Norma DIN 2093

Âmbito e aplicação

Considera-se uma mola de prato ou “disc spring” a um elemento anular (anilha) de forma cónica com propriedades elásticas que oferecem uma resistência a uma força de compressão aplicada axialmente. As Molas de pratos podem estar sujeitas a cargas estáticas e dinâmicas.

A norma DIN 2093 especifica os requerimentos necessários que uma mola de prato deve cumprir em diferentes aspetos como: o seu design, o seu processo de produção, tolerâncias de produção e de funcionamento (Força e Deslocamento), assim como o relaxamento permitido a diferentes temperaturas e os ciclos de vida de fadiga que devem suportar segundo a variação de tensões a que estiver exposta.

Para isso, esta norma define diferentes métodos de fabrico conforme a espessura da mola, e as proporções da mola (entre diâmetros, e entre altura e espessura) formando três diferentes grupos, com a finalidade de cobrir um amplo espectro em força e deslocamento. Os principais aspetos que a norma cobre são:

  • Materiais permitidos para o fabrico da mola
  • Processos de fabrico para garantir as suas propriedades elásticas, durabilidade e eficiência de fabrico.
  • Dimensões e proporções que a peça deve cumprir
  • Força esperada em função do deslocamento
  • Níveis de tensões que o material da mola deve resistir, assim como expetativa de relaxamento e de fadiga em função da variação de tensões.
  • Tolerâncias de orientação para os empilhamentos, tanto para orientação interna como externa.

Pontos principais da norma

Devido à extensão da norma, só detalharemos os aspetos mais relevantes. Não obstante, no final da página, pode descarregar a norma completa em PDF.

Grupos de molas de prato

A norma estabelece uma classificação das molas em 3 grupos, em função da espessura das mesmas. Esta distinção por grupo tem influência logo nos métodos de fabrico. Também define se a mola deve ter superfícies de apoio (espessura reduzida), assim como noutros aspetos da mola. Os grupos são:

GRUPO ESPESSURA (t) SUPERFÍCIE DE APOIO (t’)
1 < 1,25 mm NÃO
2 1,25 mm – 6 mm NÃO
3 > 6 mm (até 14 mm) SIM

Materiais

Para o fabrico de molas de prato como norma standard, estabelece-se o uso de aços com um módulo de elasticidade de 206.000 N/mm2 tais como DIN 17221 (51CrMoV4) e DIN 17222 (51CrV4). Deve-se ter em conta que o uso de aços de carbono DIN 1.1231 (CK 67) e DIN 1.1248 (CK 75), só será para o fabrico de molas do Grupo 1. Não obstante, é possível o uso de outros materiais, como aços inoxidáveis ou ligas de cobre, que têm um módulo de elasticidade diferente. De todas as formas, é possível consultar os fabricantes diferentes dimensões e materiais não incluídos na norma.

Processos de fabrico

Em função do grupo a que pertence a mola a fabricar, a norma estabelece os procedimentos de fabrico, assim como o acabamento das superfícies:

GRUPO FABRICO Acabamento superfície superior e inferior Acabamento lados interior e exterior
1 Estampagem e cantos arredondados Ra < 3,2 μm Ra < 12,5 μm
2 Estampagem, mecanização de diâmetro ext e int e cantos arredondados Ra < 6,3 μm Ra < 6,3 μm
Estampagem “Fine-Blanked” e cantos arredondados Ra < 6,3 μm Ra < 3,2 μm
3 Forja a quente ou frio, mecanização de todas as superfícies e cantos arredondados Ra < 12,5 μm Ra < 12,5 μm

 

Deve-se ter em conta que o acabamento das superfícies, assim como o das bordas, não se aplica no caso de as peças serem submetidas a um processo de “shot-penned”.

Dimensões e classificação por força

A norma DIN 2093 estabelece também uma série de medidas de molas de prato com base em diâmetros exteriores concretos e numa proporcionalidade no resto das suas medidas que permita cumprir os padrões de força. Para cada diâmetro exterior, define-se três séries (A, B e C) que respondem a um diferente nível de força (alto, médio e baixo).

Para cada série, define-se uma proporcionalidade concreta entre as suas medidas, que se traduz nos três níveis de força diferentes.

No catálogo dos diferentes fabricantes, é comum vê-los identificados pela série e pelo diâmetro exterior (por exemplo: A50, C71 ou B100). Além destas peças que a norma define, é possível fabricar outras seguindo as mesmas diretrizes, embora já não respondam estritamente a nenhuma das 3 séries.

  A B C
D,ext / altura 18 28 40
Altura / espessura 0,4 0,75 1,3
Força alta média baixa

Tolerâncias

As tolerâncias, tanto dimensionais, como de forças e inclusive dureza do material estão definidas na norma. Estas tolerâncias diferem em função do grupo a que pertencem as molas, e inclusive dentro de cada grupo há variações segundo a espessura da peça. A seguinte tabela mostra as tolerâncias em cada grupo e em função das espessuras das peças:

  Espessura do material (mm) Tolerância na espessura (mm) Tolerância em altura sem compressão (mm) Tolerância em força a 75% do percurso (%) Dureza (HRC)
Grupo 1 0,2 a 0,6 + 0,02- 0,06 + 0,10- 0,05 + 25- 7,5 42 – 52
> 0,6< 1,25 + 0,03- 0,09
Grupo 2 1,25 a 2,0 + 0,04- 0,12 + 0,15- 0,08 + 15- 7,5
> 2,0 a 3,0 + 0,20- 0,10
> 3,0 a 3,8 + 0,30- 0,15 + 10- 5
> 3,8 a 6,0 + 0,05- 0,15
Grupo 3 > 6,0 a 14 ± 0,10 ± 0,30 ± 5

Diametro exterior De diametro interior Di

De o Di
Rango en mm

De h12
Tolerânce (mm)

Di h12
Tolerânce (mm)

3 a 6 0 a -0,12 0 a +0,12
> 6 a 10 0 a -0,15 0 a +0,15
> 10 a 18 0 a -0,18 0 a +0,18
> 18 to 30 0 a -0,21 0 a +0,21
> 30 a 50 0 a -0,25 0 a +0,25
> 50 a 80 0 a -0,30 0 a +0,30
> 80 a 120 0 a -0,35 0 a +0,35
> 120 a 180 0 a -0,40 0 a +0,40
> 180 a 250 0 a -0,46 0 to +0,46
> 250 a 315 0 a -0,52 0 a +0,52
> 315 a 400 0 a -0,57 0 a +0,57
> 400 a 500 0 a -0,63 0 a +0,63
> 500 a 600 0 a -0,68 0 a +0,68