Arruelas de pressão comprimem-se facilmente sob cargas baixas e não fornecem muita força contra afrouxamento. Embora controverso, continuam sendo especificadas para evitar perda de pré-carga em juntas. Funcionam melhor quando a pré-carga é perdida através de afrouxamento ou má concepção da junta, mas o ciclo de compressão pode causar fadiga e falha. Projetos bem concebidos com apertos corretos raramente necessitam de arruelas de pressão.

1. Arruelas de Pressão
Arruelas de Pressão

2. Arruelas de Pressão
1. DEBATES SOBRE ARRUELAS DE PRESSÃO
“A principal desvantagem da arruela de pressão é que elas achatam a cargas
relativamente baixas, se comparadas com o nível de Pré-cargas normalmente
desejadas em uma fixação.
Isso significa que a sua força de reação só inicia após uma significativa parte
da pré-carga inicial de aperto ter sido perdida”.
IFI – Introduction to Locking Fasteners
Motivos de muitos debates, as Arruelas de Pressão permanecem em
muitas especificações resistindo ao tempo e às novas tecnologias que atendem
a função para qual elas foram desenvolvidas: evitar o afrouxamento e a
eventual perda de pré-carga.
2. DEFINIÇÕES
A arruela de pressão comum é uma mola helicoidal. Num dado
momento, foi também conhecida como arruela fendada porque havia duas
extremidades. Uma das pontas era ligeiramente curvada para cima e outra,
para baixo.
As arruelas de pressão são produzidas em aço carbono submetidas ao
tratamento térmico com uma dureza de 45-51 Rockwell C. Normalmente, elas
são revestidas pelo processo eletrolítico. No entanto, suas altas durezas as
tornam suscetíveis à fragilização pelo hidrogênio, que deixa a estrutura
quebradiça, causando falhas provocadas pelo hidrogênio atômico, que é
absorvido pelo o aço durante o revestimento eletrolítico e/ou processo de
limpeza.
Segundo orientação da IFI; arruelas de pressão deverão sofrer processo
adequado para minimizar ou eliminar os efeitos da fragilização causada pela
hidrogenização.

3. Arruelas de Pressão
3. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Quando a porca ou cabeça de parafuso é apertada contra a arruela de
pressão, as extremidades abertas são comprimidas contra a superfície de
contato. Assim, há o achatamento da arruela. A ideia é que se a carga de
assentamento é perdida, as acentuadas extremidades mola da arruela de
pressão entram em ação produzindo uma força oposta contra a porca e a
superfície trabalho para prevenir algum possível afrouxamento.
Aqui está o problema: o fixador ou a junta devem ter perdido a força de
assentamento ou movida o suficiente para causar à arruela de pressão o efeito
de mola suficiente para produzir uma força contra a porca e a superfície de
trabalho. O problema básico reside na percepção do usuário sobre o que o
produto pode fazer e qual é a sua expectativa sobre o que venha a fazer.
A arruela de pressão não melhora nem aumenta a habilidade do fixador
em manter a pré-carga nem prevenirá a perda dela.
3.1 COMO ELA REALMENTE FUNCIONA
Uma mola flexiona. Se comprimida, deverá produzir uma força no
sentido oposto. Esta é a reação de uma mola enrolada. Uma mola helicoidal de
uma revolução age um pouco diferente. Se a compressão de uma arruela é
grafada em uma célula de carga, a taxa de mola parece uma curva ‘S’. Isto
significa que quando ela está totalmente comprimida, existe pouca ou nenhuma
força contrária. Com as pontas divididas abertas, a força aumenta. Existe
também um ponto onde ela diminui novamente, como num desenho de um
arco composto, então aumenta novamente.
Então, essencialmente para uma arruela de pressão trabalhar, algo não
foi feito corretamente: a pré-carga foi perdida porque a porca/parafuso não
foram apertados corretamente ou a pré-carga foi perdida em serviço
(afrouxamento).

4. Arruelas de Pressão
OK! Então digamos que a arruela de pressão está fazendo o seu
trabalho. As extremidades estão abertas apenas alguns milésimos de
polegada. Visualmente, isso é impossível para qualquer pessoa detectar. O
conjunto permanece solto por um tempo diário absorvendo o serviço de cargas
e impacto cíclico da ligação. Quando a junta e a arruela de pressão começam a
absorver a carga normal de serviço, a junta e a arruela de pressão comprimem.
Logo que a carga é removida, as extremidades da arruela de pressão estão
novamente abertas. Este ciclo de compressão e relaxamento promove fadiga
metálica em aços endurecidos. Em breve, a arruela de pressão fratura. A
condição de perigo está aqui, não existe um aviso de falha e a porca está livre
para vibrar e afrouxar.
Já em 1969, a SAE (Sociedade dos Engenheiros Automotivos) era
contra a recomendação de arruela de pressão com qualquer fixador de grau de
resistência 8 (10.9) e em alguma aplicação crítica. No início da década de 80,
as especificações foram retiradas do Manual SAE. Contudo, especificações e
métodos de ensaio ainda podem ser encontras no manual do IFI (instituto das
Indústrias de Fixadores) referenciando a ANSI/ASME B 18.21.2.
Portanto, se o parafuso foi devidamente apertado e a junta concebida
adequadamente, não haverá perda da pré-carga, não havendo a necessidade
de uma arruela de pressão ou mesmo de uma porca trava. Mas, há momentos
em que a junta não pode ser inteiramente comprimida ou o material é macio e
uma arruela de pressão pode ajudar. O que realmente preocupa é uma arruela
de pressão de 1" de diâmetro e maiores. Se você não pode apertar
corretamente um parafuso de 1" ou maiores, uma arruela de pressão não
manterá uma junta livre de afrouxamento por vibração.
Aplicar um aperto apropriado, que evite o afrouxamento de uma junta, é
praticamente impossível, devido às muitas variações existentes em um
processo de aperto, tais como:
- o atrito das peças envolvidas;

5. Arruelas de Pressão
- irregularidades dimensionais;
- empenamento do parafuso;
- rosca deformada;
- oxidações do conjunto porca/parafuso;
- sujeiras;
- etc.
Por estas razões, existe a necessidade de utilização de algum produto
que evite a possibilidade da perda de pré-carga. O conhecimento das
tecnologias existentes e a escolha dentre as muitas possibilidade, fará a
diferença entre um bom projeto e uma junta com permanentes problemas de
fixação.
Original:
The Bolt Doctor – The Lock Washer
Por Guy Avellon
Fastener Technology International – outubro/novembro 2008.