Guia completo para o conhecimento dos elementos de fixação

Os fixadores são componentes comuns amplamente utilizados na vida quotidiana. Hoje, iremos fornecer uma introdução detalhada às classificações, selecções e processos de fixação. Este guia está repleto de informações úteis e vale a pena guardá-lo.

Definição de Fixadores

Os fixadores, também conhecidos como peças normalizadas no mercado, são uma classe de componentes mecânicos utilizados para ligar de forma segura duas ou mais peças (ou componentes) numa única entidade.

Os parafusos são um termo coloquial para os elementos de fixação, mas são apenas um tipo de elemento de fixação.

As diferenças entre os vários elementos de fixação residem nas suas formas, tamanhos e materiais, permitindo-lhes satisfazer diferentes necessidades de aplicação. A principal função dos elementos de fixação é criar uma ligação mecânica que mantenha a posição e a integridade dos componentes.

Por exemplo, podem ligar duas ou mais peças ou fixar componentes a uma estrutura ou superfície. Os elementos de fixação caracterizam-se pela sua variedade, elevado grau de normalização, serialização e generalização. Na engenharia e na produção, os fixadores são indispensáveis para a construção de tudo, desde simples móveis a máquinas complexas, dispositivos electrónicos e navios.

Tipos de fixadores

1. Parafusos

Compostos por uma cabeça e um parafuso (um corpo cilíndrico com roscas exteriores), os parafusos são utilizados com porcas para fixar duas peças com orifícios passantes. Este tipo de ligação é designado por ligação de parafuso. A remoção da porca do parafuso pode separar as duas partes, tornando as ligações por parafuso amovíveis.

2. Pinos

Um tipo de fixador sem cabeça, com roscas externas em ambas as extremidades. Uma das extremidades deve ser aparafusada numa peça com um orifício de rosca interna, enquanto a outra extremidade passa através de uma peça com um orifício de passagem e é depois fixada com uma porca, criando uma ligação amovível designada por ligação de perno. Os pernos são utilizados principalmente quando a espessura da peça ligada é grande, exigindo uma estrutura compacta, ou quando é necessária uma desmontagem frequente, tornando as ligações por parafuso inadequadas.

3. Parafusos

Estes elementos de fixação também são constituídos por uma cabeça e um parafuso. Com base na sua utilização, podem ser divididos em três categorias: parafusos de máquina, parafusos de ajuste e parafusos para fins especiais. Os parafusos de máquina são utilizados para fixar peças com roscas internas a peças com orifícios passantes, sem necessidade de porcas (a isto chama-se uma união roscada e também é amovível). Os parafusos de ajuste são utilizados para fixar a posição relativa de duas peças. Os parafusos para fins especiais, como os parafusos de olhal, são utilizados para levantar peças.

4. Porcas

As porcas têm orifícios internos roscados e são geralmente de forma hexagonal, embora também possam ser quadradas ou cilíndricas. São utilizadas com parafusos, pernos ou parafusos de máquina para ligar firmemente duas peças, tornando-as numa única entidade.

5. Parafusos auto-roscantes

Semelhantes aos parafusos de máquina, mas com roscas especificamente concebidas para serem auto-roscantes. São utilizados para fixar duas peças metálicas finas, tornando-as numa única entidade. As peças precisam de ter orifícios pré-perfurados e, devido à elevada dureza destes parafusos, podem ser aparafusados diretamente nas peças, formando roscas internas. Este tipo de ligação também é amovível.

6. Parafusos para madeira

Semelhantes aos parafusos de máquina, mas com roscas concebidas para a madeira. Podem ser aparafusados diretamente em peças (ou componentes) de madeira para fixar uma peça metálica (ou não metálica) com um furo passante a um componente de madeira. Este tipo de ligação também é amovível.

7. Anilhas

Os fixadores planos e circulares são colocados entre a superfície de apoio de um parafuso, parafuso ou porca e a superfície da peça ligada. Aumentam a área da superfície de contacto, reduzem a pressão por unidade de área e protegem a superfície da peça ligada contra danos. As anilhas elásticas também podem evitar que as porcas se soltem.

Sugestões: Saber mais sobre "tipos de anilhas“.

8. Anéis de retenção

Utilizado nas ranhuras de veios ou orifícios para impedir que as peças nos veios ou nos orifícios se desloquem lateralmente.

9. Pinos

Utilizados principalmente para o posicionamento de peças, alguns podem também ligar peças, fixar peças, transmitir energia ou bloquear outros elementos de fixação.

10. Rebites

Constituídos por uma cabeça e uma haste, os rebites são utilizados para fixar duas peças com furos passantes, tornando-as numa única entidade. Este tipo de ligação é designado por rebitagem e não é amovível. Para separar as partes ligadas, o rebite deve ser destruído.

Dicas: Clique para saber mais sobre "tipos de rebites" e "métodos de ligação de peças“.

11. Conjuntos e conjuntos de ligação

Os conjuntos referem-se a um tipo de fixador fornecido em combinação, como um parafuso de máquina (ou cavilha, parafuso auto-roscante) combinado com uma anilha plana (ou anilha de pressão, anilha de bloqueio). Os conjuntos de ligação referem-se a combinações específicas de parafusos, porcas e anilhas fornecidas em conjunto, tais como conjuntos de ligação de parafusos hexagonais de alta resistência para estruturas de aço.

Características de aplicação de diferentes tipos de parafusos:

A partir da variedade de parafusos disponíveis, podemos resumir as suas características de aplicação da seguinte forma:

1. Parafusos, parafusos e pernos com porcas ou orifícios roscados: São utilizados principalmente para ligações de alta resistência que suportam cargas significativas. Têm estruturas simples e estáveis.

2. Parafusos auto-roscantes com furos pré-perfurados: São geralmente utilizados para fixar objectos leves, como interiores de automóveis e pequenas peças eléctricas, em chapas metálicas.

3. Fixadores de plástico como clipes e grampos: São normalmente utilizados para fixar cablagens e tubos de pequeno diâmetro em chapas metálicas.

4. Braçadeiras de mangueira e braçadeiras de anel: São frequentemente utilizados em sistemas hidráulicos de baixa pressão, sistemas pneumáticos, condutas de refrigeração, etc.

Seleção de elementos de fixação

Ao escolher os elementos de fixação adequados do inventário de elementos de fixação, considere não só o desempenho da fixação, mas também a facilidade de montagem, a facilidade de manutenção pós-venda, os requisitos estéticos e a eficiência de custos.

1. Determinar especificações e níveis de desempenho

A resistência e o coeficiente de atrito de cada parafuso são claramente definidos. A pré-carga que pode fornecer varia de acordo com as diferentes estratégias de binário, mas a pré-carga mínima pode ser determinada para uma determinada estratégia de binário.

Depois de determinar a pré-carga mínima necessária para o ponto de ligação, compare quais as especificações dos parafusos que podem fornecer pelo menos esta pré-carga mínima e escolha as especificações e classes de desempenho mais económicas.

Os passos gerais são os seguintes:

1. Determinar o tipo de ligação: está a suportar uma carga de tração, uma carga de corte ou uma combinação?

2. Determinar a carga de trabalho do conjunto de ligação com base no tipo de ligação.

3. Calcule as cargas axiais e de cisalhamento no parafuso.

4. Determinar a força mínima de aperto.

5. Verificar a pressão da superfície sobre as peças fixadas para evitar o esmagamento.

6. Determinar as especificações e os níveis de desempenho adequados.

2. Seleção dos tipos de cabeça

As formas das cabeças dos parafusos variam para se adaptarem a diferentes espaços de montagem, níveis de aperto e requisitos de aparência da ligação. As principais funções da cabeça são suportar e rodar, pelo que a seleção deve ter em conta estes factores.

Diagrama do tipo de cabeça	Nome	Notas de utilização
	Flange hexagonal	Os parafusos de alta resistência devem, de preferência, utilizar cabeças de flange hexagonais, que reduzem o risco de esmagamento das peças fixadas em comparação com os parafusos de cabeça hexagonal.
	Cabeça sextavada	Não recomendado, geralmente utilizado com anilhas de pressão e anilhas planas.
	Cabeça de soquete hexagonal	Selecionado apenas para parafusos de alta resistência com espaço de aperto limitado.
	Escareado	Utilizado principalmente em posições que requerem planicidade após a fixação, como a fixação de fechos em portas de correr. As dimensões do furo escareado devem cumprir rigorosamente as normas nacionais.
	Cabeça de panela	Utilizado principalmente para superfícies de rolamento planas que não requerem cabeças escareadas, e é mais económico em comparação com as cabeças escareadas.
	Torx	Preferencialmente utilizadas em vez de cabeças Phillips para chaves internas, uma vez que são menos susceptíveis de escorregar e podem suportar um maior binário.

3. Seleção do tratamento de superfície

1. O princípio para selecionar a cor do fixador é combiná-la com as peças fixadas. Para peças não visíveis, dê prioridade à utilização da cor prateada.

2. Em função das peças utilizadas, podem ser adoptados diferentes graus de proteção contra a ferrugem.

3. Para graus de desempenho mecânico superiores a 8,8, não se recomenda a utilização de zincagem e passivação para o tratamento de superfície. Em geral, recomendam-se revestimentos de flocos de zinco não electrolíticos. Para anilhas de mola e outros elementos de fixação com dureza superior a 350HV, evitar a utilização de zincagem e passivação para prevenir a falha por fragilização por hidrogénio.

4. Seleção do grau de compatibilidade

Geralmente, as classes de desempenho mecânico das porcas devem corresponder às das cavilhas, pernos ou parafusos, como se segue:

1. As porcas de grau 8 podem ser combinadas com cavilhas, pernos ou parafusos de grau 8.8.

2. As porcas de grau 10 podem ser combinadas com cavilhas, pernos ou parafusos de grau 10.9.

3. As porcas de grau 12 podem ser combinadas com cavilhas, pernos ou parafusos de grau 12.9.

Geralmente, as porcas de grau de desempenho superior podem substituir as porcas de grau inferior. Por exemplo, as porcas de grau 10 podem substituir as porcas de grau 8 para combinar com parafusos, cavilhas ou parafusos de grau 8.8.

5. Seleção dos processos de fixação

Antes de escolher um processo de fixação, os projectistas devem determinar se o produto requer desmontagem e manutenção. Por exemplo, produtos como detectores de incêndio, controlos remotos de TV e terminais de informação portáteis devem permitir que os consumidores os desmontem para substituir as pilhas. Por outro lado, produtos como secadores de cabelo e dispositivos médicos descartáveis geralmente não precisam de ser concebidos para desmontagem ou manutenção. Além disso, alguns designers podem conceber especificamente componentes para serem invioláveis, impedindo os consumidores de desmontar facilmente os produtos (por exemplo, produtos electrónicos).

Produtos que necessitam de manutenção amovível

Parafusos, cavilhas e juntas de encaixe (ou seja, clipes de plástico) são os métodos de fixação mais utilizados em produtos que requerem manutenção amovível. Os parafusos e as cavilhas fornecem cargas de aperto, comprimindo os componentes no conjunto. Quando o binário dos parafusos excede o ponto de contacto entre a cabeça e as peças correspondentes, o requisito de fixação é cumprido. Em comparação com as juntas de encaixe, os parafusos e as cavilhas oferecem uma melhor retenção, enquanto as juntas de encaixe dependem mais da resistência dos próprios componentes de plástico.

As juntas de encaixe proporcionam retenção através do encravamento de vários componentes. As juntas de encaixe permitem uma montagem rápida e simplificam o processo de montagem global devido ao menor número de peças na lista de materiais. Se for necessária uma retenção mínima em produtos de plástico, as juntas de encaixe são normalmente preferidas. Como mostra a imagem acima, a maioria das calculadoras de bolso utiliza juntas de encaixe na tampa da bateria para facilitar a substituição da bateria pelos consumidores.

Dicas: Clique para saber mais sobre "tipos de encaixes“.

Produtos permanentes

Pinos sólidos, adesivos, parafusos, cavilhas e juntas de encaixe são métodos comuns para a fixação permanente de componentes. Embora os projectistas muitas vezes não exijam especificamente que os novos produtos adoptem designs de manutenção amovíveis, muitos produtos continuam a utilizar fixadores amovíveis, como parafusos, para familiarizar os operadores com a sua utilização. Como se pode ver na imagem acima, a maioria das calculadoras de bolso utiliza parafusos para ligar as caixas de plástico, apesar de os consumidores não precisarem de desmontar os componentes durante a vida útil do produto.

Os pinos sólidos e os adesivos são os métodos de fixação preferidos para componentes permanentes porque proporcionam uma excelente retenção para materiais plásticos. Os adesivos unem vários componentes, proporcionando retenção, enquanto os pinos sólidos provocam a deformação do material de base, criando interferência e proporcionando retenção. Note-se que os pinos sólidos com caraterísticas de retenção (por exemplo serrilhadoOs pinos de fixação (p. ex., espigões) são melhores do que os pinos simples porque permitem tolerâncias de furo maiores e reduzem a tensão nos componentes de plástico. A resistência à violação ajuda a reduzir os riscos de garantia, danos no produto ou exposição ambiental (por exemplo, humidade, partículas).

Além disso, os fixadores de manutenção amovíveis (por exemplo, parafusos) representam riscos de segurança significativos (riscos de asfixia) em produtos como brinquedos para crianças. Para artigos de manutenção não amovíveis, os pinos sólidos e os adesivos são normalmente os métodos de fixação preferidos.

Pinos sólidos

Os pinos maciços podem ser facilmente instalados utilizando uma prensa, seja ela manual ou totalmente automática. Durante a instalação, a prensa aplica uma força linear para conduzir os pinos até atingirem uma distância de paragem pré-determinada. Para componentes com múltiplos furos, uma prensa pode ser utilizada para instalar vários pinos sólidos em simultâneo. Por conseguinte, o ciclo de montagem de pinos sólidos é mais rápido do que o de parafusos ou cavilhas. Os pinos maciços têm a taxa de falha mais baixa em comparação com outros métodos de fixação quando os componentes são fixados e orientados corretamente. O equipamento utilizado para instalar pinos sólidos requer uma manutenção mínima.

Por razões estéticas, alguns pinos sólidos estão ocultos na montagem final.

Adesivos

As colas podem ser aplicadas com pistolas manuais ou equipamento de aplicação automática. Normalmente, é necessária uma preparação da superfície dos componentes de base. O processo de aplicação de adesivo durante a montagem é bastante complexo e requer operadores qualificados. A aplicação de uma quantidade demasiado pequena ou demasiado grande de adesivo num único componente pode causar falhas no terreno. Além disso, muitas colas requerem controlo de temperatura, controlo de pressão e/ou mistura com diferentes fluidos antes do contacto com os componentes de base. Após a aplicação, as colas são submetidas a um processo de cura que, em alguns casos, pode demorar mais de 24 horas!

O equipamento de distribuição de adesivos requer uma manutenção e monitorização extensivas, porque os adesivos podem ser problemáticos. Os contaminantes podem causar o bloqueio do equipamento e muitas colas têm um prazo de validade limitado. Estes factores aumentam o custo e a complexidade do processo de montagem e reduzem a disponibilidade da máquina. Devido às inúmeras variáveis, o maior desafio pode ser a repetibilidade e o controlo.

Parafusos

Depois de os parafusos serem inseridos nos componentes hospedeiros, podem ser instalados utilizando chaves de fendas manuais de binário ou chaves de fendas automáticas fixas. Ambos os tipos de aparafusadoras rodam os parafusos até ao valor de binário especificado. É importante perceber que este processo é muito mais complexo do que a instalação de pinos sólidos. Os fabricantes podem deparar-se com problemas quando alinham os parafusos com a broca de acionamento e fixam os parafusos no lugar. Se os parafusos não estiverem totalmente alinhados, podem riscar o plástico do hospedeiro, resultando em desperdício de componentes. Outro problema comum ao instalar parafusos diretamente no plástico é que os parafusos podem soltar-se com o tempo devido a fluência do plástico ou relaxamento de tensão. Embora os parafusos sejam baratos, prontamente disponíveis e familiares aos operadores, eles apresentam desafios durante a montagem.

Parafusos

Os parafusos funcionam de forma semelhante aos parafusos, exceto que são enroscados em porcas ou inserções de metal em vez de em suportes de plástico. Dos métodos de fixação aqui abordados, os parafusos proporcionam a maior retenção. Quando utilizados com porcas ou inserções roscadas, os parafusos permitem uma montagem e desmontagem ilimitadas sem danificar o plástico. As ligações correctas dos parafusos em componentes de plástico requerem três partes separadas: o parafuso, uma manga limitadora e uma porca ou inserção roscada. Isto aumenta a lista de materiais, a complexidade e o custo do processo de montagem. A menos que os métodos de fixação alternativos não consigam atingir a carga de aperto necessária, as ligações por parafuso devem ser evitadas.

Juntas de encaixe

As juntas de encaixe são normalmente montadas manualmente, pressionando os componentes uns contra os outros. O processo de montagem pode variar significativamente consoante a conceção dos componentes de encaixe. Algumas juntas de encaixe são concebidas para uma manutenção amovível, enquanto outras são permanentes. Ao utilizar juntas de encaixe, os fabricantes podem minimizar o número total de peças utilizadas em cada montagem. Esta abordagem acaba por reduzir os custos, o inventário e as dificuldades de manuseamento. No entanto, em comparação com outros métodos de fixação, as juntas de encaixe oferecem a retenção mais baixa porque dependem da resistência dos próprios componentes de plástico. As juntas de encaixe são preferidas para componentes sujeitos a ambientes de carga mínima. No entanto, as juntas de encaixe são propensas a falhas e podem representar riscos ambientais, tais como riscos de asfixia.

Ao projetar caixas de plástico, os projectistas têm de considerar o desempenho, a simplicidade, o custo dos fixadores e o custo de montagem. Recomenda-se que os engenheiros de conceção colaborem com os engenheiros de fabrico no início da fase de conceção para considerar todo o processo de montagem. Na maioria dos casos, a conceção final do novo produto não tem em conta o ciclo de montagem, a taxa de desperdício, o custo de manutenção e o comportamento do consumidor ao longo da vida útil do produto.

Conclusão

Como componentes industriais chave que ligam diferentes peças, a importância dos elementos de fixação na produção industrial não pode ser subestimada. Se os fixadores falharem ou se desapertarem, podem levar a falhas na máquina ou no equipamento, resultando em tempo de inatividade, atrasos na produção, perdas e riscos de segurança. Por conseguinte, a utilização de fixadores fiáveis e de alta qualidade e de métodos de fixação correctos na produção industrial é crucial.