Guia Completo de Fixadores na Manufatura: Parafusos, Porcas e Mais

Fixadores desempenham um papel crucial no design, manufatura e montagem de peças. Estas pequenas peças de ferragens são simples e baratas, mas sem elas teríamos dificuldade em fabricar muitas coisas importantes: móveis, estruturas arquitetônicas, computadores, pisos, veículos e muito mais.

A função de um fixador é unir mecanicamente dois ou mais componentes. Você pode unir componentes de muitas maneiras, mas o que é único sobre fixadores é que eles tipicamente (embora nem sempre) criam juntas não permanentes.

Fixadores são ubíquos, e você encontrará muitos deles no dia a dia. Alguns dos tipos mais comuns de fixadores metálicos industriais são:

• Parafusos
• Porcas
• Parafusos de cabeça sextavada (bolts)
• Rebites
• Inserções roscadas e hastes
• Arruelas

No entanto, a categoria de fixadores também inclui ferragens usadas fora da indústria, como pregos para bricolagem e marcenaria; botões, fivelas e zíperes para vestuário; pregos e abraçadeiras para uso doméstico; e grampos, alfinetes e clipes de papel para tarefas de escritório.

Todos estes tipos de fixadores funcionam de maneiras mecânicas ligeiramente diferentes, mas todos são usados na união ou montagem de objetos. Com poucas exceções, a maioria dos fixadores industriais é feita de metal, geralmente aço (aço inoxidável, aço carbono, aço liga), alumínio ou titânio. Muitas das peças que fabricamos na 3ERP — incluindo peças usinadas, moldadas e de chapa metálica — são finalmente montadas usando fixadores.

Este guia examina em detalhe os diferentes tipos de fixadores e explica como funcionam e como usá-los. Pode ser útil para nossos clientes de prototipagem que estão desenvolvendo produtos multi-componente que requerem montagem com fixadores.

O que é um Fixador?

Um fixador é um termo geral para uma peça de ferragem, frequentemente feita de um metal como aço, usada para unir mecanicamente dois componentes.

Fixadores, que incluem itens como parafusos, porcas e parafusos sextavados, geralmente criam juntas não permanentes; ou seja, a conexão pode ser desfeita sem danificar nenhum dos componentes. Você pode unir dois componentes com um fixador, então um dia remover o fixador e separar os dois componentes sem danificá-los. Por exemplo, um parafuso pode eventualmente ser removido usando uma chave de fenda; uma porca pode ser removida usando uma chave inglesa. Contraste isso com, por exemplo, soldagem, colagem ou solda de componentes: quando isso acontece, os componentes não podem ser facilmente separados.

Dito isso, alguns fixadores, como rebites, criam juntas permanentes e não são projetados para serem desfeitos.

A maioria dos fixadores é pequena, com diâmetros mensuráveis em milímetros. No entanto, dispositivos significativamente maiores podem ser usados em áreas como construção naval, oleodutos e energia. Um fixador é definido por sua função de unir mecanicamente dois ou mais componentes, não por seu tamanho, material ou aplicação.

Existem uma multitude de diferentes tipos de fixadores disponíveis. Alguns dos fixadores metálicos mais comuns para uso industrial e de manufatura estão listados abaixo.

Materiais de Fixadores

De que são feitos os fixadores?

Os melhores materiais para produção de fixadores incluem aços (aço inoxidável, aço carbono, aço liga), alumínio, titânio, cobre, latão, níquel e várias ligas. Aços inoxidáveis comuns usados para fixadores industriais incluem séries 200, 300 e 400.

Fixadores também podem ser revestidos com outros materiais para funcionalidade adicional, ex: resistência à corrosão ou isolamento elétrico. Revestimentos e banhos comuns incluem cromo e zinco.

Com que materiais os fixadores podem ser usados?

Diferentes tipos de fixadores industriais são usados para diferentes materiais, com alguns fixadores projetados especificamente para um material, ex: parafusos para madeira (madeira) ou parafusos de ancoragem (concreto).

Normas de Fixadores

A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) atualmente tem 66 padrões publicados ativos sob o designador B18 para fixadores. Os padrões focados em qualidade "estabelecem requisitos de inspeção em processo e final para produtos de fixadores" e fornecem um "plano de inspeção de recebimento para compradores de fixadores".

Padrões ASME incluem:

• B18.1.1: Rebites Pequenos
• B18.1.2: Rebites Grandes
• B18.2.3.1M: Parafusos Sextavados Métricos
• B18.3: Parafusos de Cabeça Cilíndrica, Ombro, Fixação e Chaves Sextavadas
• B18.6.1: Parafusos para Madeira
• B18.6.2: Parafusos de Cabeça Fendida, Parafusos de Fixação de Cabeça Quadrada e Parafusos de Fixação Sem Cabeça Fendida
• B18.6.3: Parafusos de Máquina, Parafusos de Rosqueamento e Parafusos de Impulsão Metálicos
• B18.6.9: Porcas Borboleta
• B18.18: Garantia de Qualidade para Fixadores

Parafusos (Screws)

Fixadores de parafuso, geralmente feitos de metal, são fixadores com roscas externas masculinas (cristas helicoidais) que engatam com as roscas internas femininas nos componentes que estão fixando.

Uma característica definidora de parafusos é que eles são frequentemente auto-roscantes ou auto-atarraxantes: têm uma ponta afiada que corta a superfície do componente; quando o parafuso é rotacionado, ele corta a rosca fêmea interna no componente e permite que a conexão seja feita. Parafusos são frequentemente fixadores independentes, pois unem com o próprio componente.

Parafusos são similares em função a parafusos sextavados (bolts), mas bolts não são geralmente auto-roscantes; tipicamente têm pontas cegas, e as roscas fêmeas nos componentes devem ser feitas por outros meios.

Confusamente, alguns fixadores que tecnicamente são parafusos têm, pelo uso, sido rotulados como bolts (e vice-versa).

Tipos de Parafuso

Existem muitos tipos diferentes de parafusos adequados para diferentes aplicações. Alguns dos tipos mais comuns são:

• Parafusos para chapa metálica: Parafusos auto-roscantes muito afiados que podem penetrar chapa metálica, bem como madeira e plástico.
• Parafusos de máquina: Instalados em furos pré-furados, parafusos de máquina têm roscas finas precisas e são mais amplamente usados em componentes de máquinas.
• Parafusos de cabeça cilíndrica (cap screws): Parafusos com cabeças grandes tipicamente usados na montagem de máquinas como eletrodomésticos.
• Parafusos olhal (eye screws): Às vezes chamados de parafusos olhal lag, estes parafusos têm uma cabeça em laço através da qual linhas podem ser passadas.
• Parafusos lag: Parafusos longos revestidos de zinco com rosca até o eixo, usados principalmente em marcenaria.
• Parafusos para madeira: Parafusos comuns, de ponta afiada, usados em marcenaria.

Tipos de Acionamento de Parafuso

Parafusos também podem ser categorizados por seus designs de acionamento: ferramentas diferentes são necessárias para acionar ou remover diferentes parafusos. Tipos de acionamento incluem:

• Fenda (Slotted)
• Três pontas (Three-pointed)
• Cruciforme (ex: Phillips)
• Polígono externo
• Polígono interno (ex: sextavado interno / Allen)
• Hexalobular (Torx)
• Diversos

Parafusos Sextavados / Bolts

Como parafusos, bolts são fixadores com roscas externas masculinas usadas para conectar dois ou mais componentes.

Ao contrário dos parafusos, porém, bolts requerem uma rosca fêmea pré-formada com a qual engatar. Não são auto-roscantes; em vez disso, a rosca fêmea frequentemente pertence a uma porca. Bolts (masculinos) e porcas (femininas) são usados em conjunto para unir componentes com furos não roscados, e este tipo de junta é chamado de junta aparafusada (bolted joint).

Quando usados em conjunto com porcas, fixadores bolt funcionam com furos passantes (furos que passam completamente pelo material de um objeto), com a cabeça do bolt de um lado e a porca do outro. Parafusos, por outro lado, são frequentemente usados para fazer furos cegos; eles penetram apenas parcialmente no material.

Tipos de Bolt

Existem muitos tipos diferentes de bolt adequados para diferentes aplicações. Alguns dos mais comuns são:

• Bolts sextavados (Hex bolts): Bolts roscados com cabeças sextavadas que podem ter uma seção não roscada imediatamente abaixo da cabeça.
• Sex bolts: Às vezes chamados de bolt Chicago, bolt cano ou porca cano, estes bolts são na verdade ambos bolts e porcas ao mesmo tempo, compreendendo um cano com rosca fêmea e um parafuso com rosca macho.
• U-bolts: Fixadores em forma de U com duas extremidades roscadas paralelas, usados para segurar itens como tubulações.
• Eye bolts: Bolts com cabeça em laço através da qual linhas podem ser passadas.
• Carriage bolts: Bolts roscados com cabeça arredondada tipo cogumelo para evitar rotação e pescoço quadrado imediatamente abaixo.

Porcas (Nuts)

Porcas são fixadores com furos roscados fêmea que são tipicamente usados com um bolt correspondente para formar uma junta aparafusada. O sistema de acasalamento porca-bolt funciona para conectar componentes com furos não roscados.

Porcas e bolts geralmente permanecem seguros devido a atrito, compressão e alongamento leve do bolt. No entanto, a conexão pode ser indesejavelmente afrouxada durante aplicações com alto nível de vibração. Neste caso, uma porca de travamento ou fluido de travamento pode ser usado para segurar a porca, ou uma segunda porca pode ser adicionada ao bolt.

Enquanto o interior de uma porca é roscado, o exterior pode ter muitas formas, dependendo se será rotacionado à mão ou com chave, e vários outros fatores.

Tipos de Porca

Existem muitos tipos diferentes de porcas adequados para diferentes aplicações. Alguns dos mais comuns são:

• Porcas acorn (Acorn nuts): Às vezes chamadas de porcas tampão (cap nuts), estes fixadores são abobadados de um lado para cobrir a extremidade do bolt.
• Porcas de solda (Weld nuts): Projetadas para que um lado possa ser soldado a outro componente metálico.
• Porcas sextavadas (Hex nuts): Fixadores comuns com exterior sextavado para fácil uso de chave.
• Porcas borboleta (Wing nuts): Porcas com formas semelhantes a asas em cada lado para permitir fácil giro à mão, sem ferramentas.
• Porcas cano (Barrel nuts): Ver "sex bolts" acima.

Rebites (Rivets)

Rebites são fixadores que tipicamente têm um eixo liso e sem roscas. Um rebite tem uma cabeça em uma extremidade e uma cauda na outra.

Para funcionar como fixador, um rebite é colocado em um furo, então, usando força mecânica, sua cauda é "rebitada" (upset), fazendo-a expandir para cerca de 1,5 vezes o diâmetro do eixo e criando a junta. Uma vez que um rebite foi rebitado, ele efetivamente tem duas cabeças: a cabeça original de fábrica e a nova cabeça de oficina.

Ao contrário de parafusos, roscas e bolts, rebites criam juntas permanentes: uma vez que a cauda é rebitada, não pode retornar ao seu estado original. Juntas rebitadas são, portanto, muito mais difíceis de separar que juntas não permanentes como juntas aparafusadas.

Tipos de Rebite

Existem muitos tipos diferentes de rebites adequados para diferentes aplicações. Alguns dos mais comuns são:

• Rebites pop (Pop rivets): Também conhecidos como rebites cegos (blind rivets), estes fixadores são tubulares e têm um mandril central com área enfraquecida perto da cabeça (onde pode ser quebrado).
• Rebites sólidos (Solid rivets): Fixadores simples com eixo e cabeça que podem ser deformados com uma pistola de rebites ou martelo.
• Rebites semi-tubulares (Semi-tubular rivets): Como rebites sólidos, mas com furo parcial na ponta que reduz a força necessária para rebitar.

Fixadores Rosqueados Diversos

Além de parafusos, bolts e porcas, existem outros tipos de fixadores roscados com usos mais especializados.

Uma inserção roscada (ou bucha roscada) é um fixador com roscas internas (e às vezes externas) que é inserido em material que normalmente não aceitaria uma rosca — seja porque é muito macio, ou porque um furo roscado existente ficou desgastado. Age como uma âncora de drywall usada para prender prateleiras. Inserções roscadas metálicas podem ser instaladas em peças plásticas moldadas por moldagem por inserção ao redor da bucha.

Uma haste roscada (ou prisioneiro) é um fixador semelhante a um bolt mas rosqueado em ambas as extremidades, sem cabeça. Projetado para ser usado em tensão, uma haste roscada pode aceitar uma porca em ambas as extremidades.

Arruelas (Washers)

Embora não sejam tecnicamente fixadores, arruelas são peças de ferragem usadas em conjunto com fixadores como porcas e bolts.

Uma arruela é uma chapa fina com um furo no centro usada como espaçador, distribuidor de carga, dispositivo de travamento ou amortecedor de vibração. Arruelas são tipicamente circulares mas também podem ser quadradas.

Arruelas impedem que fixadores façam contato direto com um componente e podem, portanto, proteger a superfície do componente.

Para mais informações sobre os tipos de fixadores que você pode precisar para seu próximo protótipo, contate a 3ERP ou solicite um orçamento.