Tabela de pesos de parafusos e graus de resistência: tudo o que você precisa saber

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

Tabela de peso teórico do parafuso

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

Os parafusos de grau A e B (parafusos refinados) são feitos de tarugos moldados. A superfície da haste do parafuso é lisa, as dimensões são precisas e os furos dos parafusos são perfurados usando uma matriz ou primeiro perfurados em peças individuais com um furo menor e, em seguida, perfurados novamente até o diâmetro projetado nos componentes montados (conhecidos como furos Classe I). A folga entre o diâmetro do parafuso e o furo é muito pequena, permitindo apenas cerca de 0,3 mm, exigindo martelamento suave durante a instalação para resistência ao cisalhamento e à tração.

No entanto, a fabricação e instalação de parafusos de grau A e B (parafusos refinados) exigem muita mão-de-obra e são caras. Em estruturas de aço, eles são usados ​​apenas em nós de instalação importantes ou em conexões aparafusadas que suportam cargas de cisalhamento e tração de forças dinâmicas.

Os parafusos de grau C (parafusos brutos) são feitos pressionando aço redondo. Sua superfície é mais áspera e as dimensões são menos precisas. Os furos dos parafusos são perfurados de uma só vez ou sem matriz (furos Classe II), e o diâmetro do furo é 1-2 mm maior que o diâmetro do parafuso. Isto resulta em deformação de cisalhamento significativa sob forças de cisalhamento, e os parafusos individuais podem entrar em contato com a parede do furo e sofrer forças internas excessivas, levando à falha precoce.

Devido à simplicidade e menor custo de fabricação de parafusos Grau C (parafusos brutos), eles são comumente utilizados em diversos projetos de estruturas de aço, especialmente adequados para conexões que suportam forças de tração ao longo do eixo do parafuso, conexões destacáveis ​​e componentes de fixação temporária.

Em conexões com forças de cisalhamento significativas, suportes ou outras medidas estruturais são usados ​​para suportar as forças de cisalhamento, permitindo que o parafuso utilize suas vantagens de resistência à tração.

Os parafusos grau C também podem ser usados ​​em conexões secundárias sujeitas a cargas dinâmicas estáticas ou indiretas como conexões de cisalhamento.

Parafusos de aço inoxidável de alta resistência

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

O aço inoxidável também está entre os materiais mais resistentes utilizados na construção. Devido à sua excelente resistência à corrosão, garante a integridade permanente dos componentes estruturais em projetos de engenharia.

Os graus de desempenho dos parafusos de conexão da estrutura de aço são divididos em mais de dez graus, 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 superiores são feitos de aço de liga de baixo carbono ou aço de médio carbono e passam por tratamento térmico (têmpera, revenido), comumente conhecidos como parafusos de alta resistência, enquanto os demais são conhecidos como parafusos comuns.

As marcações de grau de desempenho do parafuso consistem em dois números, indicando a resistência nominal à tração e a relação de limite de escoamento do material do parafuso.

Os parafusos de alta resistência são feitos de aço de alta resistência ou parafusos que requerem força de pré-tensionamento significativa. Eles são amplamente utilizados em pontes, ferrovias, conexões de equipamentos de alta e ultra-alta pressão. Esses parafusos geralmente falham devido a fraturas frágeis.

Parafusos de alta resistência usados ​​em equipamentos de ultra-alta pressão precisam aplicar uma pré-tensão significativa para garantir a vedação do contêiner.

Alguns conceitos sobre parafusos de alta resistência: 1. Parafusos com graus de desempenho acima de 8,8 são conhecidos como parafusos de alta resistência. O padrão nacional atual lista apenas 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 comuns porque podem suportar cargas maiores do que os parafusos padrão da 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 passam por tratamento térmico para aumentar sua resistência. A principal diferença está na resistência do material.

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

Em termos de grau de resistência, os parafusos de alta resistência, cada vez mais utilizados, normalmente vêm nos graus 8,8s e 10,9s, sendo 10,9 o mais comum. Os parafusos comuns têm graus de resistência mais baixos, geralmente 4,4, 4,8, 5,6 e 8,8.

Em relação às características de suporte de força, os parafusos de alta resistência aplicam pré-tensão e transmitem forças externas por meio do atrito. As conexões de parafuso comuns dependem da resistência ao cisalhamento da haste do parafuso e da 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 contraste, os parafusos de alta resistência, além da elevada resistência do material, são aplicados com pré-tensão significativa, criando uma força de compressão entre os componentes conectados. Isto produz um atrito substancial perpendicular ao eixo do parafuso. A pré-tensão, o coeficiente de resistência ao deslizamento e o tipo de material de aço afetam diretamente a capacidade de carga dos parafusos de alta resistência.

Com base nas características de suporte de força, eles são divididos em tipo de rolamento e tipo de fricção. Ambos os tipos possuem métodos de cálculo diferentes. O menor padrão para parafusos de alta resistência é M12, os tamanhos comumente usados ​​variam de M16 a M30, e o desempenho de parafusos supergrandes é instável, exigindo consideração cuidadosa no projeto.

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

Conexões de parafusos de alta resistência prendem firmemente as placas conectadas através de uma força de pré-tensão significativa dentro do eixo do parafuso, gerando atrito substancial, melhorando assim a integridade geral e a rigidez da conexão. Quando submetidas a forças de cisalhamento, elas podem ser divididas em conexões aparafusadas de alta resistência do tipo fricção e do tipo rolamento, diferindo fundamentalmente em seus estados limites.

Embora sejam do mesmo tipo de parafuso, seus métodos de cálculo, requisitos e escopos de aplicação variam significativamente. No projeto resistente ao cisalhamento, o estado limite para conexões de parafusos de alta resistência do tipo fricção é a força de atrito máxima possível fornecida pela força de aperto dos parafusos entre as superfícies de contato das placas, garantindo que a força de cisalhamento externa não exceda esta força de atrito máxima durante todo o período de serviço.

As placas não sofrem deformação relativa por deslizamento (mantendo a folga original entre o eixo do parafuso e o furo), e as placas conectadas estão sujeitas a forças elásticas como um todo. Em conexões de parafusos de alta resistência do tipo rolamento, a força de cisalhamento externa pode exceder a força de atrito máxima, causando deformação relativa de deslizamento entre as placas conectadas até que o eixo do parafuso entre em contato com a parede do furo.

Posteriormente, a conexão transfere forças através do cisalhamento do eixo do parafuso, da pressão na parede do furo e do atrito entre as superfícies da placa, com a ruptura final por cisalhamento da conexão sendo 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 fato de o deslizamento ser considerado no projeto. Os parafusos de alta resistência do tipo fricção não devem escorregar; eles não suportam forças de cisalhamento e qualquer deslizamento é considerado uma falha no projeto, uma abordagem tecnicamente madura. Parafusos de alta resistência do tipo rolamento podem escorregar e também suportar forças de cisalhamento, com falha final semelhante à dos parafusos comuns (seja cisalhamento do parafuso ou compressão da placa de aço).

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

Parafusos de alta resistência são parafusos protendidos. Em aplicações do tipo fricção, uma pré-tensão específica é aplicada usando uma chave dinamométrica, enquanto em aplicações do tipo rolamento, a estria é cortada. Parafusos comuns, com menor resistência ao cisalhamento, podem ser utilizados em áreas estruturais menos críticas e precisam apenas ser apertados. Os parafusos comuns são geralmente dos graus 4.4, 4.8, 5.6 e 8.8. Os parafusos de alta resistência são geralmente dos graus 8,8 e 10,9, sendo 10,9 o mais prevalente.

As notas 8.8 e 8.8S são equivalentes. O desempenho da força e os métodos de cálculo dos parafusos comuns diferem daqueles dos parafusos de alta resistência. Os parafusos de alta resistência suportam a força principalmente através da força interna de pré-tensão P, criando resistência ao atrito nas superfícies de contato dos componentes conectados para suportar cargas externas, enquanto os parafusos comuns suportam diretamente as cargas externas.

Mais especificamente: Conexões de parafusos de alta resistência oferecem vantagens como construção simples, bom desempenho de suporte de força, capacidade de substituição, resistência à fadiga e resistência ao afrouxamento sob cargas dinâmicas, tornando-as um método de conexão 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 arruela, cria uma força de pré-compressão equivalente nos componentes conectados. Sob esta força pré-compressiva, é gerado um atrito significativo ao longo das superfícies dos componentes conectados.

Contanto que a força axial seja menor que esta força de atrito, os componentes não escorregarão e a conexão permanecerá intacta. Este é o princípio por trás das conexões aparafusadas de alta resistência.

Conexões de parafusos de alta resistência dependem do atrito entre as superfícies de contato dos componentes conectados para evitar deslizamentos. Para garantir atrito suficiente, é necessário aumentar a força de fixação entre os componentes e aumentar o coeficiente de atrito das superfícies de contato.

A força de fixação entre os componentes é obtida aplicando-se pré-tensão aos parafusos, sendo necessário o uso de aço de alta resistência para os parafusos, daí o termo “conexões de parafusos de alta resistência”.

Em ligações aparafusadas de alta resistência, o coeficiente de atrito influencia significativamente a capacidade de carga. Experimentos mostram que o coeficiente de atrito é afetado principalmente pela natureza das superfícies de contato e pelo material dos componentes.

Para aumentar o coeficiente de atrito das superfícies de contato, a construção geralmente envolve métodos como jato de areia ou escovação metálica para tratar as superfícies de contato dentro da área de conexão.

Na verdade, os parafusos de alta resistência vêm em dois tipos: tipo de fricção e tipo 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 atrito. Para parafusos de alta resistência do tipo rolamento, o critério é que o eixo do parafuso não seja cisalhado ou as placas não sejam esmagadas.

Resistência à corrosão de parafusos de alta resistência em aço inoxidável

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

Todos os metais reagem com o oxigênio da atmosfera, formando uma película de óxido em sua superfície. Infelizmente, o óxido de ferro formado no aço carbono comum continua a oxidar, fazendo com que a ferrugem se expanda e eventualmente crie buracos. As superfícies de aço carbono podem ser protegidas com tinta ou metais resistentes à oxidação (como zinco, níquel e cromo) por meio de galvanoplastia. Contudo, como é vulgarmente conhecido, esta camada protectora é apenas uma película fina. Se a camada protetora estiver danificada, o aço subjacente começa a enferrujar.

A resistência à corrosão do aço inoxidável depende do cromo. Porém, como o cromo é um componente do aço, o método de proteção é diferente. Quando o teor de cromo ultrapassa 11,7%, a resistência do aço à corrosão atmosférica aumenta significativamente.

Embora um teor mais elevado de crómio ainda possa melhorar a resistência à corrosão, o efeito é menos pronunciado. Isso ocorre porque a liga de aço com cromo altera o tipo de óxido superficial, semelhante ao óxido formado no cromo metálico puro. Este óxido rico em cromo firmemente aderente protege a superfície de futuras oxidações. Esta camada de óxido é extremamente fina, permitindo que o brilho natural do aço brilhe, conferindo ao aço inoxidável 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 protector. Portanto, todos os elementos de aço inoxidável compartilham uma característica comum: seu teor de cromo é superior a 10,5%.

O significado das classes de desempenho de parafusos e porcas

Os graus de desempenho de parafusos e porcas para conexões de estruturas de aço são 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 superiores são feitos de aço-liga de baixo carbono ou aço de médio carbono e passam por tratamento térmico (têmpera e revenido), comumente conhecidos como parafusos de alta resistência. O restante é geralmente chamado de parafusos comuns.

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

Para um parafuso grau 4.6:

1. A resistência nominal à tração do material do parafuso é de 400 MPa;
2. A relação de limite de escoamento do material do parafuso é de 0,6;
3. A resistência ao escoamento nominal do material do parafuso é 400 × 0,6 = 240 MPa.

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

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

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

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

• O grau 8.8 tem uma resistência à tração nominal de 800 N/mm² e um limite de escoamento nominal de 640 N/mm².
• Geralmente, os parafusos são indicados por “XY”, onde X100 é igual à resistência à tração do parafuso em MPa e X100*(Y/10) é igual ao limite de escoamento do parafuso (já que por designação: limite de escoamento/resistência à tração = Y/10).

Por exemplo, um parafuso de grau 4.8:

• Possui resistência à tração de 400 MPa;
• E um limite de escoamento 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.

Em relação às unidades de medida: O mundo utiliza principalmente dois sistemas para medir comprimento. Um deles 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 (polegadas), equivalente à antiga polegada do mercado chinês, utilizada predominantemente nos Estados Unidos, no Reino Unido e em outros países ocidentais.

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

Tipos e características de rosca

Tipos de tópicos

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 em suas características estruturais e aplicações, eles são categorizados em três tipos principais:

1. Tópicos comuns: Possuem formato de dente triangular e são utilizados para conectar ou fixar componentes. As roscas comuns são divididas em roscas grossas e finas, sendo que as roscas finas oferecem maior resistência de conexão.
2. Tópicos de Transmissão: Essas roscas têm vários formatos de dentes, incluindo trapezoidais, retangulares, dente de serra e triangulares.
3. Roscas de vedação: Usado para vedar conexões, os tipos principais incluem roscas de tubos, roscas cônicas e roscas de tubos cônicos.

Classes de ajuste de linha

O ajuste da linha refere-se ao quão frouxa ou firmemente as roscas se encaixam umas nas outras. O grau de ajuste é determinado pela combinação de desvios e tolerâncias aplicadas às roscas internas e externas.

(1) Padrão de thread unificado:

As roscas externas têm três graus: 1A, 2A e 3A. As roscas internas têm três graus: 1B, 2B e 3B. Todos estes são ajustes com folga, com números de notas mais altos indicando ajustes mais apertados.

Nas roscas unificadas, os desvios são especificados apenas para os graus 1A e 2A. A nota 3A tem desvio zero e os desvios das notas 1A e 2A são iguais. Quanto maior o número da nota, menor será a tolerância.

• As classes 1A e 1B representam níveis de tolerância muito fracos, adequados para ajustes com folga em roscas internas e externas.
• As classes 2A e 2B são os níveis de tolerância de rosca mais comumente usados ​​para fixadores mecânicos da série Unified.
• As classes 3A e 3B fornecem o ajuste mais justo, adequado para fixadores com tolerâncias rigorosas usados ​​em projetos de segurança críticos.
• Para roscas externas, as classes 1A e 2A têm tolerância de ajuste, enquanto 3A não. A tolerância de 1A é 50% maior que 2A e 75% maior que 3A. Para roscas internas, a tolerância de 2B é 30% maior que 2A, 1B é 50% maior que 2B e 75% maior que 3B.

(2) Threads Métricos:

As roscas externas possuem três graus: 4h, 6h e 6g. As roscas internas têm três graus: 5H, 6H e 7H. (Os graus de precisão de rosca padrão japonês são divididos em níveis I, II e III, sendo II o mais comum). Em threads métricos, 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 comumente usada para roscas internas, normalmente usadas sem revestimento superficial ou com uma camada de fosfatização extremamente fina. O desvio básico de G é para ocasiões especiais, como revestimentos mais espessos, e raramente é usado.
• g é frequentemente usado para revestimentos finos de 6-9um. Por exemplo, se um desenho de produto especifica um parafuso de 6h, a rosca de pré-revestimento usaria uma faixa de tolerância de 6g.
• Os melhores ajustes de rosca são normalmente combinações de H/g, H/h ou G/h. Para fixadores de precisão, como parafusos e porcas, um ajuste de 6H/6g é recomendado como padrão.

(3) Marcação de linha

• Principais parâmetros geométricos de roscas autorroscantes e autoperfurantes:
• Diâmetro Maior/Diâmetro Externo (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 dos fios coincidem.
• Passo (p): A distância axial entre pontos correspondentes em roscas adjacentes ao longo da linha de passo. No sistema imperial, isso é indicado pelo número de fios por polegada (25,4 mm).

Abaixo estão as especificações comuns para passo (métrico) e contagem de fios (imperial):

• Roscas auto-roscantes métricas:

Especificações: 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

Passos: 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

Contagens de fios: fios AB 24, 20, 20, 19, 18, 16, 14, 14; Um fio 24, 20, 18, 16, 15, 12, 11, 10