Tabela de pesos e graus de resistência dos parafusos: Tudo o que precisa de saber

O peso teórico dos parafusos, incluindo aqueles com e sem porcas, pode ser calculado utilizando uma abordagem segmentada.

Tabela de peso teórico dos parafusos

Como determinar os graus de resistência dos parafusos

Os parafusos comuns são divididos em Grau A, Grau B (parafusos refinados) e Grau C (parafusos brutos).

Os parafusos de grau A e B utilizam aço de grau 5.6 e 8.8, enquanto os parafusos de grau C utilizam aço de grau 4.6 e 4.8. Os parafusos de alta resistência são feitos de aço de Grau 8.8 e 10.9. No Grau 10.9, por exemplo, 10 indica o limite de resistência à tração do material de aço é fu=1000N/mm², e 0,9 indica que a tensão de cedência do material de aço é fy=0,9fu. Outros modelos seguem esta convenção. Os parafusos de ancoragem utilizam Q235 ou aço Q345.

Os parafusos de grau A e B (parafusos refinados) são fabricados a partir de biletes laminados em forma. A superfície da haste do parafuso é lisa, as dimensões são exactas e os orifícios dos parafusos são perfurados utilizando um molde ou primeiro perfurados em peças individuais com um orifício mais pequeno e, em seguida, perfurados novamente com o diâmetro concebido em componentes montados (conhecidos como orifícios de Classe I). O espaço entre o diâmetro do parafuso e o furo é muito pequeno, permitindo apenas cerca de 0,3 mm, exigindo um martelamento suave durante a instalação para obter resistência ao cisalhamento e à tração.

No entanto, o fabrico e a instalação de parafusos de grau A e B (parafusos refinados) são trabalhosos e dispendiosos. Em estruturas de aço, são utilizados apenas em nós de instalação importantes ou em ligações de parafusos que suportam cargas de cisalhamento e de tração de forças dinâmicas.

Os parafusos de grau C (parafusos brutos) são fabricados por prensagem de aço redondo. A sua superfície é mais rugosa e as dimensões são menos precisas. Os orifícios dos parafusos são perfurados de uma só vez ou perfurados sem uma matriz (orifícios de Classe II), e o diâmetro do orifício é 1-2 mm maior do que o diâmetro do parafuso. Isto resulta numa deformação de cisalhamento significativa sob forças de cisalhamento, e os parafusos individuais podem entrar em contacto com a parede do furo e sofrer forças internas excessivas que conduzem a uma falha precoce.

Devido à simplicidade e ao baixo custo de fabrico dos parafusos de grau C (parafusos em bruto), são normalmente utilizados em vários projectos de estruturas de aço, especialmente adequados para ligações que suportam forças de tração ao longo do eixo do parafuso, ligações destacáveis e componentes de fixação temporários.

Em ligações com forças de corte significativas, são utilizados suportes ou outras medidas estruturais para suportar as forças de corte, permitindo que o parafuso utilize as suas vantagens de resistência à tração.

Os parafusos de grau C também podem ser utilizados em ligações secundárias sujeitas a cargas estáticas ou dinâmicas indirectas como ligações de corte.

Parafusos de alta resistência em aço inoxidável

Os parafusos de aço inoxidável de alta resistência possuem elevada resistência e resistência à corrosão pelo ar, vapor, água e outros meios corrosivos fracos, bem como ácidos, álcalis e sais. Não sofrem de corrosão, corrosão por pites, ferrugem ou desgaste.

O aço inoxidável é também um dos materiais mais fortes utilizados na construção. Devido à sua excelente resistência à corrosão, garante a integridade permanente dos componentes estruturais no projeto de engenharia.

Estrutura em aço parafuso de ligação Os graus de desempenho estão divididos em mais de dez graus, incluindo 3,6, 4,6, 4,8, 5,6, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 e 12,9.

Os parafusos de grau 8.8 e superior são fabricados com baixo teor de carbono liga de aço ou aço de médio teor de carbono e submetidos a tratamento térmico (têmpera, revenido), vulgarmente conhecidos como parafusos de alta resistência, enquanto os restantes são conhecidos como parafusos normais.

As marcações do grau de desempenho dos parafusos consistem em dois números, indicando a resistência nominal à tração e o rácio de tensão de cedência do material dos parafusos.

Os parafusos de alta resistência são feitos de aço de alta resistência, ou parafusos que requerem uma força de pré-tensão significativa. São amplamente utilizados em pontes, caminhos-de-ferro, ligações de equipamento de alta pressão e ultra-alta pressão. Estes parafusos falham frequentemente devido a fratura frágil.

Os parafusos de alta resistência utilizados em equipamentos de pressão ultra-alta precisam de aplicar uma pré-tensão significativa para garantir a vedação do contentor.

Alguns conceitos sobre parafusos de alta resistência: 1. Os parafusos com graus de desempenho acima de 8,8 são conhecidos como parafusos de alta resistência. A norma nacional atual só lista até M39, e para tamanhos maiores, especialmente comprimentos superiores a 10~15% vezes o diâmetro, a produção nacional ainda é limitada.

Diferença entre parafusos de alta resistência e parafusos comuns

Os parafusos de alta resistência diferem dos parafusos normais pelo facto de poderem suportar cargas maiores do que os parafusos normais com a mesma especificação. Os parafusos comuns são feitos de aço Q235 (A3). Os parafusos de alta resistência são feitos de aço 35# ou outros materiais de alta qualidade e são submetidos a tratamento térmico para aumentar a sua resistência. A principal diferença reside na resistência do material.

Do ponto de vista da matéria-prima, os parafusos de alta resistência são fabricados com materiais de alta resistência. O parafuso, a porca e a anilha de um parafuso de alta resistência são todos feitos de aço de alta resistência, utilizando normalmente aço 45#, aço com 40 boro, 20 manganês titânio aço ao boro, 35CrMoA, etc. Os parafusos comuns são normalmente fabricados em aço Q235 (equivalente ao antigo A3).

Em termos de grau de resistência, os parafusos de alta resistência, cada vez mais utilizados, são normalmente fornecidos nos graus 8.8s e 10.9s, sendo o grau 10.9 o mais comum. Os parafusos comuns têm graus de resistência mais baixos, geralmente 4.4, 4.8, 5.6 e 8.8.

Relativamente às características de suporte de força, os parafusos de alta resistência aplicam pré-tensão e transmitem forças externas através de fricção. As ligações por parafusos normais baseiam-se na resistência ao cisalhamento da haste do parafuso e na pressão da parede do furo para transmitir forças de cisalhamento. A pré-tensão gerada ao apertar a porca é mínima e pode ser considerada insignificante.

Em contrapartida, os parafusos de alta resistência, para além da sua elevada resistência material, são aplicados com uma pré-tensão significativa, criando uma força de compressão entre os componentes ligados. Isto produz um atrito substancial perpendicular ao eixo do parafuso. A pré-tensão, o coeficiente de resistência ao deslizamento e tipo de aço afectam diretamente a capacidade de carga dos parafusos de alta resistência.

Com base nas características da força de suporte, dividem-se em tipo de rolamento e tipo de fricção. Ambos os tipos têm métodos de cálculo diferentes. A norma mais pequena para parafusos de alta resistência é M12, os tamanhos mais utilizados variam entre M16 e M30, e o desempenho dos parafusos supergrandes é instável, exigindo uma consideração cuidadosa no projeto.

A diferença entre ligações de tipo fricção e de tipo rolamento em parafusos de alta resistência:

As ligações aparafusadas de alta resistência fixam firmemente as placas ligadas através de uma força de pré-tensão significativa no eixo do parafuso, gerando um atrito substancial, aumentando assim a integridade e a rigidez globais da ligação. Quando sujeitas a forças de corte, podem ser divididas em ligações aparafusadas de alta resistência do tipo fricção e do tipo rolamento, diferindo fundamentalmente nos seus estados limite.

Apesar de se tratar do mesmo tipo de parafuso, os seus métodos de cálculo, requisitos e âmbitos de aplicação variam significativamente. Na conceção resistente ao corte, o estado limite para ligações de parafusos de alta resistência do tipo fricção é a força de fricção máxima possível fornecida pela força de aperto dos parafusos entre as superfícies de contacto das placas, assegurando que a força de corte externa não excede esta força de fricção máxima durante o período de serviço.

As placas não sofrem deformação relativa de deslizamento (mantendo o espaço original entre o eixo do parafuso e o furo), e as placas ligadas estão sujeitas a forças elásticas como um todo. Nas ligações de parafusos de alta resistência do tipo rolamento, é permitido que a força de corte externa exceda a força de fricção máxima, causando uma deformação de deslizamento relativa entre as placas ligadas até que o eixo do parafuso contacte a parede do furo.

Subsequentemente, a ligação transfere forças através do cisalhamento do eixo do parafuso, da pressão na parede do furo e do atrito entre as superfícies da placa, sendo a falha de cisalhamento final da ligação o cisalhamento do eixo do parafuso ou a pressão na parede do furo.

Em resumo, os parafusos de alta resistência do tipo fricção e do tipo rolamento são essencialmente os mesmos parafusos, diferindo apenas no facto de o deslizamento ser considerado no projeto. Os parafusos de alta resistência do tipo fricção não podem deslizar; eles não suportam forças de cisalhamento, e qualquer deslizamento é considerado uma falha no projeto, uma abordagem tecnicamente madura. Os parafusos de alta resistência do tipo rolamento podem deslizar e também suportar forças de cisalhamento, com falha final semelhante à dos parafusos comuns (cisalhamento do parafuso ou compressão do chapa de aço).

Em termos de utilização: Para as ligações aparafusadas dos principais componentes estruturais dos edifícios, são geralmente utilizados parafusos de alta resistência. Os parafusos comuns podem ser reutilizados, enquanto os parafusos de alta resistência não podem e são normalmente utilizados para ligações permanentes.

Os parafusos de alta resistência são parafusos pré-tensionados. Em aplicações do tipo fricção, é aplicada uma pré-tensão específica utilizando uma chave dinamométrica, enquanto que em aplicações do tipo rolamento, a estria é cortada. Os parafusos comuns, com menor resistência ao cisalhamento, podem ser utilizados em áreas estruturais menos críticas e só precisam de ser apertados. Os parafusos comuns são geralmente das classes 4.4, 4.8, 5.6 e 8.8. Os parafusos de alta resistência são geralmente das classes 8.8 e 10.9, sendo a classe 10.9 a mais comum.

Os graus 8.8 e 8.8S são equivalentes. O desempenho de suporte de força e os métodos de cálculo dos parafusos comuns diferem dos parafusos de alta resistência. Os parafusos de alta resistência suportam a força principalmente através da força de pré-tensão interna P, criando resistência de fricção nas superfícies de contacto dos componentes ligados para suportar cargas externas, enquanto os parafusos normais suportam diretamente cargas externas.

Mais especificamente: As ligações aparafusadas de alta resistência oferecem vantagens como a simplicidade de construção, o bom desempenho de suporte de forças, a possibilidade de substituição, a resistência à fadiga e a resistência ao afrouxamento sob cargas dinâmicas, o que as torna um método de ligação promissor.

Os parafusos de alta resistência são apertados com uma chave especial, gerando uma pré-tensão grande e controlada. Esta pré-tensão, transmitida através da porca e da anilha, cria uma força de pré-compressão equivalente nos componentes ligados. Sob esta força de pré-compressão, é gerado um atrito significativo ao longo das superfícies dos componentes ligados.

Desde que a força axial seja inferior a esta força de atrito, os componentes não escorregarão e a ligação permanecerá intacta. Este é o princípio subjacente às ligações aparafusadas de alta resistência.

As ligações aparafusadas de alta resistência dependem do atrito entre as superfícies de contacto dos componentes ligados para evitar o deslizamento. Para garantir um atrito suficiente, é necessário aumentar a fixação força entre os componentes e aumentar o coeficiente de atrito das superfícies de contacto.

A força de aperto entre os componentes é conseguida através da aplicação de pré-tensão aos parafusos, o que requer a utilização de aço de alta resistência para os parafusos, daí a expressão "ligações aparafusadas de alta resistência".

Nas ligações aparafusadas de alta resistência, o coeficiente de atrito influencia significativamente a capacidade de suporte de carga. As experiências mostram que o coeficiente de atrito é principalmente afetado pela natureza das superfícies de contacto e pelo material dos componentes.

Para aumentar o coeficiente de atrito das superfícies de contacto, a construção envolve frequentemente métodos como jato de areia ou escovagem de arame para tratar as superfícies de contacto na área de ligação.

Os parafusos de alta resistência existem de facto em dois tipos: tipo de fricção e tipo de rolamento. O critério de projeto para parafusos de alta resistência do tipo fricção é que a força de cisalhamento induzida pela carga de projeto não exceda a força de fricção. Para parafusos de alta resistência do tipo rolamento, o critério é que o eixo do parafuso não seja cortado ou que as placas não sejam esmagadas.

Resistência à corrosão de parafusos de aço inoxidável de alta resistência

Os parafusos de aço inoxidável de alta resistência são conhecidos pelas suas características de resistência à corrosão.

Todos os metais reagem com o oxigénio na atmosfera, formando uma película de óxido na sua superfície. Infelizmente, o óxido de ferro formado no aço-carbono comum continua a oxidar, fazendo com que a ferrugem se expanda e acabe por criar buracos. As superfícies de aço-carbono podem ser protegidas com tinta ou metais resistentes à oxidação (como o zinco, o níquel e o crómio) através de galvanoplastia. No entanto, como é do conhecimento geral, esta camada protetora é apenas uma película fina. Se a camada protetora for danificada, o aço subjacente começa a enferrujar.

A resistência à corrosão do aço inoxidável depende do crómio. No entanto, como o crómio é um componente do aço, o método de proteção é diferente. Quando o teor de crómio é superior a 11,7%, a resistência do aço à corrosão atmosférica aumenta significativamente.

Embora um teor mais elevado de crómio possa melhorar a resistência à corrosão, o efeito é menos pronunciado. Isto deve-se ao facto de a liga de aço com crómio alterar o tipo de óxido de superfície, semelhante ao óxido formado no metal de crómio puro. Este óxido rico em crómio, fortemente aderente, protege a superfície de novas oxidações. Esta camada de óxido é extremamente fina, permitindo que o brilho natural do aço brilhe, dando ao aço inoxidável a sua aparência distinta.

Além disso, se a camada superficial for danificada, a superfície de aço exposta reagirá com a atmosfera para se auto-reparar, reformando esta película de óxido "passiva" e continuando o seu papel protetor. Por conseguinte, todos os aços inoxidáveis elementos de aço têm uma caraterística comum: o seu teor de crómio é superior a 10,5%.

O significado das classes de desempenho de parafusos e pernos

Os graus de desempenho dos parafusos e pernos para ligações de estruturas de aço estão divididos em mais de dez níveis, incluindo 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9.

Os parafusos de grau 8.8 e superior são fabricados em aço-liga de baixo teor de carbono ou em aço de médio teor de carbono e são submetidos a um tratamento térmico (têmpera e revenimento), normalmente conhecidos como parafusos de alta resistência. Os restantes são geralmente designados por parafusos normais.

O grau de desempenho de um parafuso é denotado por dois números, indicando a resistência à tração nominal e o rácio de resistência ao escoamento do material do parafuso. Por exemplo:

Para um parafuso de grau 4.6:

1. A resistência nominal à tração do material do parafuso é de 400 MPa;
2. O rácio de tensão de cedência do material do parafuso é de 0,6;
3. O limite de elasticidade nominal do material do parafuso é 400 × 0,6 = 240 MPa.

Para um parafuso de alta resistência de grau 10.9, após tratamento térmico, pode atingir:

1. Uma resistência nominal à tração de 1000 MPa;
2. Um rácio de resistência ao escoamento de 0,9;
3. Um limite de elasticidade nominal de 1000 × 0,9 = 900 MPa.

A importância do grau de desempenho do parafuso é um critério padronizado internacionalmente. Os parafusos com a mesma classe de desempenho, independentemente do seu material e origem, têm o mesmo desempenho e, no projeto, é suficiente selecionar apenas com base na classe de desempenho.

Os graus de resistência, como 8,8 e 10,9, referem-se à resistência do parafuso à tensão de cisalhamento, medida a 8,8 GPa e 10,9 GPa, respetivamente.

• O grau 8.8 tem uma resistência nominal à tração de 800 N/mm² e uma resistência nominal ao escoamento de 640 N/mm².
• Geralmente, os parafusos são designados por "X.Y", em que X100 é igual à resistência à tração do parafuso em MPa, e X100*(Y/10) é igual ao limite de elasticidade do parafuso (uma vez que, por designação: limite de elasticidade/resistência à tração = Y/10).

Por exemplo, um parafuso de grau 4.8:

• Tem uma resistência à tração de 400 MPa;
• E um limite de elasticidade de 400*8/10 = 320 MPa.

Além disso, os parafusos de aço inoxidável são frequentemente marcados como A4-70, A2-70, etc., com um significado diferente.

Relativamente às unidades de medida: O mundo utiliza principalmente dois sistemas para medir o comprimento. Um é o sistema métrico, que utiliza metros (m), centímetros (cm), milímetros (mm), etc., amplamente utilizado na Europa, China, Japão e outras regiões do Sudeste Asiático. O outro é o sistema imperial, que utiliza polegadas (inch), equivalente à antiga polegada do mercado chinês, predominantemente utilizado nos Estados Unidos, no Reino Unido e noutros países ocidentais.

• Medida métrica: (Sistema decimal) 1 metro = 100 centímetros = 1000 milímetros
• Medida imperial: (sistema octal) 1 polegada = 8 fracções de polegada; 1 polegada = 25,4 mm; 3/8 polegada × 25,4 = 9,52 mm
• Para produtos com menos de 1/4 de polegada, os tamanhos são indicados por números de calibre, tais como: #4, #5, #6, #7, #8, #10, #12.

Tipos e características de roscas

Tipos de fios

As roscas são uma forma de estrutura helicoidal encontrada na superfície externa ou interna de um sólido, caracterizada por uma crista helicoidal uniforme. Com base nas suas características estruturais e aplicações, são classificadas em três tipos principais:

1. Fios comuns: Estas têm uma forma de dente triangular e são utilizadas para ligar ou fixar componentes. As roscas comuns dividem-se em roscas grossas e finas, sendo que as roscas finas oferecem uma maior força de ligação.
2. Roscas de transmissão: Estas roscas têm várias formas de dentes, incluindo trapezoidal, retangular, dente de serra e triangular.
3. Roscas de vedação: Utilizados para vedar ligações, os principais tipos incluem roscas de tubos, roscas cónicas e roscas cónicas de tubos.

Graus de ajuste da rosca

O ajuste da rosca refere-se à forma como as roscas de encaixe se encaixam umas nas outras, de forma frouxa ou apertada. O grau de ajuste é determinado pela combinação de desvios e tolerâncias aplicados às roscas internas e externas.

(1) Norma de rosca unificada:

As roscas externas têm três graus: 1A, 2A e 3A. As roscas internas têm três graus: 1B, 2B e 3B. Todos estes são ajustes de folga, sendo que os números de grau mais elevados indicam ajustes mais apertados.

Nas roscas unificadas, os desvios só são especificados para os graus 1A e 2A. O grau 3A tem desvio zero, e os desvios dos graus 1A e 2A são iguais. Quanto maior o número do grau, menor a tolerância.

• Os graus 1A e 1B representam níveis de tolerância muito baixos, adequados para ajustes de folga em roscas internas e externas.
• Os graus 2A e 2B são os níveis de tolerância de rosca mais utilizados para fixadores mecânicos na série Unified.
• As classes 3A e 3B proporcionam o ajuste mais apertado, adequado para fixadores com tolerâncias apertadas utilizados em projectos de segurança críticos.
• Para roscas externas, as classes 1A e 2A têm uma tolerância de ajuste, enquanto a classe 3A não tem. A tolerância de 1A é 50% maior do que 2A e 75% maior do que 3A. Para roscas internas, a tolerância de 2B é 30% maior do que 2A, 1B é 50% maior do que 2B e 75% maior do que 3B.

(2) Roscas métricas:

As roscas externas têm três graus: 4h, 6h e 6g. As roscas internas têm três graus: 5H, 6H e 7H. (Os graus de precisão das roscas padrão japonesas estão divididos em níveis I, II e III, sendo o II o mais comum). Nas roscas métricas, o desvio básico para H e h é zero. O desvio básico para G é positivo, e para e, f e g, é negativo.

• H é a posição de tolerância normalmente utilizada para roscas internas, tipicamente utilizada sem revestimento de superfície ou com uma camada de fosfatização extremamente fina. O desvio básico de G é para ocasiões especiais, como um revestimento mais espesso, e raramente é utilizado.
• g é frequentemente utilizado para revestimentos finos de 6-9um. Por exemplo, se um desenho de produto especifica um parafuso de 6h, a rosca de pré-revestimento utilizaria uma banda de tolerância de 6g.
• Os melhores ajustes de rosca são tipicamente combinações de H/g, H/h, ou G/h. Para fixadores de precisão, como parafusos e porcas, recomenda-se normalmente um ajuste 6H/6g.

(3) Marcação da rosca

• Principais parâmetros geométricos das roscas auto-roscantes e auto-perfurantes:
• Diâmetro maior/diâmetro exterior (d1): O diâmetro de um cilindro imaginário onde as cristas das roscas coincidem. Representa essencialmente o diâmetro nominal da rosca.
• Diâmetro Menor/Diâmetro da Raiz (d2): O diâmetro de um cilindro imaginário onde as raízes das roscas coincidem.
• Passo (p): A distância axial entre pontos correspondentes em roscas adjacentes ao longo da linha de passo. No sistema imperial, isto é indicado pelo número de roscas por polegada (25,4 mm).

Abaixo estão as especificações comuns para o passo (métrico) e a contagem de roscas (imperial):

• Roscas métricas auto-roscantes:

Características: ST 1.5, ST 1.9, ST 2.2, ST 2.6, ST 2.9, ST 3.3, ST 3.5, ST 3.9, ST 4.2, ST 4.8, ST 5.5, ST 6.3, ST 8.0, ST 9.5

Lançamentos: 0.5, 0.6, 0.8, 0.9, 1.1, 1.3, 1.3, 1.3, 1.4, 1.6, 1.8, 1.8, 2.1, 2.1

• Roscas auto-roscantes imperiais:

Especificações: #4, #5, #6, #7, #8, #10, #12, #14

Número de fios: Rosca AB 24, 20, 20, 19, 18, 16, 14, 14; Rosca A 24, 20, 18, 16, 15, 12, 11, 10