DIN 2093
DIN EN 16983
Especificações de fabrico e qualidade das molas de prato: dimensões, materiais admitidos, processos consoante a espessura, tolerâncias e comportamento sob relaxação e fadiga.
A norma classifica as peças em três grupos por espessura (Grupo 1: < 1,25 mm · Grupo 2: 1,25 — 6 mm · Grupo 3: > 6 mm até 14 mm) e em três séries por relação De/t (Série A, B, C) que determinam o nível de força.
DIN 2093 é a designação histórica alemã; DIN EN 16983 é a sua versão europeia harmonizada. Ambas se utilizam indistintamente. A norma complementar DIN 2092 / DIN EN 16984 abrange os métodos de cálculo.
01
Âmbito de aplicação da norma
A norma aplica-se a molas de prato —anilhas cónicas com propriedades elásticas— destinadas a gerar uma força axial sob compressão. As peças abrangidas estão concebidas para trabalhar tanto em aplicações estáticas (pré-carga permanente) como dinâmicas (ciclos repetidos de carga e descarga).
Isto diferencia-a de normas como a DIN 6796, que abrange anilhas cónicas concebidas exclusivamente para carga estática em uniões aparafusadas.
02
Classificação por grupos consoante a espessura
A norma estabelece três grupos em função da espessura do material (t). A espessura condiciona diretamente o método de fabrico, a necessidade de superfícies de apoio e as tolerâncias aplicáveis.
A atribuição a um ou outro grupo determina o procedimento de produção e, consequentemente, os acabamentos superficiais mínimos exigidos.
| Grupo | Espessura (t) | Sup. apoio | Fabrico |
|---|---|---|---|
| Grupo 1 | t < 1,25 mm | Não | Estampagem + cantos arredondados |
| Grupo 2 | 1,25 mm ≤ t ≤ 6 mm | Não | Estampagem + maquinagem De/Di · alt. fine-blanking |
| Grupo 3 | 6 mm < t ≤ 14 mm | Sim · obrigatórias | Forja a quente/frio + maquinagem integral |
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Séries A · B · C consoante a relação De/t
Para além da classificação por grupos (que depende da espessura absoluta), a norma define três séries geométricas em função da relação entre o diâmetro exterior e a espessura.
Para cada diâmetro exterior normalizado existem três versões que abrangem diferentes níveis de força. Por este motivo, é habitual referir-se a estas molas indicando a letra seguida do diâmetro (p. ex. A-50, B-71, C-100).
A norma admite também o fabrico de molas com espessuras intermédias que, cumprindo os restantes requisitos, não correspondem estritamente a nenhuma das três séries.
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Conte-nos o seu caso de utilização e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.
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Materiais admitidos segundo a DIN 2093 / DIN EN 16983
A norma especifica os aços de mola aptos para o fabrico, indicando a sua designação normalizada DIN e o seu módulo de elasticidade. O material padrão é aço ao crómio-vanádio 51CrV4 com um módulo de elasticidade de 206 000 N/mm².
Para ambientes corrosivos ou de alta temperatura, a norma admite a utilização de aços inoxidáveis (1.4310, 1.4568, 1.4571) e ligas de níquel (Inconel 718, Nimonic 90), com a advertência de que o seu módulo de elasticidade difere e a curva força-deslocamento deve ser recalculada.
| Designação | Norma DIN / n.º | Tipo | Aplicação habitual | Módulo E |
|---|---|---|---|---|
| 51CrV4 | DIN 17222 · 1.8159 | Aço ao crómio-vanádio | Padrão — todos os grupos | 206.000 N/mm² |
| 51CrMoV4 | DIN 17221 | CrMo-vanádio | Padrão — todos os grupos | 206.000 N/mm² |
| CK67 | DIN 1.1231 | Aço ao carbono | Apenas Grupo 1 | 206.000 N/mm² |
| CK75 | DIN 1.1248 | Aço ao carbono | Apenas Grupo 1 | 206.000 N/mm² |
| X10CrNi18-8 | 1.4310 | Inoxidável austenítico | Ambientes corrosivos | — recalcular |
| X7CrNiAl17-7 | 1.4568 | Inoxidável martensítico | Corrosão + carga | — recalcular |
| X6CrNiMoTi17-12-2 | 1.4571 | Inoxidável Mo-Ti | Corrosão severa | — recalcular |
| Inconel 718 | 2.4668 | Liga de níquel | Alta temperatura | — recalcular |
| Nimonic 90 | — | Liga Ni-Cr-Co | Alta temperatura severa | — recalcular |
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Processos de fabrico por grupo
A norma atribui a cada grupo o processo de fabrico que deve ser empregue e os acabamentos superficiais mínimos (rugosidade Ra) das diferentes zonas da peça.
| Grupo | Fabrico | Ra faces sup. / inf. | Ra lados int. / ext. |
|---|---|---|---|
| 1 | Estampagem + cantos arredondados | < 3,2 µm | < 12,5 µm |
| 2 | Estampagem + maquinagem de De/Di + cantos arredondados | < 6,3 µm | < 6,3 µm |
| 2* | Fine-blanked + cantos arredondados (alternativa) | < 6,3 µm | < 3,2 µm |
| 3 | Forja a quente/frio + maquinagem integral + cantos arredondados | < 12,5 µm | < 12,5 µm |
Os acabamentos superficiais não são exigidos em peças submetidas a shot peening (granalhagem de tensões), processo reconhecido como melhoria da resistência à fadiga.
Após a conformação, todas as peças são submetidas a têmpera e revenido até atingir a dureza HRC especificada, e a um processo de pre-setting (aplanamento controlado) para estabilizar a geometria e descartar peças que não recuperam corretamente a sua altura livre.
06
Tolerâncias dimensionais e de força
A norma define tolerâncias diferenciadas por grupo e, dentro de cada grupo, por intervalos de espessura. As tolerâncias regulam tanto as cotas geométricas como a força a 75 % do curso e a dureza do material.
| Grupo | Espessura (mm) | Tol. espessura (mm) | Tol. altura l₀ (mm) | Tol. força a 75 % h₀ | Dureza (HRC) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,2 — 0,6 | +0,02 / −0,06 | +0,10 / −0,05 | +25 % / −7,5 % | 42 — 52 |
| 1 | > 0,6 — < 1,25 | +0,03 / −0,09 | +0,10 / −0,05 | +25 % / −7,5 % | 42 — 52 |
| 2 | 1,25 — 2,0 | +0,04 / −0,12 | +0,15 / −0,08 | +15 % / −7,5 % | 42 — 52 |
| 2 | > 2,0 — 3,0 | +0,04 / −0,12 | +0,20 / −0,10 | +15 % / −7,5 % | 42 — 52 |
| 2 | > 3,0 — 3,8 | +0,04 / −0,12 | +0,30 / −0,15 | +10 % / −5 % | 42 — 52 |
| 2 | > 3,8 — 6,0 | +0,05 / −0,15 | +0,30 / −0,15 | +10 % / −5 % | 42 — 52 |
| 3 | > 6,0 — 14 | ± 0,10 | ± 0,30 | ± 5 % | 42 — 52 |
Tabela · Tolerâncias diametrais (h12)
| Intervalo (mm) | De — tol. | Di — tol. |
|---|---|---|
| 3 — 6 | 0 / −0,12 | 0 / +0,12 |
| > 6 — 10 | 0 / −0,15 | 0 / +0,15 |
| > 10 — 18 | 0 / −0,18 | 0 / +0,18 |
| > 18 — 30 | 0 / −0,21 | 0 / +0,21 |
| > 30 — 50 | 0 / −0,25 | 0 / +0,25 |
| > 50 — 80 | 0 / −0,30 | 0 / +0,30 |
| > 80 — 120 | 0 / −0,35 | 0 / +0,35 |
| > 120 — 180 | 0 / −0,40 | 0 / +0,40 |
| > 180 — 250 | 0 / −0,46 | 0 / +0,46 |
| > 250 — 315 | 0 / −0,52 | 0 / +0,52 |
| > 315 — 400 | 0 / −0,57 | 0 / +0,57 |
| > 400 — 500 | 0 / −0,63 | 0 / +0,63 |
| > 500 — 600 | 0 / −0,68 | 0 / +0,68 |
F(0,75 h₀) · força nominal de catálogo. Por convenção, a norma fixa as tolerâncias de força no ponto correspondente a 75 % da deflexão máxima.
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Tolerâncias de guiamento
A norma regula a folga admissível entre a peça e o elemento de guiamento (eixo interior ou casquilho exterior). As superfícies de guiamento devem estar polidas e endurecidas a um mínimo de 55 HRC em pelo menos 0,80 mm de profundidade.
O guiamento mais comum realiza-se através do diâmetro interno mediante um eixo. Também pode realizar-se um guiamento externo mediante um casquilho. Em empilhamentos longos pode ser necessário introduzir discos separadores que evitem o efeito de encurvadura. É imprescindível uma correta lubrificação.
Tabela · Folga máxima de guiamento
| Ø guiamento (mm) | Folga máx. (mm) |
|---|---|
| Até 16 | 0,2 |
| > 16 — 20 | 0,3 |
| > 20 — 26 | 0,4 |
| > 26 — 31,5 | 0,5 |
| > 31,5 — 50 | 0,6 |
| > 50 — 80 | 0,8 |
| > 80 — 140 | 1,0 |
| > 140 — 250 | 1,6 |
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Relaxação e fadiga segundo a norma
— Conceito A
Relaxação
Perda progressiva de força sob carga constante a temperatura definida. A norma fixa valores máximos admissíveis de relaxação a 20 °C, 80 °C e 100 °C após um tempo de exposição normalizado.
Como referência prática, um empilhamento estabilizado perde cerca de 5 % de força nas duas primeiras semanas de serviço. A partir daí deve estabilizar-se, sendo desprezável a perda posterior.
— Conceito B
Fadiga
Número mínimo de ciclos que a mola deve suportar para uma variação de tensões determinada, sem apresentar fissuras detetáveis. A norma inclui os diagramas de Goodman correspondentes para diferentes grupos e materiais.
Ambos os comportamentos justificam o processo obrigatório de pre-setting e, em peças submetidas a alta carga dinâmica, o shot peening como tratamento mecânico de reforço superficial.
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Aplicações industriais reguladas pela norma
As molas de prato fabricadas segundo a DIN 2093 / DIN EN 16983 são utilizadas em aplicações onde se requer força axial elevada em espaço reduzido, com curva de resposta previsível e reproduzível.
Automóvel e maquinaria pesada
Pré-carga de rolamentos, embraiagens, válvulas de segurança, atuadores hidráulicos.
Petróleo e gás
Juntas de flanges, fecho de válvulas de alta pressão, ligações críticas com pressão variável.
Energia e geração
Turbinas de vapor e gás, compensadores de dilatação térmica em tubagens de vapor.
Máquina-ferramenta e prensas
Fixação de ferramentas, sistemas de embraiagem de prensas, pré-carga de fusos.
Construção e infraestruturas
Apoios pré-esforçados, amortecedores de vibração, ancoragens ativas.
Indústria química e farmacêutica
Flanges com pressão constante em tubagens submetidas a ciclos térmicos.
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Preguntas frecuentes
01 Qual é a diferença entre DIN 2093 e DIN EN 16983?
São a mesma norma. DIN 2093 é a designação histórica alemã publicada pelo DIN (Deutsches Institut für Normung); DIN EN 16983 é a designação harmonizada a nível europeu, com conteúdo tecnicamente equivalente. É habitual encontrar ambas as designações em desenhos, encomendas e catálogos. Qualquer mola de prato conforme à DIN 2093 cumpre igualmente a DIN EN 16983.
02 Que diferença existe entre DIN 2093 e DIN 2092?
A DIN 2093 / DIN EN 16983 regula as características de fabrico e qualidade da mola de prato: dimensões, materiais, tolerâncias, processos. A DIN 2092 / DIN EN 16984 é a norma de cálculo: define os métodos para calcular força, curso, tensões e vida útil sob diferentes modos de carga e empilhamento. Na prática, o engenheiro usa a DIN 2092 para dimensionar a solução e a DIN 2093 para especificar a peça concreta a comprar ou fabricar.
03 Que diferença existe entre as molas de prato DIN 2093 e as anilhas DIN 6796?
A DIN 2093 / DIN EN 16983 abrange molas de prato de uso técnico: peças com curva força-deslocamento calculável, aptas para carga estática e dinâmica, normalizadas em três séries (A/B/C) e concebidas para serem empilhadas. A DIN 6796 abrange anilhas cónicas de pressão para uniões aparafusadas: peça única por união, dimensionada a 70–90 % do aperto de um parafuso classe 8.8 ou 10.9, exclusivamente carga estática. Regra prática: se a união é um parafuso e há vibração ou ciclos térmicos, DIN 6796; se se concebe um sistema com mola de prato cuja força e curso se calculam, DIN 2093.
04 Porque é que a norma exige superfícies de apoio a partir de 6 mm de espessura?
Em molas de Grupo 3 (t > 6 mm) a força axial gerada é muito alta e a pegada de contacto com as peças adjacentes (eixo, casquilho, outra anilha em empilhamento) seria pontual sobre o canto vivo. Isto provocaria desgaste, dano superficial e dispersão da força efetiva. As superfícies de apoio —pequenos rebaixos maquinados nos cantos interior e exterior— distribuem a carga sobre uma superfície definida, melhoram a repetibilidade e permitem o contacto face-a-face entre anilhas empilhadas. A norma compensa o efeito geométrico destas superfícies introduzindo uma espessura reduzida t' nos cálculos.
05 Podem fabricar-se molas DIN 2093 fora das medidas e materiais normalizados?
Sim. A norma admite explicitamente o fabrico de molas com espessuras intermédias que não correspondem estritamente às séries A/B/C, desde que se respeitem os restantes requisitos (tolerâncias, dureza, acabamentos, ensaios de relaxação e fadiga). Também se admitem materiais fora da lista padrão (Inconel, Nimonic, outros aços especiais) quando a aplicação o justifica, com a advertência de recalcular a curva F/s para o módulo de elasticidade do material escolhido. A Surisa fabrica este tipo de molas especiais à medida sob desenho do cliente.
Vamos falar do seu projeto?
Conte-nos o seu caso de utilização e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.