Força alta
A mola mais espessa para um mesmo diâmetro exterior. Curso reduzido. Ideal quando o espaço axial é escasso e a força exigida é elevada — embraiagens, válvulas de segurança, pré-carga pesada.
Molas de prato
DIN 2093 / DIN EN 16983
Stock permanente
300+ referências padrão
Entrega
24 h península · 3–14 d internacional
Ø exterior
8 — 250 mm (padrão)
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O que são as molas de prato?
Anilhas cónicas com propriedades elásticas, conhecidas como molas de prato, molas de disco ou anilhas Belleville. A norma DIN 2093 / DIN EN 16983 estabelece todas as características dimensionais, mecânicas e de tratamento térmico que estas peças devem cumprir.
A sua principal vantagem face às molas helicoidais tradicionais é a capacidade de gerar forças elásticas muito elevadas em alojamentos comparativamente pequenos e com deflexões reduzidas.
Ao empilhá-las em série ou em paralelo, é possível ajustar tanto a força como o deslocamento total do conjunto ao valor exato exigido pela aplicação. As suas propriedades elásticas permitem trabalhar tanto em aplicações dinâmicas (ciclos repetidos de carga e descarga) como estáticas (pré-carga permanente).
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Séries A, B e C segundo DIN 2093 / DIN EN 16983
A norma DIN 2093 / DIN EN 16983 classifica as molas padrão em três séries segundo a relação entre o diâmetro exterior (De) e a espessura do material (t). Para cada diâmetro exterior definido pela norma existem três versões com diferente nível de força — habitualmente referidas pela letra de série e o diâmetro exterior (por exemplo: A-50 ou B-71).
NOTA
Além das três séries padrão, é possível fabricar molas com espessuras intermédias que, cumprindo igualmente a norma, não correspondem a nenhuma das três séries tabuladas.
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Superfícies de apoio · t vs. t′
A norma DIN 2093 / DIN EN 16983 recomenda que os discos com espessura superior a 6 mm sejam fabricados com superfícies de apoio. Estas superfícies aumentam a zona de contacto entre os pratos, melhorando a distribuição de tensões e reduzindo o desgaste.
Nas molas com superfícies de apoio há que distinguir entre a espessura teórica do material (t) e a espessura reduzida (t′), que é a espessura real da mola na zona de contacto. A diferença entre t e t′ é relevante ao projetar um empilhamento em paralelo, uma vez que afeta diretamente a altura total do conjunto.
Em catálogo
No catálogo da Surisa é possível encontrar a mesma mola com e sem superfícies de apoio; em muitos casos ambas as versões são intercambiáveis, mas, dependendo da aplicação, uma pode ser mais adequada do que a outra.
FIG · secção comparativa
Vamos falar do seu projeto?
Conte-nos o seu caso de uso e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.
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Definições e parâmetros técnicos
Os parâmetros seguintes aparecem em desenhos, folhas de cálculo e tabelas de catálogo. Familiarizar-se com a nomenclatura é essencial para solicitar corretamente uma referência ou validar um empilhamento.
| Parâmetro | Significado |
|---|---|
| De | Diâmetro exterior da mola |
| Di | Diâmetro interior da mola |
| t | Espessura teórica do material |
| lo | Altura total livre · lo = t + ho |
| t′ | Espessura reduzida — apenas em molas com superfícies de apoio |
| ho | Deflexão máxima · curso livre |
| F(0,75 ho) | Força em N a 75 % da deflexão máxima — carga dinâmica de trabalho recomendada |
Fórmula da altura total: lo = t + ho
FIG · cotas técnicas
— Especificações de catálogo
- Norma de referência DIN 2093 · DIN EN 16983.
- Gama de Ø exterior (De) 8 – 600 mm no catálogo padrão. Fabrico à medida até 1.000 mm.
- Espessura do material (t) 0,2 – 24,0 mm. Superfícies de apoio recomendadas a partir de t > 6 mm.
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Empilhamentos em série e em paralelo
As molas de prato podem combinar-se em empilhamentos para obter características de força e deslocamento à medida. A escolha entre série, paralelo ou configuração mista é uma das decisões de conceção mais importantes num sistema de molas de disco.
Mesma orientação
As molas são empilhadas diretamente. O deslocamento total é igual ao de uma só peça; a força aumenta proporcionalmente ao número de unidades.
Contrapostas
As molas colocam-se alternando a orientação. A força resultante é igual à de uma única peça; o deslocamento total multiplica-se de forma diretamente proporcional ao número de unidades.
Combinação série-paralelo
Combina as vantagens de série e paralelo: ampliar o curso disponível mantendo níveis de força elevados. Permite ainda empilhar molas de diferente espessura num mesmo stack, gerando uma curva F/s escalonada — as de menor espessura atingem a sua deflexão máxima primeiro e, a partir desse ponto, a força necessária para continuar o deslocamento aumenta progressivamente por ser maior a rigidez do stack restante.
FIG · configurações de empilhamento
FIG · aplicações reais
— Regras práticas para o dimensionamento
- Pré-tensão mínima recomendada
- ≥ 15 % do curso total
- Carga dinâmica máxima recomendada
- ≤ 75 % do curso total — F(0,75 ho)
- Perda por relaxação inicial
- ~ 5 % durante as duas primeiras semanas de montagem
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Guiamento e lubrificação do empilhamento
O funcionamento correto de um empilhamento de molas de prato depende em grande medida da sua montagem. A histerese produzida pelo atrito entre as próprias molas e entre estas e os elementos de guiamento pode alterar a curva força-deslocamento real relativamente à teórica.
— Guiamento
O método mais habitual é o guiamento pelo diâmetro interior através de um veio. Também é possível o guiamento exterior através de casquilho e existe ainda o autoguiamento. Para as duas primeiras opções devem respeitar-se as tolerâncias da norma DIN 2093 / DIN EN 16983.
As superfícies de guiamento em contacto com as peças devem estar polidas e endurecidas a um mínimo de 55 HRC numa profundidade de 0,80 mm. Em empilhamentos longos podem ser necessários discos planos separadores para evitar a encurvadura.
— Lubrificação
É imprescindível tanto entre as próprias molas como entre estas e o guiamento. Recomenda-se a utilização de massas com bissulfureto de molibdénio (MoS₂). Para aplicações onde o atrito é crítico, existem soluções de guiamento especial com anéis ou esferas entre as peças que substituem o guiamento tradicional e eliminam o atrito deslizante (autoguiamento).
— Tolerâncias de guiamento · DIN 2093
| Diâmetro · Di ou De (mm) | Tolerância (mm) |
|---|---|
| Até 16 | 0,2 |
| > 16 a 20 | 0,3 |
| > 20 a 26 | 0,4 |
| > 26 a 31,5 | 0,5 |
| > 31,5 a 50 | 0,6 |
| > 50 a 80 | 0,8 |
| > 80 a 140 | 1,0 |
| > 140 a 250 | 1,6 |
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Fadiga e relaxação das molas de prato
Durante os ciclos de trabalho, as molas de prato experimentam variações nas suas tensões internas. A amplitude destas variações determina o número de ciclos que podem suportar antes de fraturarem por fadiga. Para uma vida útil longa recomenda-se que trabalhem com uma pré-compressão da ordem dos 15 % e uma compressão máxima que não ultrapasse os 75 % do seu deslocamento total.
— Fadiga
Previsão de ciclos por deslocamento
Não é possível prevê-la com exatidão, mas, conhecendo o deslocamento inicial e final do curso dinâmico, é possível estimar o número de ciclos esperado. Este cálculo é especialmente útil para comparar configurações de empilhamento alternativas.
Tratamento térmico
- Austenitização Melhores qualidades elásticas
- Têmpera + shot peening Excelente resistência à fadiga
— Relaxação
O processo de presetting
O presetting (ou pré-deformação plástica controlada) é um processo mediante o qual a mola de prato é comprimida até à sua altura plana (s = h₀) —ou mesmo além— com o objetivo de induzir tensões residuais de compressão nas zonas críticas, melhorando o seu comportamento em serviço. Realiza-se após o tratamento térmico de revenido, uma vez que a mola adquiriu as suas propriedades mecânicas definitivas. A deformação plástica localizada introduz tensões residuais de compressão nas fibras exteriores das zonas de maior solicitação (especialmente no bordo interior superior e inferior), e pode realizar-se numa ou várias passagens consoante as especificações da mola.
Presetting a frio. É a modalidade mais habitual. A mola é comprimida à temperatura ambiente até à sua altura plana, ultrapassando de forma controlada o limite elástico do material. As tensões residuais de compressão ficam fixadas nas zonas críticas uma vez retirada a carga.
Presetting a quente. A mola é comprimida até à sua altura plana enquanto se mantém a temperatura elevada —tipicamente entre 200 °C e 500 °C consoante o material— durante um tempo determinado, arrefecendo depois de forma controlada. Face ao presetting a frio proporciona:
- Maior estabilidade dimensional face à relaxação em serviço, especialmente em aplicações a temperatura elevada.
- Menor perda de altura livre (set) quando a mola opera em ambientes quentes.
- Maior efeito em materiais de alta resistência (Inconel, aços inoxidáveis, ligas especiais), cujo limite elástico é difícil de ultrapassar à temperatura ambiente, com menor risco de dano superficial.
- Melhor resistência à fadiga a alta temperatura, por serem as tensões residuais mais estáveis termicamente.
Em contrapartida, requer equipamentos específicos de aquecimento controlado e um maior controlo do processo, o que aumenta o custo face ao presetting a frio.
Efeitos do presetting. Aumento da capacidade de carga, melhoria da resistência à fadiga, redução do set (perda de altura livre sob carga sustentada) e estabilização dimensional da mola antes da sua entrada em serviço.
Verificação. Após o presetting verifica-se a altura livre (lo) dentro de tolerância segundo a DIN 2093, a força a deflexão nominal em banco de ensaio e a ausência de fissuras ou marcas inadmissíveis na superfície.
O presetting não substitui o tratamento térmico, mas complementa-o. O seu efeito é especialmente significativo em molas de Série C (maior relação h₀/t), pela maior deformação plástica possível. A escolha entre presetting a frio ou a quente deve basear-se no material da mola, na temperatura de serviço e nos requisitos de estabilidade dimensional da aplicação.
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Materiais, tratamentos e acabamentos
As molas de prato Surisa fabricam-se numa ampla gama de materiais, desde o aço ao carbono padrão de catálogo até ligas especiais para serviço a alta temperatura ou ambientes corrosivos. O tratamento térmico e o acabamento superficial são determinantes para a vida útil do empilhamento.
— Materiais disponíveis
Aço ao carbono · mola
Uso geral industrial · padrão de catálogo
Aço inoxidável
Corrosão · alimentar · químico · farmacêutico
Ligas especiais
Alta temperatura · ambientes extremos · aeroespacial
— Tratamentos e acabamentos
- Pre-setting Obrigatório segundo DIN 2093 · garante estabilidade dimensional sob carga
- Austenitização Melhores qualidades elásticas · vida útil máxima em aplicações dinâmicas
- Têmpera + revenido + shot peening Alternativa à austenitização · excelente resistência à fadiga
- Fosfatação · oxidação a negro Proteção anticorrosão base · acabamento padrão de catálogo
- Revestimento GEOMET 720 horas em nevoeiro salino
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Aplicações industriais das molas de prato
As molas de prato DIN 2093 / DIN EN 16983 utilizam-se numa ampla variedade de aplicações industriais onde se requer uma força axial elevada em espaço reduzido.
Automóvel e maquinaria pesada
Pré-carga · embraiagens · válvulas
Pré-carga de rolamentos, sistemas de embraiagem, válvulas de segurança e atuadores pneumáticos / hidráulicos. A elevada força por volume permite integrar a mola dentro de corpos de válvula e carcaças de transmissão.
Petróleo e gás
Uniões flangeadas · válvulas · ferramentas de perfuração
Empilhamentos em série-paralelo e molas individuais para absorver dilatações térmicas e/ou vibrações, prolongando os ciclos de serviço / manutenção.
Energia · turbinas e geradores
De 150 — 400 mm · aços HT
Compensação de dilatações térmicas em estruturas de caldeiras, suportes de tubagens de vapor e sistemas de suspensão flexível. Aços ligados para serviço a alta temperatura.
Engenharia de precisão
Ferramentas · prensas · fixações
Sistemas de fixação de ferramenta em fusos (broca, berbequim, fresa), pré-carga de matrizes, pinças hidráulicas e prensas.
Construção e infraestruturas
Ancoragens pré-tensionadas · amortecimento
Apoios elastoméricos, amortecedores de vibração e ancoragens.
Indústria química e farmacêutica
Flanges · juntas a pressão constante
Uniões flangeadas e absorção de dilatações em processos frio-calor. Versões em aço inoxidável AISI 301 / 304 / 316 para ambientes corrosivos.
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Perguntas frequentes
01 Quando é necessário usar uma mola de prato com superfícies de apoio?
A norma DIN 2093 / DIN EN 16983 recomenda superfícies de apoio quando a espessura do material ultrapassa os 6 mm. As superfícies de apoio aumentam a superfície de contacto entre as molas, melhorando a distribuição de tensões e reduzindo o desgaste em aplicações dinâmicas. Em empilhamentos em paralelo é imprescindível considerar a espessura reduzida t′ (em vez de t) para calcular corretamente a altura total do conjunto.
02 Como se calcula um empilhamento em série e em paralelo de molas de prato?
Num empilhamento em série (molas opostas, alternando a orientação) a força é igual à de uma só mola e o deslocamento total multiplica-se pelo número de peças. Em paralelo (mesma orientação) o deslocamento é o de uma só mola e a força multiplica-se pelo número de peças. Para empilhamentos combinados, o programa de cálculo da Surisa obtém a curva força-deslocamento completa.
03 Que lubrificante se recomenda para molas de prato DIN 2093?
A lubrificação é imprescindível tanto entre as próprias molas como entre estas e o guiamento. Recomenda-se a utilização de massas com bissulfureto de molibdénio (MoS₂). Para aplicações onde o atrito é crítico, existem soluções de guiamento especial com anéis ou esferas entre as peças que substituem o guiamento tradicional e também o atrito (autoguiamento).
04 É possível fabricar molas de prato em materiais especiais ou fora das medidas DIN 2093?
Sim. Além do catálogo padrão em aço-mola ao carbono (51CrV4, Ck67, C75S), a Surisa fabrica molas de prato em aço inoxidável AISI 301, 304 e 316, bem como em ligas especiais tipo Inconel ou Nimonic para serviço a alta temperatura. Também se fabricam em diâmetros e espessuras diferentes dos sugeridos pela norma.
05 Porque é que um empilhamento de molas perde força com o tempo?
Qualquer mola de prato sujeita a carga de compressão constante durante um período prolongado sofre uma diminuição gradual de força por relaxação do material. Para minimizá-la, todas as molas fabricadas segundo DIN 2093 / DIN EN 16983 são submetidas a um processo de pre-setting: aplanam-se completamente e descartam-se as que não recuperam a sua altura inicial. Como referência, um empilhamento tende a perder aproximadamente 5 % de força nas duas primeiras semanas de montagem, estabilizando a partir daí.
Vamos falar do seu projeto?
Conte-nos o seu caso de uso e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.