استانداردهاي پیچ و مهره

مقدمه

در طی جنگ جهانی اول یکسان نبودن اشکال و رزوه هاي پیچ در کشورهاي مختلف مشکلات بسیاري براي نیروهاي متحد ایجاد کرد که در جنگ جهانی دوم تشدید شد. در اواخر سال 1940 براي بهبود اشکال تولید پیچ استاندارد ISO تعریف شد.

در سال 1948 انگلستان ، امریکا و کانادا بر داشتن رزوه هاي متحدالشکل توافق را در سال 1919 تعریف DIN کردند در حالی که آلمان پیش از آن استاندارد کرده بود.

بدون شک در دنیاي مدرن کنونی، براي طراحی هر سازه مهندسی استفاده از استانداردهاي مختلف امري اجتناب ناپذیر است. اتصالات پیچ و مهره اي نیز به طبع از این قاعده مثتثنی نیست.

 

استانداردهاي پیچ و مهره   .

طراحی اتصالات پیچ و مهره اي بر اساس استانداردهاي مختلفی از جمله ANSI ، ASME ، ISO ، EN ،ASTM  ، DIN و غیره انجام می شود .

 

 

در صنعت سازه هاي فلزي و دیگر صنایع کشور به طور سنتی در گذشته از استاندارد  DIN استفاده می شد.  با این وجود ، با افزایش سطح دانش طراحان و آشنایی با دیگر استانداردها ، استفاده از استانداردهایی نظیر EN  و  ASTM نیز در کشور در حال افزایش است.

دنیاي پیچ و مهره و استانداردهاي آن بسیار متنوع است و تنها استاندارد DIN بالغ بر 150 استاندارد براي پیچ و مهره دارد.

 

انواع استانداردهاي مختلف مورد استفاده براي اتصالات پیچ و مهره

 

استاندارد: ASTM

استاندارد ASTM پیچ و مهره هاي گوناگون با اندازه و گرید متنوع براي کاربرد در سازه هاي فلزي را مشخص می کند. این پیچ و مهره ها معمولا در دو حالت کوئنچ و تمپر شده عرضه می شوند و داراي دو نوع 1 و3 )  type1و( type 3  هستند.

ASTM A325 یا ASTM A325M متریک:

شامل پیچ هاي فولادي سخت کاري شده با استحکام معمولی

ASTM A490  یا ASTM A490M متریک:

شامل پیچ هاي فولادي سخت کاري شده با استحکام بالا

 ASTM F2280 :

پیچ و مهره هاي کنترل کششی{ bolt control tension ((TCB یا تی سی بولت} استحکام بالا

ASTM F1825 :

پیچ و مهره هاي کنترل کششی{ bolt control tension ((TCB یا تی سی بولت} استحکام معمولی

کمیته ASTM F16 با رهبري موسسه فلزي آمریکا و شوراي تحقیق اتصالات فلزي طرح پیشنهادي تلفیق این استانداردها و ایجاد یک استاندارد واحد را مورد بررسی قرار داده است. بنابراین استاندارد ASTM F3125 به صورت تلفیقی از استانداردهاي بالا ارائه شده است:

 

گرید	کمترین استحکام	نوع		مدل
A325	120ksi (830 MPa)	1	3	آچارخور بزرگ شش گوش
A490	150ksi (1040 MPa)	1	3	آچارخور بزرگ شش گوش
F2280	150ksi (1040 MPa)	1	3	تی سی بولت (TCB)
F1852	120ksi (830 MPa)	1	3	تی سی بولت (TCB)

 

 

امروزه صد ها میلیون اتصال پیچ و مهره اي بر اساس مشخصات تعیین شده توسط استانداردهاي ASTM تولید می شود.

با در نظر گرفتن این حجم بالا ، استفاده از یک استاندارد واحد به اسم ASTM F3125 کمک بسیار بزرگی در راستاي طراحی آسان تر خواهد بود.

تعریف رده هاي مقاومتی پیچ:

11 نوع گرید مکانیکی برای پیچهای کتریک در استاندارد ISO 989-1  تریف شده است :

اگر قطر اسمی پیچ ها کمتر از 5 میلیمتر باشد نیازی به درج گرید بر روی آنها نمی باشد .

در استانداردهای ISO  و DIN  گرید های مختلفی تعریف شده است که جدول تبدیل آنها در در استاندارد DIN 297-3  آمده است .

رد هي مقاومتی در پیچ ها بر اساس DIN با سه عدد 8.8  ، 10.9 و 12.9 تعریف شده است.

البته این آیین نامه رده هاي مقاومتی 4.6 ، 5.6 و 5.8 را نیز براي پیچ هاي معمولی تعریف نموده است.

از آ نجا که با توجه به بند10-3-5-3 مبحث دهم در اتصالات لرزه اي تنها باید از پیچ هاي پرمقاومت استفاده شود، این نوع پیچ ها در طراحی اتصالات اصطکاکی کاربردي ندارد ، ضمن آن که تولید این نوع پیچ نیز در کشور ما بسیار محدود می باشد.

 

این عدد معرف مقدار تنش جاري شدن و تنش گسیختگی پیچ می باشد .

به عنوان مثال :

در رده ی مقاومتی 8.8 ، منظور از 8 اول حداقل مقاومت نهایی برابر باKg/cm2 8000   و منظور از .8  مقدار تنش جاري شدن پیچ برابر Kg/cm2 6400=8000×0.8 می باشد .

 

به همین ترتیب براي رد هي  10.9 داریم :

 

Fy = 0.9 × 10000 = 9000Kg / cm2   –           و  FU = 10000 Kg / cm2مقدمه

 

 

DIN استاندارد :

استانداردDIN  مورد استفاده در سازه هاي فلزي بزرگ استحکام بالا DIN6914 ، DIN6915و DIN6914 است.

 

DIN6914 : پیـچ هاي با گل شش گوش بزرگ ،مخصـوص سـازه هاي فلــزي بزرگ استحــکام بالا اتصــالات اصطــکاکـی (گریدHV -10.9)

 DIN6915 : مهره شش گوش بزرگ، مخصوص سازه هاي فلزي بزرگ استحکام بالا اتصالات اصطکاکی (گرید HV-10.9)

DIN6916 : واشر مخصوص سازه هاي فلزي بزرگ استحکام بالا اتصالات اصطکاکی (گرید HV-10.9)

DIN931 : این پیچ دو نوع نیم رزوه و تمام رزوه دارد و در سازه هاي مختلف می تواند مورد استفاده قرار گیرد – اتصالات اتکایی (در گریدهاي مختلف تولید می شود.)

DIN933 :  این پیچ تمام رزوه است و در سازه هاي مختلف می تواند مورد استفاده قرار گیرد – اتصالات اتکایی.

DIN934 : مهره مورد استفاده در سازه هاي مختلف اتصالات اتکایی (درگریدهاي مختلف تولید می شود. )

پیچ خشکه 8.8 :

آنچه به عنوان پیچ خشکه نامیده می شود پیچ از نوع فولاد (کم مقاومت) می باشد که اعداد 8.8 گرید پیچ و میزان سختی این نوع پیچ و مهره را مشخص می کند .

پیچ هاي فولادي در بسیاري از صنایع کاربرد دارند. تمامی تولید کنندگان سوله و اسکلت فلزي با نوع شش گوش آنها کاملاً آشنا هستند که با مقاومتهاي بالاتر از 8.8 نیز سر و کار دارند .

در صنعت خودرو سازي پیچ هاي فولادي در قسمت هاي مختلف خودرو براي اتصال قطعات مختلف خودرو به کار بسته می شوند.

پیچ فولادي 8.8 در اتصال شیرآلات صنعتی و ساختمانی نیز کاربرد فراوانی دارد.

انواع استانداردهاي این پیچ ها شامل:

پیچ فولادي سر شش گوش

DIN 931 – ISO4014

DIN 933 – ISO 4017

 

پیچ خشکه 10.9 :

پیچ فولادي با گرید 10.9 از نوع فولاد پر کربن است که سختی آن نسبت به گرید 8.8 بالاتر و از گرید 12.9 پایین تر است.

پیچ فولادي 10.9 با مفتول MO40  در سایزهاي کوچک تا سایز M24 به روش فورج سرد و سایز بالاي M24 به روش فورج دهی گرم تولید می شود.

پیچهاي فولادي پر مقاومت براي سازه هاي فلزي و سوله بسیار مناسب هستند.

این پیچها به لحاظ سختی بالاتر میزان گشتاور و پیش تنیدگی بیشتري را نسبت به پیچ فولادي 8.8 تحمل می کنند که در طراحی سازه هاي فولادي اصطکاکی نقش بسیار مهمی دارد.

پیچ فولادي 10.9 ممکن است سر شش گوش  آلن و یا حتی تمام رزوه باشد و یا به صورت انکر بولت تولید شود .

پیچ پر مقاومت 10.9-HV :

پیچ پر مقاومت سر شش گوش HV از پیچ هاي پر مصرف در صنعت ساختمان سازي و اسکلت فلزي می باشد.

پیچ شش گوش HV با استاندارد ASTM A490 ،DIN6914  و ISO7412  شناخته می شود.

مهره مورد نیاز براي این این نوع پیچ بایستی با استانداردهای DIN6915 ، ASTM A536  و ISO7414  تهیه شود.

استاندارد واشرها نیز DIN6916  ، ASTM F436 و ISO4716 میباشد .

پیچ هاي شش گوش HV از نظر مواد اولیه با گرید 10.9 DIN931 مطابقت دارند اما تفاوت آنها بیشتر در ابعاد و نوع مقاومت کششی می باشد.

پیچ  HV گل بزرگتري دارد و رزوه هاي کوتاه تر، بنابراین در سازه هاي فلزي اصطکاکی که پیچ با نیروي بیشتري بسته میشود و در واقع در خود نیروي پیش تنیدگی ذخیره می کند به کار گرفته می شود.

برای مثال یک پیچ M30  باDIN931    سایزآچار آن 46 است در حالیکه پیچ سرششM30  با DIN6914 HV سایز آچار 50 میباشد.

طول رزوه بر اساس استاندارد برايM30x100  درISO4014 که همان DIN931 است 66mm می باشد اما براي همان سایز در ISO7412 که همان DIN6914 است 42mm میباشد.

 

مهره فولادي کلاس  8گرید 8.8 :

مهره فولادي بیشتر به صورت شش گوش استفاده می شود .

براي تعیین رده مقاومتی پیچ ها از دو عدد استفاده می شود مثلاً 8.8 اما براي تعیین رده مقاومتی مهره تنها از یک عدد استفاده میشود مثلاً مهره شش گوش گرید 8 یا کلاس 8 .

آنچه استاندارد ابعادي مهره را مشخص می کند بر روي آچار گیرها با حروف اختصاری S   ، ارتفاع مهره با حرف اختصاري M و قطر سوراخ مهره با حرف m تاکید دارد .

حرف e بیانگر قطر بزرگ شش ضلعی می باشد.

مهره گام میلیمتر براي پیچ هاي میلیمتري و مهره اینچی براي پیچ هاي اینچی بسته می شوند در واقع نوع رزوه مهره بایستی بر اساس رزوه پیچ انتخاب شود.

امروزه کاربرد مهره هاي میلیمتري بیشتر از سایر استانداردهاست.

 

مهره فولادي کلاس  10گرید 10.9 :

مهره خشکه کلاس 10 که غالباً براي پیچهاي گرید 10.9 بسته می شود در رده مهره هاي پر مقاومت صنعتی قرار دارد.

اما مواد اولیه بکار گرفته شده در تولید این مهره ها همان MO40 است . بر روي مهره ها در قسمت بالایی رده مقاومتی مهره و در قسمت پایین علامت اختصاري یا نشان تولید کننده مهره حک می شود.

مهره کلاس 10 را نبایستی با آبکاري گالوانیزه گرم مذابی پوشش داده چرا که باعث پایین آمدن رده مقاومتی آن می شود و در سطح مهره تردي هیدروژنی ایجاد می کند.

پرکاربردترین استانداردهاي ابعادي براي این مهره :

DIN 934 – ISO 898–2 مهره فولادي گرید 10

DIN 555 – ISO 898–2 مهره فولادي گرید 10

DIN 6915 – ISO 7414 مهره فولادي گرید 10

ASTM A 563 مهره فولادي گرید 10

HV-10 واشر تخت :

بطورکلی در اتصالات فولادي کاربرد فراوانی دارد.

این نوع واشر با انواع پیچ هاي فولادي سخت و نیمه سخت به کار برده می شود.

در انواع واشرها قطر خارجی، قطر داخلی و ضخامت واشر مطرح است.

معمولا در سازه هاي فلزي از این واشر زیاد استفاده می شود.

مخصوصاً اگر سازه از نوع اصطکاکی باشد بایستی در هر دو سمت زیر گل پیچ و زیر مهره از این نوع واشر استفاده شود چرا که در این نوع سازه پیچ نیروي پیش تنیدگی اعمال می شود و واشر این نیرو را به خوبی در سطح تماس تقسیم می کند.

بنابراین طراحان سازه باید واشر دوبل براي هر پیچ در نظر داشته باشند.

البته نوع سوراخ نیز در بکار بستن واشر نیز نقش بسزایی دارد.

کاربرد دیگر این واشر براي انواع استاد بولتهاي B7 و L7 است که معمولا در هر دو سمت این استاد بولت ها می توان از واشر HV استفاده کرد.

استاندارد تعریف شده براي این واشر به شرح زیر می باشد:

واشر تختHV  DIN6916

واشر تختHV  F436