Contra o efeito stick-slip: Perfis de rosca com reservatórios de lubrificante microscópicos

Para macacos roscados que atingem uma pressão de superfície > 20 N/mm2 sob carga e operam a baixas velocidades circunferenciais, é necessária uma lubrificação constante dos perfis de rosca. Parte da solução são as roscas de precisão da Bornemann.

Quando as roscas rangem repentinamente, os experientes operadores da máquina são alertados. A experiência demonstrou que não demora muito até que um sistema falhe. O ruído é um sinal de desgaste e pode ocorrer especialmente com rolamentos, guias e fusos roscados no campo da tecnologia de elevação para cargas pesadas. A razão: Lubrificação insuficiente. A consequência: Um efeito stick-slip. Dois corpos sólidos – fuso e porca, no caso de uma rosca – movem-se de forma irregular um contra o outro. No pior dos casos, pode ocorrer micro soldadura ou soldadura a frio. A falha é então do fabricante do lubrificante?

“Não”, afirma Moritz von Soden, diretor administrativo da Bornemann Gewindetechnik, “não é assim tão simples. Há várias causas para o efeito stick-slip. Muitas vezes, juntam-se influências muito diferentes. No entanto, na minha opinião, a base para uma durabilidade ideal da rosca está no design. A qualidade das superfícies de rosca é um fator especial.”

Lubrificação ideal dos flancos da rosca – Bolsas de lubrificação contra o efeito stick-slip

O efeito stick-slip desaparece geralmente assim que um produto intermédio ou lubrificante separa os parceiros de fricção. A compatibilidade do lubrificante com materiais elastómeros, o comportamento pós-fluxo, a libertação de óleo e a proteção contra a corrosão são de máxima importância.

A combinação de materiais do sistema de porcas de fuso também desempenha um papel importante. Por exemplo, numa combinação de ferro fundido de grafite esferoidal e aço, o teor de ferro em ambos os materiais pode promover a soldagem a frio.

Independentemente do fornecimento de lubrificante, da compatibilidade de lubrificantes e da combinação de materiais, a Bornemann Gewindetechnik presta atenção especial à precisão ao desenvolver a topografia da superfície de fusos e porcas roscados. Precisão na microtecnologia: Bolsas de lubrificação de tamanho microscópico – reentrâncias na superfície da rosca – ajudam a manter os lubrificantes onde estes são necessários (Fig. 1 a+b). Mesmo com a carga máxima da superfície.

Figura 1a: Para que o lubrificante permaneça entre o fuso e as porcas, as bolsas de lubrificação mais pequenas são trabalhadas nas superfícies dos parceiros de fricção.

Figura 1b

As roscas produzidas na Bornemann, formam as importantes bolsas de lubrificação de forma fiável. Para o processo de laminação, com o qual não podem ser criados reentrâncias na superfície da rosca, não há qualquer alternativa. Os fusos roscados Bornemann são, portanto, utilizados de forma consistente, especialmente no campo da tecnologia de elevação de cargas pesadas. A ferramenta para o fabrico dos fusos roscados consiste num anel acionado com um conjunto de ferramentas de perfil, e trabalha no chamado corte de envelope, uma vez que a peça gira dentro deste anel de ferramenta durante o processamento.

Um conjunto de ferramentas consiste em várias arestas de corte individuais que trabalham uma após a outra num corte intermitente. Isso resulta em pequenas interrupções microscópicas na superfície da peça de trabalho entre os cortes individuais, que produzem facetas côncavas e poligonais na área μm. À primeira vista, estas facetas parecem ser defeitos de fabrico. Na verdade, porém, estas marcas de processamento melhoram o desempenho dos fusos rosqueados. As reentrâncias microscópicas em contatos de fricção lubrificados podem atuar como bolsas de microlubrificação. Estas enchem-se de lubrificante e, assim, neutralizam a destruição da película lubrificante. Como se pode ver na Fig. 2a), as bolsas de microlubrificação causam, num contacto deslizante lubrificado de dois corpos, um aumento de pressão hidrodinâmica, que atua normalmente na superfície e evita o atrito de corpos sólidos.

Fig. 2:a) Mecanismo de ação das bolsas de microlubrificação b) Medição da fricção de amostras microestruturadas [IFW Hannover]

Os testes em discos tribométricos equipados com bolsas de microlubrificação mostram o potencial das bolsas de microlubrificação na redução do coeficiente de atrito e, assim, das perdas por atrito em baixas velocidades relativas < 1,5 m/s, melhorando o fornecimento de lubrificante em contacto com o atrito (Fig. 2b).

Atualmente, estas bolsas de microlubrificação já são utilizadas em vários projetos de investigação de outras áreas, como o contacto por fricção entre camisas de cilindro e pistões. Nos motores de combustão interna, estas reentrâncias são utilizadas para evitar que o lubrificante escorra do lado do ponto de contacto, reduzindo assim as perdas por atrito e o desgaste causado pela abrasão mecânica. As reentrâncias no flanco de apoio da rosca dos fusos roscados Bornemann também oferecem vantagens equivalentes. Nomeadamente, a sua disposição – perpendicular ao movimento de fricção – promove a retenção do lubrificante no contacto de fricção e, consequentemente, o efeito lubrificante adequado.

“Escusado será dizer que há outros processos de fabrico que também têm vantagens específicas”, enfatiza Moritz von Soden, “mas na tecnologia de cargas pesadas, as nossas roscas têm-se mostrado especialmente eficazes no acionamento de roscas trapezoidais com cargas elevadas. Os lubrificantes são pressionados com menos intensidade. As bolsas de lubrificação que inserimos agem como um reservatório de lubrificante.”

O diretor administrativo da Bornemann não vê qualquer confirmação prática do argumento frequentemente apresentado de que os fusos roscados laminados têm uma durabilidade superior. “A superfície mais dura dos fusos laminados não provoca um aumento da durabilidade. Na tecnologia de elevação, as porcas de bronze são normalmente utilizadas como peças de desgaste. A dureza dos fusos não desempenha, portanto, um papel significativo em termos de desgaste. Além disso, no passado, os testes de resistência mostraram que os nossos fusos roscados apresentam apenas sinais mínimos de desgaste, mesmo após muitos anos de operação.”

Além da qualidade da rosca, o sistema como um todo é essencial

O efeito slip-stick só é neutralizado através de uma interação ideal entre a rosca, o lubrificante e a manutenção do sistema. A limpeza da superfície antes da aplicação do lubrificante é um dos trabalhos preliminares mais importantes. Além disso, são amplamente recomendadas as graxas lubrificantes da classe de consistência NLGI 00. A quantidade de graxa deve preencher pelo menos 30% do volume entre o eixo e o fole. Uma outra exigência do lubrificante deriva da estanqueidade do sistema: Uma vez que o fole não é, normalmente, hermético, a condensação no interior do fole não pode ser excluída. Por esta razão, o lubrificante deve ter uma elevada resistência à água e proporcionar uma proteção anticorrosiva muito boa.

Sobre a Bornemann

A Bornemann Gewindetechnik (www.bornemann-gewindetechnik.de) produz roscas em todas as formas especiais. Possui soluções especiais para aplicações em tecnologia de elevação e engenharia hidráulica de aço, bem como equipamento de palco e válvulas de bloqueio em barragens, para citar apenas algumas. Além do exigente trabalho de precisão em roscas dente de serra, transportadores helicoidais e roscas de várias correntes, o foco está na produção de grandes fusos roscados trapezoidais e conjuntos de porcas prontos para instalar. As matérias-primas são todas materiais tensionáveis. Os tamanhos padrão para fusos roscados variam de 10 a 180 mm de diâmetro e até 10 m de comprimento. Com a ajuda do processo de fabricação otimizado pela Bornemann, as superfícies de rosca são obtidas com qualidade de polimento.

Stick-slip e consequências: Ruídos desagradáveis e maior desgaste.

O efeito stick-slip também é habitual no quotidiano. Quando as portas rangem, os aros das rodas chiam nos carris ou os limpa para-brisas crepitam no vidro, o atrito estático é maior do que o atrito deslizante. No entanto, o efeito stick-slip torna-se rapidamente um problema, especialmente em aplicações técnicas num ambiente industrial: É uma indicação de maior desgaste e lubrificação insuficiente dos perfis de rosca (Figura 3). Em casos extremos, pode levar também à soldagem a frio do sistema de porca de fuso completo.

Fig. 3 Quando a rosca fica presa, qualquer ajuda costuma chegar tarde demais.