Guia para Selecionar e Usar Parafusos Métricos ISO com Segurança para Manutenção

Imagine uma peça de equipamento de precisão de alto valor inutilizada devido à falha de um único parafuso pequeno — as perdas resultantes podem ser catastróficas. Na manutenção mecânica, parafusos e porcas podem parecer insignificantes, mas são cruciais para garantir a operação segura e estável do equipamento. No entanto, com a vasta variedade de parafusos e porcas métricas disponíveis, como se pode identificá-los com precisão, selecioná-los corretamente e prendê-los com segurança? Este guia fornece instruções claras e práticas para essas tarefas.

Na montagem e manutenção de máquinas modernas, parafusos e porcas desempenham um papel vital. Eles são os componentes-chave que conectam várias peças, garantindo a integridade estrutural do equipamento. À primeira vista, todos os parafusos métricos podem parecer semelhantes, mas, na realidade, eles diferem significativamente no tipo de rosca, grau de resistência e especificações dimensionais. A seleção ou uso incorreto pode levar à falha do equipamento ou até mesmo a riscos de segurança. Portanto, uma profunda compreensão das características dos parafusos e porcas métricas, juntamente com as técnicas adequadas de seleção e fixação, é essencial para o pessoal de manutenção mecânica.

Este guia foi projetado para profissionais que trabalham em manutenção de fábricas e mecânica, fornecendo conhecimento fundamental sobre parafusos e porcas métricas ISO para ajudá-los a identificar e usar corretamente peças de reposição, garantindo a operação segura e confiável do equipamento. Vamos nos concentrar nos parafusos e porcas métricas mais comumente usados em ambientes industriais e oferecer dicas práticas para identificação e aplicação.

O padrão ISO define vários tipos de rosca especializados, mas na maioria dos equipamentos mecânicos, apenas dois são comumente usados: passo padrão e passo fino. Outros tipos de rosca são reservados principalmente para dispositivos especializados, como instrumentos de precisão ou equipamentos ópticos.

Passo refere-se à distância entre roscas adjacentes, medida em milímetros. As roscas de passo padrão são adequadas para a maioria das conexões de uso geral, enquanto as roscas de passo fino são usadas onde é necessária maior força de travamento ou resistência à vibração.

A tabela abaixo lista as combinações mais comuns de diâmetros e passos de rosca em máquinas industriais:

Com exceção dos parafusos e porcas de menor grau, todos os fixadores métricos apresentam marcações de identificação de resistência. Essas marcações ajudam a determinar de forma rápida e precisa sua capacidade de carga.

As cabeças dos parafusos são normalmente estampadas com dois números separados por um ponto decimal. A gama completa inclui dez graus de 3.6 a 14.9, mas em ambientes industriais, os graus comuns são 8.8, 9.8, 10.9 e 12.9. A cabeça do parafuso também inclui um código do fabricante (geralmente duas ou três letras).

O primeiro número indica a resistência à tração do aço do parafuso, medida aproximadamente em 10 kg por milímetro quadrado de área da seção transversal. Por exemplo, um parafuso de grau 12.9 suportará pelo menos 120 kg por milímetro quadrado antes de quebrar. Da mesma forma, um parafuso de grau 8.8 tem uma carga de ruptura de 80 kg por milímetro quadrado.

À medida que um parafuso suporta gradualmente uma carga, ele alonga-se ligeiramente, como uma mola. Se a carga for liberada, ele retorna ao seu comprimento original. No entanto, existe um limite além do qual o parafuso não se recuperará totalmente e, em vez disso, esticará permanentemente — este é o ponto de escoamento. O segundo número na cabeça do parafuso representa a porcentagem da resistência à tração que o parafuso pode suportar antes que o alongamento comece.

Por exemplo, um parafuso de grau 12.9 começa a esticar quando a carga atinge 90% de sua carga de ruptura. Da mesma forma, um parafuso de grau 9.8 começa a esticar a 80% de sua carga de ruptura.

As marcações de resistência nas porcas são frequentemente mais difíceis de identificar do que as dos parafusos. Elas podem aparecer como números ou como padrões de pontos e linhas, onde a posição da linha se assemelha aos ponteiros de um relógio indicando o grau.

O grau da porca deve sempre corresponder ou exceder o grau do parafuso em um nível. Por exemplo, um parafuso de grau 8.8 deve ser combinado com uma porca de grau 8 ou 9. Um parafuso de grau 12.9 deve ser combinado com uma porca de grau 12 ou 14.

Como mencionado anteriormente, quando um parafuso suporta gradualmente uma carga, ele atinge um ponto de escoamento (onde o alongamento permanente começa). Se a carga continuar a aumentar, o parafuso atinge seu ponto de ruptura. Os padrões definem uma "carga de prova", normalmente 90% da carga necessária para esticar o parafuso.

Na prática, os fabricantes costumam projetar máquinas para que os parafusos suportem cargas bem abaixo da carga de prova, garantindo um fator de segurança robusto.

Os parafusos de passo fino são tipicamente 10% mais fortes do que os parafusos de passo padrão porque menos metal é removido durante a rosqueamento.

Os torques máximos recomendados na tabela abaixo assumem roscas levemente lubrificadas. Apertar um parafuso com o torque especificado deve definir a tensão no parafuso para aproximadamente 85% da carga de prova, o equivalente a 62% da carga de ruptura.

Use esses valores de torque somente quando o fabricante da máquina não tiver especificado uma configuração de torque.

Parafusos e porcas de passo fino são tipicamente usados apenas em casos especiais, e a documentação de manutenção do fabricante deve especificar o torque necessário para cada aplicação.

As roscas de passo fino são frequentemente usadas quando os parafusos são rosqueados em blocos de metal macio (por exemplo, fundidos de alumínio), onde as roscas no bloco podem ser muito mais fracas do que o parafuso e geralmente exigem menor torque para evitar o desgaste.

Muitos fatores influenciam a resistência das peças rosqueadas, incluindo métodos de produção, acabamento superficial e precisão da forma da rosca.

A resistência de uma conexão rosqueada depende de seu componente mais fraco. Por exemplo, se um parafuso de alta resistência for rosqueado em um material mais macio e dúctil (por exemplo, liga de alumínio ou aço de baixo carbono), a parte mais macia determina o torque máximo seguro.

Mais comumente, os parafusos devem suportar não apenas cargas de tração do aperto, mas também cargas laterais ou de "cisalhamento". Um exemplo típico são duas placas aparafusadas e sujeitas a forças que aplicam cargas de cisalhamento ao parafuso.

Se a carga aplicada for muito pequena, o atrito entre as placas devido ao aperto do parafuso pode impedir o movimento. No entanto, a menos que pinos de encaixe sejam instalados para suportar a carga de cisalhamento, o parafuso acabará por experimentar estresse de cisalhamento e tração. A combinação desses estresses cria um estresse total maior do que qualquer um sozinho, portanto, a pré-torque do parafuso pode precisar ser menor do que os valores máximos para acomodar o estresse adicional do cisalhamento.

Como orientação, reduzir o torque de aperto em 10% permite que 35% da classificação de carga do parafuso lide com forças de cisalhamento sem sobrecarga.

Os engenheiros de projeto devem considerar todos esses fatores e podem especificar menor torque, especialmente em equipamentos de elevação que exigem altas margens de segurança.

Consulte sempre a documentação de manutenção do fabricante da máquina para obter os valores de torque especificados para parafusos e porcas em aplicações de elevação e suporte de carga.

A tabela abaixo lista os tamanhos corretos de chaves e chaves Allen para os tamanhos de parafusos e porcas mais comuns em máquinas industriais.

Para minimizar o risco de deslizamento da chave e danos às bordas do fixador, use uma chave de boca (ou a extremidade de boca de uma chave combinada) sempre que possível.

Os parafusos métricos são fabricados ligeiramente menores do que seu tamanho nominal — por exemplo, um parafuso M16 normalmente tem um diâmetro de haste de 15,97 mm. Isso significa que um parafuso de 16 mm pode passar por um furo de 16 mm, mas para levar em conta o desalinhamento entre as peças, os furos de folga são normalmente perfurados ligeiramente maiores.

A tabela abaixo fornece tamanhos típicos de furos de folga e os tamanhos corretos de broca para roscas de passo padrão e fino.

Para roscas métricas, os tamanhos de broca são facilmente calculados como o diâmetro do parafuso menos o passo da rosca. Por exemplo, um parafuso M16 de passo padrão com um passo de 2,0 mm requer um tamanho de broca de 16 – 2 = 14 mm.

Ao rosquear furos, especialmente para tamanhos M10 e menores, remova frequentemente a rosca para limpar as lascas de metal e evitar a quebra.

Ao apertar um parafuso em roscas ou um conjunto de porca e parafuso para prender peças, o torque aplicado gera tensão de tração na haste do parafuso.

A força real no parafuso depende de fatores como formato da rosca, passo, acabamento superficial e lubrificação. Para a maioria dos casos padrão com parafusos métricos levemente lubrificados, a força pode ser aproximada como:

Força = 5 × Torque / Diâmetro

Onde a força está em newtons (N), o torque em newton-metros (Nm) e o diâmetro em metros (m). Por exemplo, um parafuso M16 apertado a 247,5 Nm gera:

Força = 5 × 247,5 Nm / 0,016 m = 77.344 N (77,3 kN)

Para converter newtons em quilograma-força (kgf), divida por 9,81 (ou 10 para estimativas rápidas), resultando em 7.884 kgf de carga do parafuso.

Roscas secas aumentam o atrito, resultando em menor força.

As juntas aparafusadas normalmente falham de três maneiras: falha por cisalhamento, fratura por tração ou desgaste da rosca.

A fratura por tração (quebra do parafuso) ocorre por sobrecarga da junta ou aperto excessivo. Os parafusos geralmente falham onde a rosca encontra a haste.

A falha por cisalhamento ocorre quando as forças laterais excedem a capacidade do parafuso, muitas vezes exacerbada pelo aperto excessivo, deixando nenhuma reserva de resistência para cargas de cisalhamento. Ambos os tipos de falha geralmente ocorrem no início ou no final do ciclo de vida de um componente.

Uma falha de serviço frequente envolve cargas laterais que retiram as porcas dos parafusos, causando falhas em cascata. A conicidade da rosca leva à expansão da porca, reduzindo o engajamento da rosca até que o metal ceda e as roscas se desgastem.