Testes de Resistência Explicados: Medindo Limites de Materiais para Componentes Críticos

Testes de resistência de material e acabamento superficial examinam os limites de peças cruciais usadas em produtos críticos. Aqui está o que você precisa saber sobre avaliar os limites de resistência de material e construção, tão importantes para a integridade de muitos produtos.

Se você já pediu ajuda para abrir um pote de picles, é provável que a empresa de engarrafamento nunca tenha falado com Mark Fridman. O mesmo vale para o saco de batatas fritas que você abriu na semana passada, só para vê-las voar pela sala de descanso quando a costura se partiu no meio. Ou o aspirina que você precisava cuja garrafa anuncia uma tampa resistente a crianças que seria mais precisamente chamada de resistente a humanos.

Fridman é o presidente da Mark-10 Corp. em Copiague, Nova York. Ele tem um trabalho divertido. Sua empresa fabrica equipamentos de teste que tentam rasgar, perfurar, descascar, esmagar e de outra forma destruir vários produtos manufaturados. Muitos deles são bens de consumo como os descritos acima. Mas Fridman e a equipe da Mark-10 são especialmente cruciais para as indústrias automotiva, aeroespacial e médica, onde a segurança do produto é primordial.

Determinações Forçadas

Não é tudo sobre destruição. Equipamentos Mark-10 podem medir força de liberação de cinto de segurança, elasticidade de mola, o torque necessário para rosquear um parafuso ósseo e inúmeras outras aplicações similares.

"A usabilidade, confiabilidade e durabilidade desses e outros objetos manufaturados podem ser quantificadas por um valor de força ou torque", diz Fridman. "Seja equipamento médico ou materiais de embalagem ou componentes aeroespaciais, muitas das coisas que usamos diariamente devem ser submetidas a este tipo de teste físico para garantir que atendam aos critérios de qualidade do cliente."

Tipicamente, os testes ocorrem na instalação onde esses objetos são manufaturados, e frequentemente na própria linha de produção. Entre os componentes de teste de resistência mecânica que a Mark-10 oferece estão:

• Medidores de força são usados para capturar forças de tração e compressão (puxar e empurrar) em aplicações de teste — os corpos de prova em forma de haltere com os quais muitas oficinas de usinagem estão familiarizadas seriam puxados em tal dispositivo.
• Medidores de torque medem forças horárias ou anti-horárias como as aplicadas a fixadores roscados, botões e dials, ou a tampa do pote de picles mencionada.
• Medidores de coeficiente de atrito (COF) medem as forças estáticas e cinéticas geradas ao arrastar um "trenó" (uma pequena pastilha metálica) através de um material alvo.
• Testadores de tração de fio são usados para medir a força de arrancamento para terminais elétricos crimpados, terminações de tubos e conectores de união de fios.

Muitos destes estão disponíveis em versões portáteis e de bancada, e são frequentemente usados em conjunto com uma bancada de teste manual ou motorizada, vários dispositivos de fixação e acessórios, e o software para colar e analisar os resultados dos testes.

"Muitos de nossos clientes, particularmente quando se fala de produtos aeroespaciais, automotivos e médicos, devem atender a certos padrões ISO, SAE ou ASTM", diz Fridman. "Existem também certos padrões específicos da indústria, bem como aqueles que os fabricantes desenvolvem internamente para assegurar que seus produtos não falharão em campo. Uma oficina de usinagem que oferece serviços de montagem, por exemplo, pode comprar uma de nossas unidades para verificar a tensão da mola em uma alavanca ou a força necessária para fechar uma porta. O teste é muito específico ao uso, e as aplicações quase numerosas demais para contar."

Engenharia de Superfícies

Pat Nugent também está interessado em qualidade do produto, embora de formas mais conhecidas pela maioria das oficinas de usinagem. Como vice-presidente de gestão de produto na Mahr Inc., baseada em Providence, Rhode Island, ele é responsável pelo amplo array de equipamentos de metrologia da empresa, incluindo os usados para medir rugosidade superficial, redondidade e forma. Ele explica que o equipamento usado para quantificar o primeiro destes — rugosidade — foi desenvolvido décadas atrás, em uma época em que a usinagem ainda era realizada via cames e manivelas. Além disso, aqueles métodos antigos ainda influenciam os padrões de rugosidade usados hoje.

"Os primeiros perfilômetros não eram muito diferentes de um toca-discos antiquado, exceto que a agulha se movia para cima e para baixo em vez de lado a lado", diz Nugent. "Estes primeiros dispositivos analógicos usavam um cálculo matemático conhecido como Rq, um tipo de média quadrática média, para determinar a rugosidade superficial. Hoje, a maioria das oficinas — pelo menos aqui nos EUA — está mais familiarizada com Ra, ou rugosidade média."

Nugent adiciona que em outras partes do mundo o padrão Rz é tipicamente usado, que é a diferença média de pico a vale entre cinco comprimentos de amostragem consecutivos. Ele é rápido em apontar, no entanto, que cem ou mais parâmetros e padrões de medição de superfície existem, e que os fabricantes frequentemente ficam confusos sobre qual usar e por quê.

"À medida que a indústria entrou na era digital e o equipamento de medição se tornou mais capaz, as pessoas descobriram como coletar vários perfis de superfície e usá-los para quantificar a qualidade da peça", diz ele. "Pense sobre o furo de um cilindro de motor. Um fabricante tipicamente usinará a superfície em bruto, então voltará com uma operação de brunimento ou retificação de acabamento, que derruba os picos mas deixa os vales para trás. Se eles podem medir e portanto controlar esses processos precisamente o suficiente, cria um tipo de superfície engenheirada que proporciona características ideais de desgaste e lubrificação."

Rugosidade e Ondulação

A boa notícia por trás de toda esta complexidade é que equipamentos de medição modernos como os fornecidos pela Mahr podem alternar facilmente entre quaisquer padrões de rugosidade superficial que estejam no desenho. Eles também são capazes de medir ondulação (waviness), que anda de mãos dadas com rugosidade.

Diz Nugent: "Digo às pessoas para pensarem em uma mesa de madeira que teve um objeto pesado repousando sobre ela. A curvatura no meio pode ser pensada como ondulação, enquanto o grão que você sente com as unhas é sua rugosidade superficial."

É importante reconhecer que rugosidade superficial e ondulação são medições bidimensionais. Faça uma série de tais medições usando ópticas avançadas como as encontradas em vários produtos da Mahr e é possível obter visões detalhadas tridimensionais de um objeto usinado, fundido, conformado ou impresso.

Isso volta ao que Nugent disse anteriormente sobre superfícies engenheiradas — a capacidade de medir e portanto controlar processos de manufatura no nível microscópico pode levar a melhorias profundas no comportamento do objeto acabado, apresentando oportunidades como integração óssea melhorada em implantes ortopédicos, e a criação de superfícies que imitam mais de perto as encontradas no mundo orgânico.

Quais obstáculos você enfrentou ao medir a resistência de um material? Como você os superou? Que dicas você pode compartilhar?