A História do Parafuso

Apesar do parafuso rosqueado datar do século XV, o parafuso não-rosqueado é bem mais antigo. Documentos mostram que parafusos não-rosqueados serviram na época romana como pivôs para portas e como cunha (uma barra com um furo no qual uma cunha era colocada para que o parafuso não fosse movido). Os romanos parecem ter sido também os primeiros a desenvolver o prego para madeira, feitos de bronze e até prata. Sua rosca era afilada a mão ou consistia de um fio enrolado em volta de uma haste e soldado. Aparentemente esta invenção desapareceu com o Império Romano, já que o primeiro documento impresso de parafusos consta num livro do começo do século XV. Mais tarde, no mesmo século , Johann Gutenberg incluiu parafusos entre os fixadores na sua impressora. A tempo os relojoeiros e as armadeiras também dependiam de parafusos. Os cadernos de Leonardo da Vinci, do século XV e começo do XVI, incluem vários desenhos de máquinas cortadoras de parafusos mas a primeira máquina real para este propósito foi inventada em 1568 por Jacques Besson, um matemático Francês. Pelos fins do século XVII, parafusos já eram componentes comuns nas armas de fogo.

Com estes progressos, o parafuso sem rosca e o conceito de rosca estavam à mão, mas a porca viria mais tarde, assim como a idéia de colocar rosca e a porca no parafuso. A primeira referência impressa de porca rosqueada apareceu no fim do século XVI e começo do século XVII. Como os primeiros parafusos, as primeiras porcas eram feitas à mão, sendo extremamente grosseiras. Aparentemente no início do século XVII porcas eram colocadas nos parafusos da época, que tinham lados retos e uma ponta cega.

Um livro de 1611 menciona em inglês "a porca para um parafuso". Mas para a rosca da porca combinar com a do parafuso era uma questão de sorte, quando dava certo a porca e o parafuso eram deixados juntos até serem instalados numa máquina ou numa construção. Pode-se supor que foi só com a Revolução industrial que as porcas e parafusos tornaram-se comuns entre os fixadores. Se numa época tão abrangente pode ter havido "um início", este foi com a invenção da máquina a vapor em 1765 por James Watt. Ficou claro aos fabricantes de máquinas na época que fixadores rosqueados eram cruciais para um eficiente desempenho mecânico, para fácil montagem e para assegurar operações de responsabilidade. Várias invenções bem conhecidas da época dependiam extensivamente de fixadores rosqueados. Entre eles estava a maquina de tecer de James Hargreaves e o descaroçador de algodão de Eli Whitney.

Foi Whitney que mostrou em 1801 o caminho para o próximo conceito fundamental: a intercambialidade das partes. Naquele ano, ele se apresentou a um grupo de oficiais em Washigton que incluía o presidente e o vice Jefferson. Ele empilhou várias partes idênticas que constituíam uma mosqueta e pegando uma peça de cada pilha, montou rapidamente em mosqueta completa. A idéia foi tão bem aceita que logo foi fator importante do sucesso de várias outras invenções, entre elas a pistola de mão de Samuel Colt, o martelo hidráulico de James Nasmith e a máquina de costura de Elias House.

Um problema que persistia até o século XIX era a falta de uniformidade do rosqueamento de porcas e parafusos. Até o fim do século XVIII a técnica padrão para formas de roscas largas era a colocação de uma matriz ou de um instrumento de corte contra um parafuso quente sem rosca.

Roscas menores eram cortadas por um torno mais primitivo. Geralmente o instrumento cortante tinha que ser mantido contra o "blank" pelo operador, o que significava ser virtualmente impossível obter roscas uniformes.

Por volta de 1800 o torno mecânico foi aperfeiçoado com deslizadores e com conjunto de engrenagens de tal forma que a rosca do parafuso de chumbo podia ser reproduzida com boa acuridade, mas ainda não havia um sistema para adequar o número de fios de rosca com diâmetro do parafuso. Nesta época Nasmyth declarava: "Todos os parafusos e suas porcas correspondentes precisam ser marcadas como pertencentes em ao outro. Qualquer mistura traz grandes complicações e despesas, como também ineficiência e confusão - especialmente quando partes de uma máquina complexa precisam ser desmontadas para conserto".

O homem que alterou esta situação foi o inventor inglês Henry Maudeslay. Em 1800, ele construiu o primeiro equipamento que possibilitava o operador fazer parafusos com qualquer passo* e diâmetro. *(passo é a distância da crista de um fio de rosca até a crista do próximo fio). O maior diâmetro é medido da crista de um fio de rosca até a correspondente crista do lado oposto do parafuso. O menor diâmetro é medido desde o vale entre duas roscas até o correspondente vale do lado oposto. Seu contemporâneo Charles Holtzapffel escreveu no seu trabalho de cinco volumes sobre Manipulação Mecânica entre 1980 e 1810 Maudslay "efetuou uma mudança quase total do antigo e imperfeito sistema de produzir parafusos para um modo moderno exato e científico, agora generalizado entre os engenheiros".

O equipamento de corte de parafusos serviu por vários anos como método principal na produção de fixadores rosqueados. Hoje a técnica padrão é a de rolar roscas, mantendo as matrizes rosqueadas contra o parafuso ainda sem rosca ("blank") e gira-lo. A principal diferença é que o torno corta a rosca, removendo o material do "blank", enquanto as matrizes rolantes formatam a superfície do "blank" sem perda de material.

Por volta da metade do século XIV, Willian Ward, de Fort Chester (NY), desenvolveu as máquinas para o forjamento a quente de porcas e parafusos. Neste processo a matéria prima é aquecida até uns 870ºC, dependendo do material, e alimentada as matrizes de forma. Mais tarde Ward desenvolveu as máquinas para realizar o mesmo serviço a frio. O processo é bastante semelhante, com a exceção de que o aço não é aquecido. As matrizes precisam ser fortes e a máquina que os sustenta deve ser capaz de exercer forças poderosas. Um produto formado a frio pode ser feito com tolerâncias dimensionais menores do que a quente e é mais forte. Forjamento a frio é atualmente o método básico para a produção em massa de porcas e parafusos.

No fim do século XIX a produção em massa de fixadores foi gradualmente convertida da usinagem da matéria prima para o forjamento contínuo a frio de rolos de aço. Um tarugo é transferido através de uma série de matrizes e emerge como parafuso "blank" no qual a rosca é rolada para terminar a operação. O forjamento contínuo a frio é o processo pelo qual a maioria das porcas e parafusos são feitos hoje.

A padronização

A capacidade de fazer roscas uniformes não foi suficiente para garantir a uniformidade, visto que cada fabricante preferia ter seu próprio padrão. Era necessário definir padrões nacionais e internacionais. Na Inglaterra o próprio passo significativo neste sentido ocorreu em 1841, quando Joseph Whitworth apresentou ao Instituto dos engenheiros civis seu trabalho "Um sistema uniforme de roscas de parafusos".

Whitworth propôs que para parafusos de certas dimensões as roscas deveriam ser iguais em passo, profundidade e forma. Ele recomendou um ângulo de 55 graus entre um lado do fio de rosca e outro. O número de fios por polegada deveria ser especificado para cada diâmetro de parafuso. A rosca devia ser arredondada na crista e no vale em 1/6 de profundidade. Em 1881 o sistema de Whitworth já tinha sido adotado como padrão britânico.

Nos EUA o movimento para padronização começou em 1864. William Sellers, um montador de ferramentas de máquinas na Filadélfia, persuadiu o Instituto Franklin daquela cidade a reunir um comitê que procuraria estabelecer padrões nacionais. Sellers tinha várias objeções ao sistema de Whitworth. Dizendo que o ângulo de corte de 55 graus era difícil de aferir, argumentava que 60 graus era o ideal e que resultaria em roscas mais resistentes. Ele também achava que o padrão de arredondamento da rosca de Whitworth resultava num encaixe incerto entre parafuso e porca resultando roscas mais frágeis, ele propôs roscas com cristas e vales planos.

O Instituto Franklin acabou por adotar o sistema Sellers recomendando-o como padrão nacional onde roscas de parafusos devem ser feitos de lados planos com ângulo entre eles de 60 graus, tendo uma superfície plana no topo e no fundo igual a 1/8 do passo. Pelo fim do século o sistema de Sellers já era padrão para os EUA e boa parte da Europa.

A incompatibilidade dos sistemas Whitworth e Sellres trouxe dificuldades nas 1ª e 2ª Guerras mundiais, quando as forças armadas americanas e britânicas precisavam de peças intercambiáveis. Desde 1918 e continuando até 1948, os dois países os dois países estudaram as formas para reconciliar os sistemas. Numa conferencia em Washington em 1948, os EUA, Canadá e Grã-Bretanha adotaram o sistema unificado que incorpora aspectos do sistema Whitworth e Sellers. O papel principal na padronização das roscas de parafusos em polegada foi do Instituto Industrial de Fixadores, constituído pelos maiores produtores de fixadores da América do Norte.

No mesmo ano a Organização Internacional para a Padronização (ISO) iniciou um trabalho para estabelecer um sistema padrão de rosca de parafuso que pudesse ser aplicado mundialmente. Quando o trabalho terminou em 1964 e foi adotado numa conferência internacional em Nova Deli, consistia em dois sistemas: O sistema ISO polegada (ISO Inch Screw Thread System) o mesmo que sistema unificado e o sistema ISO métrico (ISO Metric Screw Thread System), que era uma nova fórmula para substituir os diversos sistemas métricos nacionais.

Com base no argumento de que os fixadores feitos de acordo com o sistema métrico eram inferiores aos feitos de acordo com a norma ISO polegada, o Instituto de Fixadores Industriais recomendou em 1970 que um sistema métrico mais aperfeiçoado fosse desenvolvido. Em 1971 o grupo propôs o Sistema Métrico Ótimo (Optimum Metric Fastener System). Entre outras coisas, o plano previa um perfil baseado no formato que tornou-se padrão para fixadores aeroespaciais e fixadores com melhor resistência à fadiga. A proposta levou a um sistema similar que agora é o padrão métrico internacional:o sistema ANSI/ISO (ANSI: American National Standards Institute).

Várias outras organizações se preocupam com padrões de fixadores, freqüentemente especificando quais são os fixadores padronizados mais apropriados para uma determinada indústria. Nos EUA essas organizações incluem a American Society for Testing and Materials (ASTM), a American National Standards Institute (ANSI), a Society of Automotive Engeneers e outros. Tomados em conjunto, suas atividades incluem por volta de 8000 padrões para fixadores, que cobrem assuntos como: material, configuração, dimensões, tolerâncias e características mecânicas. Se forem incluídos os fixadores especiais, os diversos acabamentos e revestimentos superficiais junto de todas as combinações de diâmetros e comprimentos, o total de itens na área de fixadores supera os dois milhões.

Fonte de pesquisa: ITF: Instituto Tecnológico de Fixação