اتصال دهنده های فولاد کربنی: مهره های شش گوش، پیچ و مشخصات

اتصال دهنده های فولاد کربنی - از جمله مهره های شش ضلعی فولاد کربنی، مهره های شش گوش و پیچ های شش ضلعی- گسترده ترین دسته اتصال دهنده ها در مهندسی سازه، مکانیک و صنایع هستند. زیرا آنها ترکیبی بهینه از استحکام کششی، ماشین‌کاری و کارایی هزینه را ارائه می‌دهند که هیچ ماده بست رایج دیگری در مقیاس آن را تکرار نمی‌کند. هندسه شش ضلعی صرفاً معمولی نیست: حداکثر تعداد صفحات درگیر آچار را در کوچکترین پوشش مواد فراهم می کند و امکان اعمال گشتاور قابل اعتماد در مجموعه های محدود را فراهم می کند. انتخاب درجه مناسب فولاد کربنی، کلاس ویژگی، استاندارد ابعادی و پوشش سطحی برای یک کاربرد معین، تعیین می‌کند که آیا یک مجموعه اتصال دهنده در طول عمر طراحی خود به طور قابل اعتماد عمل می‌کند یا به یک تعهد تعمیر و نگهداری تبدیل می‌شود. این راهنما همه چیزهایی را که برای مشخص کردن، منبع و نصب صحیح بست های شش گوش فولاد کربنی لازم است را پوشش می دهد.

چرا فولاد کربنی بر تولید بست ها غالب است؟

فولاد کربنی - آهن آلیاژ شده با کربن در غلظت های بین 0.05٪ تا 1.0٪ - ماده اساسی برای صنعت اتصال دهنده های جهانی است. تقریباً 70 تا 75 درصد تمام بست های تولید شده در سراسر جهان از فولاد کربنی ساخته شده اند ، سهمی از بازار که منعکس کننده ترکیب منحصر به فرد مواد مربوط به عملکرد اتصال دهنده است.

خواص مکانیکی که برای اتصال دهنده ها مهم است

• استحکام کششی: اتصال دهنده های فولاد کربنی در طیف وسیعی از مقاومت در دسترس هستند - از 400 مگاپاسکال (کلاس املاک 4.6) به پایان 1200 مگاپاسکال (کلاس املاک 12.9) - با تغییر محتوای کربن و اعمال عملیات حرارتی. این محدوده طیف کاملی از اتصالات ساختاری سبک تا اتصالات پیچی پیش بار بالا در تولید برق و ماشین آلات سنگین را پوشش می دهد.
• شکل پذیری: فولاد کربنی در هنگام شکست ازدیاد طول قابل توجهی را حفظ می کند (معمولاً 8 تا 14٪ بسته به درجه) ، به بست ها اجازه می دهد تا قبل از شکستگی تحت بار اضافی کمی تغییر شکل دهند - هشدار قابل مشاهده ای در مورد آسیب مفصل ارائه می دهد که مواد شکننده مانند فولاد ابزار سخت شده چنین نمی کنند.
• ماشینکاری و شکل پذیری سرد: فولادهای کم کربن و متوسط را می توان با سر سرد و با رزوه نورد با نرخ تولید بالا، ساخت خودکار میلیون ها بست ثابت ابعادی در روز با هزینه رقابتی را امکان پذیر کرد.
• قابلیت عملیات حرارتی: نمرات کربن بالاتر (0.35-0.55٪ C) به عملیات حرارتی خاموش و اعتدال پاسخ می دهد، و امکان ارتقاء کلاس ویژگی را از 8.8 به 10.9 با استفاده از مواد پایه یکسان با پردازش حرارتی متفاوت فراهم می کند.

فولاد کربن در مقابل گزینه های جایگزین در کاربردهای اتصال دهنده ها

اتصال دهنده های فولادی ضد زنگ مقاومت بهتری در برابر خوردگی دارند اما هزینه 3-6 برابر بیشتر است نسبت به اتصال دهنده های فولاد کربنی معادل و به کلاس های ویژگی تا 8.0 در گریدهای آستنیتی محدود می شود - برای پیچ و مهره های ساختاری با پیش بارگذاری بالا کافی نیست. اتصال دهنده های آلومینیومی سبک وزن هستند اما دارای استحکام کششی محدود به حدود 300 مگاپاسکال هستند. اتصال دهنده های تیتانیوم استحکام بالا را با وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی عالی ترکیب می کنند، اما در 10-20 برابر هزینه از فولاد کربنی، آنها برای کاربردهای هوافضا و موتوراسپرت محفوظ هستند. برای کاربردهای کلی ساختاری، خودروسازی، کشاورزی و صنعتی، فولاد کربن بهترین پیشنهاد ارزش را ارائه می دهد.

کلاس های خواص فولاد کربنی: درک درجه های مقاومت

سیستم بست متریک ISO، استحکام پیچ و مهره را بر اساس کلاس ویژگی طبقه‌بندی می‌کند - یک کد دو عددی که هم حداقل استحکام کششی و هم نسبت تسلیم به کشش را مستقیماً در نامگذاری رمزگذاری می‌کند. درک کلاس اموال مهمترین مهارت سواد فنی برای مشخصات بست است.

نحوه خواندن تعیین طبقه املاک

برای یک پیچ مشخص شده است 8.8 : عدد اول (8) ضرب در 100 حداقل استحکام کششی را بر حسب مگاپاسکال (800 مگاپاسکال) نشان می دهد. عدد دوم (8) ضرب در عدد اول، نسبت قدرت تسلیم را به صورت درصد بیان می کند (8 × 10 = 80%)، بنابراین حداقل قدرت تسلیم = 800 × 0.80 = 640 مگاپاسکال . این سیستم به طور مداوم در تمام کلاس‌های ویژگی متریک ISO اعمال می‌شود.

کلاس های املاک آجیل

آجیل از سیستم کلاس اموال تک عددی استفاده می کند. کلاس ویژگی مهره باید برابر یا بیشتر از کلاس ویژگی پیچ جفت شود برای اطمینان از اینکه ساقه پیچ قبل از نوار رزوه های مهره به بار ثابت می رسد. جفت های رایج: مهره های کلاس 8 با پیچ 8.8. مهره کلاس 10 با پیچ و مهره 10.9؛ مهره کلاس 12 با پیچ 12.9. استفاده از مهره کلاس 8 روی پیچ 10.9 یک مجموعه نامتناسب ایجاد می کند که ممکن است قبل از اینکه پیچ به بارگذاری اولیه طراحی برسد، رزوه مهره کنده شود.

پیچ های شش گوشه فولاد کربنی: انواع، استانداردها و مشخصات ابعادی

پیچ‌های شش‌ضلعی فولاد کربنی - که بسته به تحمل ابعادی و پوشش سطح یاتاقان، پیچ‌های درپوش شش گوش یا پیچ‌های سر شش گوش نیز نامیده می‌شوند - رایج‌ترین هندسه اتصال دهنده‌ها در مهندسی سازه و مکانیک هستند. سر شش ضلعی شش آچار تخت را برای اعمال گشتاور فراهم می کند، تنش باربری را بر روی یک ناحیه واشر مشخص توزیع می کند و با هدینگ سرد و آهنگری گرم در همه اندازه ها از M3 تا M100 و بالاتر قابل تولید است.

استانداردهای ISO در مقابل DIN در مقابل ASME برای پیچ های شش گوش

استانداردهای سه بعدی اصلی بر پیچ های شش گوشه فولاد کربنی در تجارت جهانی حاکم است. درک اینکه کدام استاندارد برای یک برنامه خاص اعمال می شود، از ناسازگاری ابعادی پرهزینه جلوگیری می کند:

• ISO 4014 / ISO 4017 (ISO Metric): ISO 4014 پیچ های شش گوش را با ساقه های نیمه رزوه ای پوشش می دهد. ISO 4017 پیچ های شش گوش کاملاً رزوه دار را پوشش می دهد. اینها استانداردهای غالب بین المللی برای اتصال دهنده های متریک هستند که گام نخ، ارتفاع هد، عرض در سراسر تخت و ابعاد سطح بلبرینگ را مشخص می کنند. طبق ISO 898-1 روی سر مشخص شده است.
• DIN 931 / DIN 933: استانداردهای آلمانی که مقدم بر استانداردهای ISO بوده و به طور گسترده در ماشین آلات صنعتی اروپا مشخص شده است. DIN 931 (تا حدی رزوه‌دار) و DIN 933 (کاملاً رزوه‌دار) از نظر ابعاد نزدیک به ISO 4014/4017 هستند اما همیشه قابل تعویض نیستند—ارتفاع و عرض سر در سرتاسر تخت‌ها در برخی از اندازه‌ها متفاوت است. اتصال دهنده های مشخص شده با DIN هنوز هم معمولاً توسط توزیع کنندگان اروپایی تهیه می شوند.
• ASME B18.2.1 (سری اینچ): در سیستم رزوه یکپارچه اینچی (UNC/UNF) بر پیچ های درپوش شش گوش و پیچ های شش گوش فرمان می دهد. نمرات توسط SAE J429 (درجه 2، 5، 8) به جای کلاس دارایی تعیین می شوند. در بازارهای آمریکای شمالی و هر جا که سازگاری رشته UNC/UNF مورد نیاز است استفاده می شود.

موضوع کامل در مقابل موضوع جزئی: چه زمانی باید هر کدام را مشخص کرد

انتخاب بین پیچ های شش گوش تمام رزوه و رزوه جزئی دارای مفاهیم ساختاری قابل توجهی است:

• نخ جزئی (ISO 4014 / DIN 931): بخش ساقه بدون رزوه از سوراخ های خالی در اعضای متصل می گذرد و رزوه ها را فقط در مهره یا سوراخ ضربه خورده درگیر می کند. ساقه صاف یک مکان صفحه برشی مشخص و مقاومت بهتر در برابر بارگذاری عرضی (برشی) را فراهم می کند. برای اتصالات پیچ و مهره ساختاری، اتصالات فلنجی و هر جایی که پیچ با کشش و برش ترکیبی مواجه می شود، ترجیح داده می شود.
• نخ کامل (ISO 4017 / DIN 933): نخ تا قسمت زیرین سر امتداد می یابد. نیاز به تطبیق دقیق طول پیچ با طول دستگیره را از بین می برد و اجازه می دهد تا نخ در هر نقطه در امتداد ساق درگیر شود. برای کاربردهای دارای سوراخ رزوه ای (با ضربه خورده)، مجموعه های سوراخ کور، و جاهایی که تغییر طول چنگ نیاز به انعطاف پذیری دارد، ترجیح داده می شود.

ابعاد استاندارد برای اندازه‌های متداول پیچ شش گوش

مهره شش ضلعی فولاد کربنی و مهره شش گوش: انواع و انتخاب

عبارات "مهره شش ضلعی" و "مهره شش ضلعی" به یک هندسه اصلی اشاره دارد - یک بست داخلی رزوه ای شش طرفه - اما طیفی از انواع فرعی را در بر می گیرد که از نظر ارتفاع، طراحی پخ، پوشش سطح یاتاقان و عملکرد باربری مورد نظر متمایز می شوند. انتخاب نوع مهره مناسب برای یک کاربرد خاص به اندازه انتخاب درجه صحیح پیچ اهمیت دارد.

انواع مهره شش گوش استاندارد و کاربردهای آنها

• مهره شش گوش ISO 4032 Style 1: ارتفاع مهره استاندارد (تقریباً 0.8 × قطر اسمی). رایج ترین مشخصات برای کاربردهای کلی ساختاری و مکانیکی. مهره های سبک 1 در هر دو وجه پخ شده اند و دارای علامت کلاس خاصیت بر روی صفحه یاتاقان هستند.
• مهره شش گوش ISO 4033 Style 2: تقریباً 10٪ بلندتر از سبک 1 است که عمق درگیری با نخ بیشتر را فراهم می کند. مشخص می شود که در آن مقاومت افزایش یافته در برابر جداسازی رزوه مورد نیاز است-معمولاً با پیچ و مهره های کلاس ویژگی بالاتر (10.9، 12.9) در اتصالات دارای بار خستگی.
• مهره شش گوش نازک (جم) ISO 4035: تقریباً نصف ارتفاع مهره Style 1. به عنوان مهره مربا در برابر مهره کامل برای جلوگیری از شل شدن یا در مجموعه هایی با فضای محوری محدود استفاده می شود. به عنوان مهره باربر اولیه در نظر گرفته نشده است.
• مهره گشتاور تمام فلزی ISO 7042: یک مهره قفل کننده با رزوه تحریف شده که گشتاور غالب را از طریق تغییر شکل رزوه ایجاد می کند و مقاومت در برابر لرزش را بدون عنصر قفل جداگانه ایجاد می کند. مناسب برای استفاده مجدد تا 5 بار قبل از اینکه گشتاور غالب کمتر از مشخصات شود.
• مهره درج نایلونی ISO 7040 / 7041 (Nyloc): یک بدنه مهره شش گوش استاندارد با درج نایلونی که در اطراف رزوه پیچ تغییر شکل می دهد تا گشتاور غالب ایجاد شود. مقاومت در برابر ارتعاش عالی را ارائه می دهد اما به دمای سرویس زیر محدود می شود 100-120 درجه سانتیگراد به دلیل نرم شدن نایلون بالاتر از این محدوده.
• مهره شش گوش سنگین: عرض بزرگتر در سراسر تخت و ارتفاع بیشتر از مهره های شش گوش استاندارد. در ASME B18.2.2 برای کاربردهای پیچ و مهره سازه (مجموعه های پیچ و مهره ASTM A325، A490) که در آن افزایش سطح یاتاقان بار را روی سطح بزرگ تری توزیع می کند و خطر تسلیم وجه یاتاقان در مواد پایه نرم تر را کاهش می دهد، مشخص شده است.

درگیری با نخ و ارتفاع مهره: چرا مهم است

ظرفیت بارگذاری مهره مستقیماً با تعداد رزوه های درگیر تعیین می شود که تابعی از ارتفاع مهره است. یک مهره شش گوش استاندارد Style 1 برای M12 دارای ارتفاع تقریبی است 10.8 میلی متر ، تقریباً 6 گام نخ درگیری در گام 1.75 میلی متر را فراهم می کند. این برای ایجاد بار کششی کامل پیچ در ترکیبات کلاس املاک 8 کافی است. برای مهره های طبقه املاک 10 و 12.9، ارتفاع سبک 2 تقریباً 12.0 میلی متر عمق درگیری اضافی مورد نیاز برای جلوگیری از کنده شدن نخ قبل از شکستگی پیچ را فراهم می کند.

پوشش های سطحی و محافظت در برابر خوردگی برای اتصال دهنده های فولاد کربنی

فولاد کربنی بدون پوشش در حضور رطوبت و اکسیژن به راحتی خورده می شود. بنابراین انتخاب تیمار سطحی به اندازه انتخاب درجه اهمیت دارد برای هر کاربرد بست فولاد کربنی در خارج از محیط های داخلی تمیز و خشک. هر نوع پوشش تعادل متفاوتی از حفاظت در برابر خوردگی، اثر ابعادی، مقاومت در برابر دما و هزینه ارائه می دهد.

آبکاری روی (الکتروگالوانیزه)

رایج ترین پوشش بست فولاد کربنی برای کاربردهای عمومی داخلی و سبک در فضای باز. لایه های روی از 5-12 میکرومتر (ISO 4042 کلاس A یا B) حفاظت کاتدی قربانی را فراهم می کند، جایی که روی ترجیحاً قبل از فولاد پایه خورده می شود. عمر اسپری نمک بر اساس ISO 9227 معمولاً است 96-200 ساعت تا زنگ قرمز برای آبکاری استاندارد روی، که با غیرفعال سازی کرومات تا 500 ساعت گسترش می یابد (کرومات زرد روی یا کرومات سه ظرفیتی روی).

محدودیت بحرانی: اتصال دهنده های کلاس 10.9 و 12.9 به فرآیندهای آبکاری کنترل شده نیاز دارند تا از شکنندگی هیدروژن جلوگیری شود - هیدروژن اتمی جذب شده در طول حمام آبکاری می تواند باعث شکستگی تاخیری تحت بار کششی پایدار شود. پخت اجباری در 190-220 درجه سانتیگراد برای 4-24 ساعت پس از آبکاری هیدروژن جذب شده را خارج می کند و طبق استاندارد ISO 4042 برای اتصال دهنده های بالاتر از کلاس ویژگی 10.9 مورد نیاز است.

گالوانیزه گرم

غوطه ور شدن در روی مذاب در دمای تقریبی 450 درجه سانتیگراد باعث ایجاد پوششی می شود 45-85 میکرومتر -به طور قابل توجهی ضخیم تر از آبکاری الکتریکی- که عمر حفاظت در برابر خوردگی قابل توجهی بیشتری را فراهم می کند. اتصال دهنده های گالوانیزه گرم بر اساس ISO 10684 می توانند به دست آورند عمر اسپری نمک 1000 تا 2000 ساعت و انتخاب استاندارد برای کاربردهای سازه ای در فضای باز از جمله ساختمان های فولادی، پل ها، تیرهای برق و تجهیزات کشاورزی هستند.

روکش ضخیم برای حفظ تناسب رزوه نیاز به ضربه زدن به مهره بزرگ دارد - مهره های گالوانیزه گرم باید به طور خاص سفارش داده شوند و برای قرار دادن لایه روی روی پیچ جفت شونده ضربه بزنید. مخلوط کردن مهره های استاندارد با پیچ و مهره های گالوانیزه گرم یک خطای رایج در مشخصات است که باعث ایجاد مشکل در مونتاژ و گالوانیزه می شود.

روکش‌های روی مکانیکی و روکش‌های روی ورقه‌ای

آبکاری مکانیکی روی (ISO 12683) روی را از طریق غلتش با پودر روی و دانه های شیشه اعمال می کند و به این نتیجه می رسد. 10-30 میکرومتر بدون خطر تردی هیدروژنی ناشی از آبکاری - که آن را برای اتصال دهنده های با استحکام بالا مناسب می کند. پوشش‌های روی پوسته‌ای (Geomet، Dacromet - بر اساس ISO 10683) دوغابی از روی و پولک‌های آلومینیومی پخته شده در دمای 200 تا 300 درجه سانتیگراد را اعمال می‌کنند. 500 تا 1000 ساعت نمک پاشی در ضخامت کلی 8-20 میکرومتر با خطر تردی هیدروژنی صفر. زینک فلیک پوشش استاندارد برای اتصال دهنده های 10.9 و 12.9 خودرو در مشخصات OEM اروپایی است.

خلاصه انتخاب پوشش

گشتاور و پیش بارگذاری: بیشترین بهره را از اتصال دهنده های شش گوش فولاد کربنی ببرید

عملکرد مکانیکی یک اتصال پیچی به دستیابی به پیش بارگیری صحیح بستگی دارد - کشش در ساقه پیچ ایجاد شده در اثر سفت کردن. تقریباً 90 درصد از گشتاور اعمال شده برای غلبه بر اصطکاک زیر مهره و در ناحیه درگیری با رزوه مصرف می شود. ; فقط حدود 10٪ کشش مفید پیچ ​​را ایجاد می کند. این بدان معنی است که تغییرات اصطکاک تأثیر نامتناسبی بر پیش بارگیری به دست آمده برای یک مقدار گشتاور معین دارد.

گشتاورهای سفت کننده توصیه شده برای اندازه های معمولی

این مقادیر برای شرایط کمی روغن کاری شده (µ ≈ 0.12) نشان‌دهنده است. رزوه های خشک یا به شدت خورده شده اصطکاک را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند و به طور بالقوه به گشتاور 30 ​​تا 50 درصد بیشتر برای رسیدن به همان پیش بار نیاز دارند. همیشه فرض ضریب اصطکاک را در برابر شرایط واقعی اتصال بررسی کنید و برای کاربردهای حیاتی ایمنی با داده های مهندسی سازنده اتصال دهنده ها مشورت کنید.

اشتباهات رایج مشخصات و نحوه اجتناب از آنها

خرابی اتصال دهنده ها در سرویس به ندرت به دلیل نقص مواد اصلی ایجاد می شود - به مراتب بیشتر از خطاهای مشخصاتی ناشی می شود که با مهندسی دقیق اولیه کاملاً قابل پیشگیری است.

• عدم تطابق کلاس ویژگی مهره و پیچ: استفاده از مهره کلاس 8 با پیچ 10.9 خطر جدا شدن را قبل از رسیدن به بار ثابت ایجاد می کند. همیشه کلاس ویژگی مهره را برابر یا یک کلاس بالای پیچ مشخص کنید.
• استفاده از پیچ و مهره های گالوانیزه گرم با مهره های استاندارد: پوشش روی 45-85 میکرومتر به طور موثر قطر گام موثر پیچ را فراتر از تحمل رزوه استاندارد مهره افزایش می دهد. از مهره های با اندازه بزرگ مشخص شده برای مجموعه های گالوانیزه استفاده کنید.
• مشخص کردن بست های 12.9 آبکاری شده بدون پخت تسکین دهنده تردی هیدروژنی: شکستگی تاخیری شکنندگی هیدروژن می تواند روزها تا هفته ها پس از مونتاژ تحت پیش بارگذاری پایدار رخ دهد. پخت طبق ISO 4042 اجباری است و باید به صراحت در سفارش خرید مشخص شود.
• استفاده مجدد از بست های یکبار مصرف: مهره های نایلوک پس از اولین برداشتن به سرعت گشتاور غالب خود را از دست می دهند. پیچ و مهره های با استحکام بالا که در اتصالات اصطکاکی ساختاری استفاده می شود (ASTM A325, A490) یک بار مصرف هستند. استفاده مجدد در برنامه های کاربردی حیاتی ایمنی توسط اکثر کدهای ساختاری ممنوع است.
• انتخاب طول پیچ گیج کننده برای رزوه کامل در مقابل جزئی: برای پیچ و مهره های با رزوه جزئی، طول دستگیره (ساقه بدون رزوه) باید برابر یا کمی بیشتر از ضخامت کل اعضای متصل شده باشد تا اطمینان حاصل شود که رزوه در مهره شروع می شود، نه در فصل مشترک. یک پیچ خیلی کوتاه، انتقال رزوه / ساقه را در صفحه برشی قرار می دهد - تمرکز تنش که به طور قابل توجهی عمر خستگی را کاهش می دهد.