Parafuso

Parafuso con cabeza hexagonal.

Denomínase parafuso a un elemento ou operador mecánico cilíndrico dotado de cabeza, xeralmente metálico, aínda que tamén pode ser de madeira ou plástico, utilizado na fixación dunhas pezas con outras, que está dotado dunha cana roscada con rosca triangular que, por medio dunha forza de torsión exercida na súa cabeza cunha chave axeitada ou cun desaparafusador, pódese introducir nun burato roscado á súa medida ou atravesar as pezas e acoplarse a unha porca.

O parafuso deriva directamente da máquina simple coñecida coma plano inclinado e sempre traballa asociado a un orificio roscado. Os parafusos permiten que as pezas suxeitas cos mesmos poidan ser desmontadas cando a ocasión o requira.

Historia

Sir Joseph Whitworth.

Os primeiros antecedentes do uso de roscas remóntanse ao parafuso de Arquímedes, desenvolvido polo filósofo grego cara ao ano 300 a. C. Nesa época adoitábase usar xa no val do río Nilo para a elevación de auga.

Durante o Renacemento as roscas comezaron a empregarse como elementos de fixación en reloxos, máquinas de guerra e outras construcións mecánicas. Leonardo da Vinci desenvolveu métodos para o tallado de roscas, mais seguiron fabricándose a man e sen ningún tipo de normalización até ben entrada a Revolución industrial.

En 1841 o enxeñeiro inglés Joseph Whitworth definiu a rosca que leva o seu nome, facendo William Sellers outro tanto nos Estados Unidos de América en 1864. Esta situación prolongouse até 1946, cando a Organización Internacional para a Estandarización (ISO) definiu o sistema de rosca métrica, adoptado actualmente en practicamente todos os países. A rosca métrica ten unha sección triangular formando un ángulo de 60º e cabeza un pouco truncada para facilitar o engraxado. Con todo, nos EUA segue a empregarse a norma da Sociedade de Enxeñeiros da Automoción (Society of Automotive Engineers, SAE).

Características dos parafusos

Os parafusos están fabricados en moitos materiais e aliaxes; nos parafusos realizados en metal a súa resistencia está relacionada coa do material empregado. Un parafuso de aluminio será máis lixeiro que un de aceiro (aliaxe de ferro e carbono) pero será menos resistente xa que o aceiro ten mellor capacidade metalúrxica que o aluminio; unha aliaxe de duraluminio mellorará as capacidades de resistencia do aluminio pero diminuirá as de tenacidade, xa que ao endurecer o aluminio con silicio ou metais como o cromo ou titanio, aumentarase a súa dureza pero tamén o seu coeficiente de fraxilidade a partirse. Os metais máis duros son menos tenaces xa que son calidades antagónicas. A maioría das aliaxes especiais de aceiros, bronces e aceiros inoxidables conteñen unha proporción de metais variable para adecuar o seu uso a unha aplicación determinada.

Sempre hai que usar o parafuso adecuado para cada aplicación. Se se usa un parafuso con demasiada resistencia de tensión (dureza) que non está axustado ao valor de deseño, podería romper, como rompe un cristal, por ser demasiado duro. Isto é porque os parafusos de alta tensión teñen menor resistencia a fatiga (tenacidade) que os parafusos cun valor de tensión máis baixo. Un parafuso composto por unha aliaxe máis branda poderíase deformar, pero sen chegar a partirse, co cal quizais non podería desmontarse pero seguiría cumprindo a súa misión de unión.

O estándar ISO márcase con dous números sobre a cabeza do parafuso, por exemplo "8.8". O primeiro número indica a resistencia de tensión (a dureza do material); o segundo número significa a resistencia a punto cedente, é dicir a tenacidade do material. Se un parafuso está marcado como 8.8, ten unha dureza (resistencia de tensión) de 800 MPa (megapascales), e unha tenacidade (resistencia de tensión) do 80 %. Unha marca de 10.9 indica un valor de tensión de 1000 MPa cunha resistencia a punto cedente de 900 MPa, 90 % de resistencia de tensión.

Os parafusos poden soportar ata un maior peso ou tracción, pero pasada a súa capacidade fenderan, podendo crebar. Os parafusos fabricados con aliaxes máis duras poden soportar un maior peso ou tracción, pero teñen igualmente un límite e menor tenacidade que os parafusos fabricados en aliaxes máis brandas. Se se usa un parafuso que foi sobre axustado, sexa cal for a súa dureza, pode crebar con facilidade xa que a súa resistencia de tensión (tenacidade) é moi baixa.

Os parafusos defínenos as seguintes características:

• Diámetro exterior da cana: no sistema métrico exprésase en mm e no sistema inglés en fraccións de polgada.
• Tipo de rosca: métrica, Whitworth, trapecial, redonda, en dente de serra, eléctrica, etc. As roscas poden ser exteriores ou machos (parafusos) ou ben interiores ou femias (porcas), debendo ser as súas magnitudes coherentes para que ambos elementos poidan enroscarse.
• Paso da rosca: distancia que hai entre dúas cristas sucesivas. No sistema métrico exprésase en mm e no sistema inglés polo número de fíos que hai nunha polgada.
• Sentido da hélice da rosca: a dereitas ou a esquerdas. A maioría dos parafusos ten rosca a dereitas, pero para aplicacións especiais, como en eixes de máquinas, contraporcas, etc. teñen algunha vez rosca a esquerdas. Os parafusos das rodas dos vehículos industriais teñen roscas de diferente sentido nos parafusos das rodas da dereita (a dereitas) que nos da esquerda (a esquerdas). Isto débese a que desta forma os parafusos tenden a apertarse cando as rodas viran no sentido da marcha. Así mesmo, a combinación de roscas a dereitas e a esquerdas é utilizada en tensores roscados. O tipo de rosca, métrica ou Whitworth, separadamente de ser debida ao país de orixe, ten distintas características físicas: a rosca inglesa ou Whitworth ten un paso máis reducido, polo cal a rosca métrica ten unha maior tendencia a afrouxarse soa polo movemento das pezas. Para evitar este problema optouse por diversas solucións, como crear variantes de rosca métrica de paso máis reducido ou usar porcas e arandelas especiais que impiden máis eficazmente que as pezas en movemento afróuxense soas.
• Material constituente e resistencia mecánica que teñen: salvo excepcións a maior parte de parafusos son de aceiro en diferentes grados de aliaxe e con diferente resistencia mecánica. Para madeira utilízanse moito os parafusos de latón.
• Tipo de cabeza: en estrela ou Phillips, Bristol, de pa e algúns outros especiais.

Tipos de parafusos

O termo parafuso utilízase xeralmente en forma xenérica: son moitas as variedades de materiais, tipos e tamaños que existen. Unha primeira clasificación pode ser a seguinte:

• Parafusos tirafondos para madeira
• Autorroscantes e autoperforantes para chapas metálicas e madeiras duras
• Parafusos tirafondos para paredes e muros de edificios
• Parafusos de roscas cilíndricas
• Varillas roscadas de 1m de lonxitude

Parafusos para madeira

Parafuso con rosca para madeira.

Os parafusos para madeira reciben o nome de tirafondo para madeira. O seu tamaño e calidade está regulado pola norma DIN-97 e teñen unha rosca que ocupa 3/4 da lonxitude da espiga. Poden ser de aceiro doce, inoxidable, latón, cobre, bronce, aluminio e poden estar galvanizados, niquelados, bicromatados, etc.

Este tipo de parafuso estréitase na punta como unha forma de ir abrindo camiño a medida que se insere para facilitar o autorroscado, porque non é necesario facer un buraco previo, e o filete é afiado e cortante. Normalmente enroscanse con desaparafusador eléctrico ou manual.

As súas cabezas poden ser planas, ovais ou redondeadas; cada cal cumprirá unha función específica.

Cabeza plana: úsase en carpintaría, en xeral, onde é necesario deixar a cabeza do parafuso mergullada ou a ras coa superficie.

Cabeza puntiaguda: a porción inferior da cabeza ten unha forma que lle permite afundirse na superficie e deixar sobresaíndo só a parte superior redondeada. Son máis fáciles para sacar e teñen mellor presentación que os de cabeza plana. Úsanse para a fixación de elementos metálicos, como ferramentas ou chapas de picaportes.

Cabeza redondeada: úsase para fixar pezas demasiado delgadas como para permitir que o parafuso se afunda nelas; tamén para unir partes que requirirán arandelas. En xeral empréganse para funcións similares aos de cabeza oval, pero en buracos sen embutir. Este tipo de parafuso resulta moi fácil de remover.

As cabezas poden ser de diferentes clases:

Cabeza fresada (rañura recta): teñen as rañuras rectas tradicionais.

Cabeza Phillips: teñen rañuras en forma de cruz para minimizar a posibilidade de que o desaparafusador se deslice.

Cabeza tipo Allen: cun oco hexagonal, para encaixar unha chave Allen.

Cabeza Torx: cun oco na cabeza en forma de estrela de deseño exclusivo Torx.

As características que definen aos parafusos de madeira son: tipo de cabeza, material constituente, diámetro da cana e lonxitude.

Parafusos tirafondos para paredes e madeira DIN-571

Hai unha variedade de parafusos que son máis grosos que os clásicos de madeira, que se chaman tirafondos e utilízanse moito para aparafusar os soportes de elementos pesados que van colgados nas paredes dos edificios, por exemplo, toldos, aparellos de aire acondicionado, etc. Nestes casos perforase a parede ao diámetro do parafuso elixido, e insérese un taco de plástico, a continuación se aparafusa o parafuso que rosca a presión o taco de plástico e así queda suxeito firmemente o soporte. Tamén se utiliza por exemplo para o aparafusado da madeira de grandes embalaxes. Estes parafusos teñen a cabeza hexagonal e unha gama de M5 a M12.

Diferentes tipos de cabeza de parafusos de chapa.

Autorroscantes e autoperforantes para chapas metálicas e madeiras duras

Ambos tipos de parafusos poden abrir o seu propio camiño. Fabrícanse nunha ampla variedade de formas especiais. Selecciónase o adecuado atendendo ao tipo de traballo que realizará e o material no cal se empregara.

Parafuso autorroscante.

Os autorroscantes teñen a maior parte da súa cana cilíndrica e o extremo en forma cónica. Poden ser de cabeza plana, oval, redondeada ou chata. A rosca é delgada, co seu fondo plano, para que a prancha se aloxe nel. Úsanse en láminas ou perfís metálicos, porque permiten unir metal con madeira, metal con metal, metal con plástico ou con outros materiais. Estes parafusos son completamente tratados (desde a punta ata a cabeza) e os seus bordos son máis afiados que os dos parafusos para madeira.

Nos autoperforantes a súa punta é unha broca, o que evita ter que facer perforacións guías para instalalos. Úsanse para metais máis pesados: van cortando unha rosca por diante da peza principal do parafuso.

As dimensións, tipo de cabeza e calidade están regulados por normas DIN.

Parafusos da raia cilíndrica para unións metálicas

Parafuso con cabeza Allen (hexagonal)  DIN  912.

Para a unión de pezas metálicas utilízanse parafusos con rosca triangular que poden ir atornillados nun buraco cego ou nunha porca con arandela nun buraco pasante.

Este tipo de parafusos é o que se utiliza normalmente nas máquinas e o máis importante que se require dos mesmos é que soporten ben os esforzos aos que están sometidos e que non se afrouxen durante o funcionamento da máquina onde están inseridos.

O destacable destes parafusos é o sistema da raia e o tipo de cabeza que teñan posto que hai variacións duns sistemas a outros. Polo sistema da raia os máis usados son os seguintes

• Rosca métrica de paso normal ou paso fino
• Rosca «inglesa» (británica) Whitworth de paso normal ou fino
• Rosca «americana» (estadounidense) SAE

Polo tipo de cabeza que teñan, os parafusos máis utilizados son os seguintes:

Parafuso fixado en buraco cego.

• Cabeza hexagonal: tipo DIN 933 e DIN 931
• Cabeza Allen: tipo DIN 912
• Cabeza avellanada
• Cabeza cilíndrica: tipo DIN 84
• Cabeza torx (con forma de estrela de seis puntas)

Debuxo de roscas e parafusos

Parafuso fixado con porca.

De acordo á Iram 4520* (1999), na súa ítem 2.1.2 “Representación convencional “, normalmente por convención, a representación dos filetes e das partes roscadas en todos os tipos de debuxo técnico simplifícanse como o mostra a figura adxunta (representación gráfica dun parafuso). Tanto nos parafusos como nos buracos roscados a crista que representa o coroamento da rosca represéntase con trazo continuo groso e a raíz con trazo fino. En vistas ocultas, ambas trazanse con trazo fino descontinuo. Nas seccións, o raiado prolóngase ata a coroa. Nunha vista de fronte dun parafuso, a liña que representa a raíz (diámetro ao fondo dunha rosca) abarcará aproximadamente 3/4 de circunferencia para evitar erros de interpretación (preferentemente aberto no cuadrante superior dereito). Nos debuxos de partes roscadas ensambladas (conxuntos), as liñas que representan a rosca externa (parafuso, perno roscado, tubo), mostrarase sempre cubrindo a interna e non estará oculta por ela.

Enténdese por coroamento ao diámetro maior en roscas externas (diámetro nominal da rosca) e ao diámetro menor en roscas internas (diámetro do buraco).

Cando falamos de raíz, refírese normalmente ao diámetro menor en roscas externas (diámetro ao fondo da rosca) e ao diámetro maior en roscas internas (diámetro nominal da rosca).

Representación gráfica dun parafuso.

Cabezas

Artigo principal: Lista de tipos de cabeza de parafusos.

O deseño das cabezas dos parafusos responde, en xeral, a dúas necesidades: por unha banda, conseguir a superficie de apoio adecuada para a ferramenta de aperte de forma tal que se poida alcanzar a forza necesaria sen que a cabeza rompa ou deforme. Por outro, necesidades de seguridade implican (mesmo en regulamentos oficiais de obrigado cumprimento) que certos dispositivos requiran ferramentas especiais para a apertura, o que esixe que o parafuso (se este é o medio elixido para asegurar o peche) non poida desenroscarse cun desaparafusador convencional, dificultando así que persoal non autorizado acceda ao interior.

Tipos de cabezas de parafusos.

Así, téñense cabezas de distintas formas:

• hexagonal (a)
• redonda ou alomada (b)
• cilíndrica (d, g)
• avellanada (c, e, f)
• combinadas con distintos sistemas de aperte:
  • hexagonal (a) ou cadrada para chave inglesa,
  • rañura ou entalla (b, c, d) e
  • Phillips ou estrela (f) para desaparafusador,
  • buraco hexagonal (e) para chave Allen,
  • moleteado (g) para aperte manual, etc.

Parafusos comerciais de cabeza hexagonal

Chave de bocas fixas.

Artigo principal: Chave (ferramenta).

A partir de determinados diámetros, o normal é que a cabeza dos parafusos comerciais sexa hexagonal, principalmente os que enroscan en pezas metálicas ou na súa correspondente porca. Hai varios tipos de parafusos comerciais de cabeza hexagonal fabricados segundo normas DIN que difiren uns doutros na lonxitude da rosca que teñen as súas canas.

Parafusos comerciais con cabeza Allen

Xogo de chaves Allen.

Do mesmo xeito que coas cabezas hexagonais hai varios modelos de parafusos con cabeza Allen todos eles normalizados segundo as normas DIN correspondente. Os parafusos con cabeza hexagonal utilízanse principalmente cando se teñen superficies lisas e as forzas de aperte non son moi elevadas.

Normalmente, este tipo de parafuso utilízase en traballos de matricería xa que a cabeza queda embutida dentro dos moldes. Tamén se utiliza para mecánica de automoción e motociclismo debido á facilidade que dá o aperte cando se atopan en lugares difíciles de acceder. Dependendo do seu groso e a partir dun longo, vén cun pescozo sen roscar.

Parafusos para aperte con desaparafusador

Artigo principal: Desaparafusador.

Desaparafusador eléctrico.

Cos modernos desaparafusadores eléctricos e pneumáticos que existen o uso de parafusos de autorroscado utilízase moito nos diversos tipos de carpintería tanto de madeira como metálica xa que é un sistema rápido de aparafusado. No aparafusado de pezas metálicas utilízase menos porque o par de aperte que se exerce é baixo e está exposto a que se afrouxe durante o funcionamento da máquina.

Fabricación de parafusos

Os parafusos son elementos presentes en case todos os campos de construcións metálicas, de madeira ou doutras actividades, por iso hai moitos tipos, tamaños, e procesos de fabricación.

Desde o punto de vista da utilización pódense citar os seguintes tipos de parafusos.

• Parafusos para usos xerais
• Parafusos de miniatura
• Parafusos de alta resistencia
• Parafusos inviolables
• Parafusos de precisión
• Parafusos grandes ou especiais
• Parafusos de titanio

Parafusos para usos xerais

Parafuso calidade 8.8.

A produción actual de parafusos está moi automatizada tanto no que respecta a a estampaxe da cabeza como á laminación da rosca. Por tanto é fácil atopar nos establecementos especializados o parafuso que se necesite, sempre que estea dentro da gama normal de fabricación.

Os parafusos normais diferencian a súa calidade en función da resistencia mecánica que teñen. A norma (EN ISO 898-1) establece o seguinte código de calidades 4.6, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 e 12.9. Os fabricantes están obrigados a estampar na cabeza dos parafusos a calidade á que pertencen. O primeiro número multiplicado por 100 indicaranos a resistencia á rotura en Newtons/mm². Por tanto, un parafuso 10.9 terá unha resistencia de 10100=1.000 N/mm². O segundo número indica que porcentaxe do límite de rotura é o límite elástico (é a tensión máxima que pode soportar un material «elástico» sen sufrir deformacións permanentes). Para traducilo a algo máis entendible, indica canto podemos apertar o parafuso sen que se deforme (e antes de partirse), por iso indícase como porcentaxe. Por tanto, un parafuso 10.9 terá un límite elástico de 900 N/mm².

En canto a dimensións todas están normalizadas por normas DIN, e os tamaños dispoñibles, en rosca métrica por exemplo con cabeza hexagonal, oscilan entre M3 e M68; a lonxitude dos parafusos estándar é variable nun chanzo de 5 mm, desde un mínimo a un máximo segundo sexa o seu diámetro. Con todo, se fose necesario dispoñer de forma esporádica de parafusos de maior lonxitude, fabrícanse unhas baleas roscadas de 1 m de lonxitude, onde é posible cortar á lonxitude que se desexe obter e cunha fixación de dúas porcas polos extremos realizar a fixación que se desexe.

Clase de resistencia	Resistencia a rotura Rm en [N/mm²]	Límite elástico Re en [N/mm²]	Nota
4.6	400	240
5.6	500	300
5.8	500	400
6.8	600	480
8.8	800	640	„Parafusos-HV“ Parafusos de alta resistencia para unións pretensadas
10.9	1000	900
12.9	1200	1080

Parafusos de miniatura

Xogo de desaparafusadores de precisión.

Co desenvolvemento de compoñentes electrónicos cada vez máis pequenos foi necesario desenvolver e fabricar tornillería especialmente pequena; este tipo de parafusos caracterízase por ser autorroscante en materias brandas tales como plásticos, e a súa cabeza está adaptada para ser accionados por desaparafusadores moi pequenas e de precisión; o material destes parafusos pode ser de aceiro inoxidable, aceiro normal ou latón.

Parafusos de alta resistencia

Os parafusos de alta resistencia desígnanse polas letras TR, seguidas do diámetro da cana e a lonxitude do vástago, separados polo signo x; seguirá o tipo de aceiro do que están construídos As porcas designaranse coas letras MR, o diámetro nominal e o tipo do aceiro.

As características do aceiro utilizado para a fabricación dos parafusos e porcas definidos como de alta resistencia están normalizadas.

O fabricante deste tipo de parafusos vese obrigado a entregar un certificado de garantía polo que non son necesarios os ensaios de recepción, a non ser que o Prego de Prescricións Técnicas Particulares impóñaos.

Os parafusos de alta resistencia levarán na cabeza, marcadas en relevo, as letras TR, a designación do tipo de aceiro, e o nome ou signo da marca rexistrada do fabricante.

Sobre unha das súas bases, as porcas de alta resistencia levarán, marcadas en relevo, as letras MR, a designación do tipo de aceiro, e o nome da marca rexistrada do fabricante.

Alternativamente, coa aparición dos eurocódigos nos últimos anos, a nomenclatura de Parafusos de Alta Resistencia sen pretensar pasou a ser métrica + lonxitude + clase de resistencia, onde a clase componse de dous números separados por un punto. O primeiro deles indica o valor nominal do límite de rotura por 100 (fub) en N/mm², e o segundo o valor nominal do límite elástico (fyb) en N/mm², sendo este valor o produto do límite de rotura por este segundo número dividido por 10.

Por exemplo, M18x120 10.9 indica un parafuso de alta resistencia métrica 18, lonxitude nominal 120 mm, límite de rotura 1000 N/mm² e límite elástico 900 N/mm². E M8x60 8.8 indica un parafuso de métrica 8, lonxitude nominal 60 mm, límite de rotura 800 N/mm² e límite elástico 640 N/mm².

Outros exemplos de clases de resistencia normalizados son 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9, 12.9.

Parafusos de precisión

Os parafusos de precisión instálanse cando as presións, esforzos e velocidades dos procesos esixen unións máis fortes e parafusos máis fiables que eviten fallos que poidan desencadear unha avaría na máquina ou estrutura onde van instalados.

Estes parafusos caracterízanse por ter unha resistencia extra aos esforzos de tracción e fatiga. A resistencia media que poden ter estes parafusos é de 1300 N/mm² fronte aos 1220  N/mm² que teñen os da gama ordinaria.

Esta gran resistencia posibilita a montaxe de parafusos de dimensións máis pequenas ou menos parafusos, aforrando espazo, material e tempo.

O perfil do filete destes parafusos é redondeado eliminando a punta V aguda que é a causa principal do fallo de moitos parafusos.

Parafusos inviolables

Parafuso e porca de grandes dimensións.

Os parafusos inviolables son un tipo de tornillería especial que unha vez aparafusados no lugar correspondente xa é imposible quitalos, a menos que se forcen e rompan. Isto é grazas ao deseño que ten a cabeza, que é inclinada no seu interior, de forma tal que se se tenta afrouxar sae a chave sen conseguilo. Son parafusos chamados antivandálicos e son moi utilizados en traballos de cerraxería realizados en sitios con acceso ás rúas ou lugares onde puidesen actuar persoas malintencionadas. Do mesmo xeito que se fabrican parafusos inviolables tamén se fabrican porcas inviolables. As normas destes parafusos da raia métrica corresponden á ISO-7380 e ISO-7991 e fabrícanse con cabeza Allen e con cabeza Torx.

Tamén se utilizan algúns aos que se lles axusta un selo á cabeza, impedindo introducir unha chave para afrouxalo. Estes parafusos véndense coa súa tapa correspondente, e adoitan ser para chave Allen. Como solución temporal ou improvisada, pódense introducir a golpe de martelo uns chumbos redondos de pesca no mesmo lugar.

Parafusos grandes ou especiais

Coas tecnoloxías modernas actuais é posible fabricar aqueles parafusos que polas súas dimensións sáianse da produción estándar. Para estes casos sempre se debe actuar de acordo ás especificacións técnicas que teña o parafuso que se desexa fabricar, tamaño, material, calidade etc.

Véxase tamén

Bibliografía

• Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de mecanizado. Madrid: Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5. 

• Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas. Madrid: Thomson. ISBN 84-283-1968-5. 

• Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat. ISBN 84-345-4490-3. 

Outros artigos

• Arandela
• Bulón