabólica
PLANAS - Simples, Espiral , Feixe, Prato, Anel
Além dos tipos citados existem outros tipos menos comuns, mas de grande importância na pratica.
Mola tipo CABELO – feita em lamina delgada, enrolada em espiral , sem nenhum 
 contato entre as espiras, utilizadas em mecanismos de pre-
 - cisão.
Mola VOLUTA - formada por lamina relativamente larga, enrolada segundo
 uma hélice cônica com superposição das espiras. São usadas 
 quando são exigidas pecas muito compactas e com características
 de amortecimento pelo atrito das espiras.
Molas de BORRACHA - apresentam varias formas, comumente usadas como amortece-
 dores de vibração.
CLASSIFICACAO DOS SERVICOS DAS MOLAS
P (pesado) – deflexões rápidas e continuas superiores a 1.000.000 de vezes
M (médio) – ocorre na maioria das molas, com deflexões entre 1.000 a 100.000 vezes
L (leve ) - praticamente com carga estática e deflexões inferiores a 1.000 vezes
PROCESSOS DE FABRICACAO
As molas helicoidais podem ser conformadas a partir de material recozido ou material já endurecido.
As molas de lamina de espessura maior de que 1/8” são conformadas a quente e posteriormente tratadas termicamente.
Em princípio há dois métodos básicos para fabricação das molas:
No primeiro as molas são obtidas a partir de tiras ou fios de aço no estado recozido, que depois de conformados na forma de molas, são temperadas e revenidas.
No segundo são fabricadas a partir de tiras e fios já endurecidos, isto e, no estado de temperado e revenido. 
Estes materiais depois de conformados em molas, sofrem usualmente um tratamento térmico a baixa temperatura para alivio de tensões originadas no trabalho a frio.
Molas fabricadas por este processo apresentam limite de proporcionalidade elevado, resistindo satisfatoriamente bem as cargas de serviço.
Os aços LIGA apresentam melhores propriedades de fadiga e limite elásticos que os aços carbono, contudo mais suscetíveis a certas imperfeições superficiais. 
As durezas aconselháveis são:
Aço Carbono 352 a 388 Brinell (+/- 37 a 40 Rc), quando são toleráveis deformações
 permanentes
 a 444 Brinell (/- 37 a 46 Rc), quando não são toleráveis deformações
 permanentes.
Aço Liga 375 a 415 Brinell (+/-30 a 43 Rc), quando são toleráveis deformações
 permanentes.
 415 a 460 Brinell (+/-43 a 47Rc), quando não são toleráveis deformações
 permanentes
Temperaturas acima da ambiente, criam problemas nas molas, devido a possibilidade de haver deformação permanente, mesmo com cargas inferiores as de projeto.
As molas em AÇOS CARBONO com diâmetros até 15mm podem ser utilizadas com suficiente segurança até temperaturas de 174ºC desde que não sejam carregadas além de 560 MPa.
Se for permitida uma pequena deformação permanente em serviço, poderão ser usadas até 200o C, com tensão de carga até 840 MPa.
Define-se porem que as molas helicoidais a compressão, fabricadas em aço carbono, não devem trabalhar a temperaturas superiores a 200o C, por resultar numa fluência que cuja 
intensidade vai depender das tensões de serviço e do tempo de aplicação das cargas.
MATERIAIS DAS MOLAS
ASTM- A 228/ SAE 1095 – Corda de Piano
ASTM- A 227
ASTM- A 229/ SAE 1065 – Tratamento térmico em óleo
 
Aços carbonos trefilados de provável composição química: 
0,7% a 1,00% de C, 
0,2% a 0,60% de Mg, 
0,12% a 0,30% de Si. 
Têm resistência de rotura a tração, entre 1.750 e 2.800 MPa.
Alongamento de 8% 
Carga recomendada de 525 MPa. 
Dureza de 42 a 46 Rockwell C.
Outros aços carbono também são usados na fabricação de molas, a exemplo: 
SAE -1070, SAE-1080, SAE – 2024.
Aços usados na fabricação de molas enroladas a quente, de composição provável: 
0,65% a 0,75% de C , 
0,60% a 0,90% de Mg , 
0,15% a 0,20% de Si. 
Têm resistência de rotura a tração de 1080 MPa a 2100MPa, 
Alongamento na ordem de 2%. 
Carga recomendada de 385 MPa 
Dureza de 40 a 50 Rockwell C.
Aplicados onde as cargas são baixas e poucos choques contínuos. 
 
 SAE- 5150
 SAE – 5160
 ASTM- A 231/ SAE 6150 - Aço cromo – vanádio
 SAE - 9260
 SAE - 9850
Aços liga usados para fabricação de molas onde se necessita de grande resistência a corrosão e ao calor, como também grande número de deflexões. 
Têm como provável composição química : 
0,55% a 0,65% de C, 
0,65% a 1,10% de Mg, 
0,20% a 0,35% de Si, 
0,60% a 1,00% de Cr. 
Alguns aços com 0,15% de V e 0,15% a 0,25% de Mo.
Resistência de rotura a tração de 1400 MPa a 1750 MPa. 
Alongamento de ate 5% com carga de trabalho recomendada de 420 MPa
Dureza de 42 a 49 Rockwell C.
Normalmente produzidas em bitolas acima de 7,00mm, devido sua alta dureza.
TENSÕES NAS MOLAS HELICOIDAIS
Dado uma mola helicoidal de compressão, com fio de seção circular, carregada com uma forca axial P. Designa-se D o diâmetro médio da mola e d o diâmetro do fio da mesma.
Imagine-se que a mola seja cortada em algum ponto, uma porção dela seja removida e que o efeito da porção removida seja substituído pelas forças internas. Daí a porção removida devera exercer uma força cortante direta P e uma torção T. Haverá pois uma tensão composta dada por:
 τmáx = = Sendo C= D/d
 τmáx = . (1+ 0,5/C ) denomina-se ( 1+ 0,5/c) = K - fator de Wall
 
 onde K= /C
Valores de C
Em geral pode-se ter C variando de 3 a 14, ocorrendo isto para λ> 120 (ângulo de espira)
todavia , valores específicos são:
 8< C < 10 - molas para uso industrial
 C = 5 - molas para embreagem, válvulas
 C = 3 - casos extremos de molas
DEFLEXÃO DAS MOLAS HELICOIDAIS
A deformação por torção de elementos de seções circulares é dada pela equação:
Θ = Mt .L / G.Jt . Se sua aplicação for estendida as molas, podemos dizer que L será o comprimento do arame e poderá ser considerado aproximadamente igual a:
Πdn , onde n é o número de espiras ativa da mola.
Sabendo que:
Mt = F.R = F. (D/2 ) ; L= Π .D.n e Jt = Π .(D4 / 32)
Teremos que:
Θ = Mt .L / G. Jt = ( F.D. Π D. n . 32) / ( 2. G. Π .D4)
A deformação angular θ expressa em radiano, multiplicada pelo raio médio da espira, dará a deflexão axial da mola. Multiplicando-se ambos os termosda equação acima por (D / 2) e simplificando-os , obteremos para deflexão da mola:
δ = θ . D/2= ( 8.F.D3.n) / ( G . D4) , lembrando que C = D/d, teremos
TENSÃO E DEFORMAÇÃO DE MOLAS COM ARAME RETANGULAR
Nas molas com fio de seção não circular a tensão máxima de cisalhamento é dada por:
Tmax. = K q.F.D ( 3b+1,8t) / ( 2.b2.t2 ) ( dimensão b , paralela ao eixo de mola) .
Em geral tem-se b / t < 3. O valor de Kq é obtido via gráfico, com C=D/t.
A deflexão será aproximadamente dada por:
 
δ = ( 2,45 .F.D3.n ) / G.t3. ( b-0,56.t)
Para o caso de fios de seção quadrada, t=b, teremos que:
Tmax.=Kq ( 2,4 .F.D/)b3
 As equações acima são validas para ângulo de inclinação da espira menor que 100.
 (λ< 100).
TIPOS E APLICAÇÕES DE MOLAS
MOLAS PRATO
MOLAS DE TORÇÃO E MOLAS FECHADAS/TRAÇÃO
Mola helicoidal de compressão
 
 Mola helicoidal de tração
 
FREIO de SAPATA em AUTOMÓVEIS
SUSPENSÔES AUTOMOTIVAS
MOLAS PLANAS – FEIXE DE MOLAS
	
TABELAS TÉCNICAS:
Tabela de Comprimentos de Molas Helicoidais
NOTAS:
1)Extremidades em ponta devem ser evitadas, em geral.
2)Extremidades em esquadro em geral são satisfatórias.
3)Extremidades em ponta ,esmerilhadas, não oferecem muita vantagem,
 comparando-se com as “em ponta”, simplesmente.
4)Extremidades em esquadro, esmerilhadas, são indicadas quando se deseja 
 precisão no trabalho da mola ou quando a mola é esbelta e tende a flambar. 
 Equações de flexão e deformações de molas planas