A fabricação de molas helicoidais começa com o enrolamento de arames ou barras de aço, processo que pode ocorrer a frio ou a quente.
Depois da conformação, as peças passam por tratamento térmico e acabamento das extremidades.
Em aplicações mais exigentes, também podem receber shot peening, um jateamento que aumenta a resistência à fadiga. A proteção superficial e a inspeção completam a produção.
Um dos erros mais comuns na compra é comparar orçamentos sem verificar quais etapas de fabricação estão incluídas.
Duas molas com as mesmas dimensões podem apresentar custos e vidas úteis diferentes, especialmente quando uma recebe shot peening e a outra não.
Por isso, além das medidas e do material, é importante especificar os processos necessários para a aplicação.
Como é feito o processo de fabricação de molas?
O processo de fabricação de molas reúne conformação mecânica, tratamentos térmicos e, em muitos casos, shot peening.
A dissertação de mestrado “Análise de falha por fratura em mola de carro torpedo”, defendida em 2019 na Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), resume essa sequência.
A ordem das etapas, numa mola helicoidal de compressão, é a seguinte:
- Matéria-prima: arame ou barra de aço para mola, conferido quanto à composição, à bitola e à superfície;
- Enrolamento: o fio é enrolado em torno de um eixo, a frio ou a quente, até formar as espiras;
- Tratamento térmico: alívio de tensões, nas molas enroladas a frio, ou têmpera e revenimento, nas enroladas a quente;
- Acabamento das pontas: as extremidades são fechadas ou esmerilhadas para que a mola apoie plana;
- Shot peening: jateamento com granalha de aço, quando a mola trabalha com muitos ciclos de carga;
- Proteção e inspeção: revestimento contra corrosão, medição de dimensões e força e, em peças críticas, ensaio para detectar trincas.
Nem toda mola passa por todas as etapas. A necessidade de cada uma depende da carga, do número de ciclos e do ambiente de trabalho.
Enrolamento a frio ou a quente
Segundo a dissertação da UERJ, os processos a quente e a frio “são usados para fabricação de molas, dependendo de seu tamanho e das propriedades finais desejadas”.
A diferença está na temperatura: o trabalho a frio ocorre abaixo da temperatura de recristalização do aço, e o trabalho a quente, acima dela.
No enrolamento a frio, o arame já temperado e revenido é conformado em temperatura ambiente.
No enrolamento a quente, a mesma dissertação descreve o aquecimento do arame a cerca de 880 °C e a conformação. Em seguida vêm o resfriamento em óleo e o revenimento a cerca de 400 °C.
Segundo o texto, a vantagem do processo a quente é a dureza homogênea em toda a seção do fio.
Ao cotar uma mola de compressão, pergunte ao fornecedor qual processo de enrolamento ele usa para o diâmetro de fio pedido e qual tratamento vem depois. Se a aplicação exige dureza uniforme em fio grosso, informe isso no pedido.
Alívio de tensões e tratamento térmico
O enrolamento deixa tensões residuais no fio, e por isso as molas costumam passar por tratamento térmico logo depois.
A dissertação da UERJ registra que, na mola enrolada a frio, a variação de dureza no arame é grande. Por isso, “a mola enrolada deve passar por um processo de alívio de tensões após sua deformação”.
A temperatura desse tratamento depende do material. O boletim “Aços para molas”, da Escola Politécnica da USP, indica de 260 °C a 290 °C para molas de corda de piano.
O mesmo texto explica que, nas molas de tração, o tratamento reduz a tensão inicial, e por isso elas são enroladas com tensão inicial em excesso.
Esse detalhe tem efeito direto sobre a força da peça pronta. Peça ao fornecedor que a força seja medida depois do tratamento térmico, e não na mola recém-enrolada. As diferenças entre os aços estão no artigo sobre aço para mola.
O que é shot peening?
O shot peening é um tratamento superficial que utiliza o impacto de pequenas partículas de aço, chamadas granalhas, para criar tensões residuais de compressão na camada externa da mola.
Diferentemente de um jateamento destinado à limpeza, esse processo busca melhorar a resistência à fadiga e prolongar a vida útil de componentes submetidos a carregamentos repetitivos.
A dissertação da UERJ explica que as tensões compressivas introduzidas na superfície se contrapõem às tensões de tração provocadas pelas cargas externas, reduzindo seus efeitos sobre o material.
Com isso, a formação e a propagação de trincas se tornam mais difíceis, já que a superfície passa a apresentar uma condição mais favorável à resistência aos esforços cíclicos.
O funcionamento dessa técnica também é abordado na aula PMT5857, sobre shot peening, ministrada pelo professor Claudio Geraldo Schön, da Escola Politécnica da USP.
Os efeitos do tratamento foram analisados na dissertação “Fadiga de molas helicoidais de suspensão de automóveis”, defendida em 2013 na Universidade Estadual Paulista (Unesp).
Nos ensaios realizados com molas de aço SAE 9254, o jateamento proporcionou aumentos de 3.560% a 15.216% na vida em fadiga, conforme o método utilizado.
Embora esses resultados estejam relacionados às peças e às condições específicas do estudo, eles demonstram a importância do tratamento para molas submetidas a muitos ciclos de trabalho.
Por isso, quando a aplicação exigir elevada resistência à fadiga, é importante que a necessidade de shot peening esteja claramente indicada na proposta de fabricação.
Proteção superficial e inspeção
Após os processos de conformação e tratamento, a mola passa pelas etapas de proteção superficial e inspeção, que ajudam a preservar o material e verificar se a peça atende às características especificadas.
Segundo a dissertação da UERJ, a aplicação de revestimentos protetores, geralmente realizada no final da fabricação, está entre as principais formas de reduzir os efeitos da corrosão.
Outra possibilidade é selecionar um material que apresente resistência adequada às condições do ambiente.
Entre os tratamentos superficiais utilizados estão zincagem, fosfatização e pintura. No caso da zincagem eletrolítica, é necessário considerar o risco relacionado ao hidrogênio, explicado no conteúdo sobre aço para mola.
A inspeção, por sua vez, depende da criticidade do componente. Em molas comuns, costuma envolver a conferência das dimensões e a medição da força em amostras do lote.
Já em aplicações mais exigentes, podem ser necessários ensaios adicionais para identificar defeitos que comprometam a resistência da peça.
A mola de equipamento siderúrgico analisada pela UERJ, por exemplo, foi submetida à inspeção por partículas magnéticas, técnica utilizada para detectar trincas superficiais, além de receber jateamento em 100% de sua superfície.
Para conhecer as dimensões consideradas nessas verificações, consulte também o artigo sobre como medir uma mola.
Pergunte as etapas antes de comparar orçamentos
Antes de pedir orçamento, informe a carga, o número de ciclos esperado e o ambiente da mola.
Peça também que a proposta descreva o enrolamento, o tratamento térmico, o shot peening, a proteção superficial e a inspeção.
Em molas de equipamentos de segurança, o processo deve ser aprovado por profissional habilitado.
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Para outros formatos e aplicações, a página de molas industriais reúne fabricantes de várias linhas, e o artigo sobre tipos de molas mostra como cada uma trabalha.
Romário Martins · Colunista no segmento Economia e Negócios | Vice-presidente do Grupo Ideal Trends
Há mais de 19 anos, Romário tem ajudado empresas a alavancarem seu faturamento por meio da geração de demanda qualificada na web. Em sua trajetória, já ajudou a transformar o cenário de mais de 20.000 empresas.
