Cách xác định mô-men siết và chọn phương pháp siết cho mối nối bắt bu lông

Mô-men là đại lượng thay thế cho lực kẹp, không phải đích đến

Giá trị mô-men không phải là mục tiêu; lực kẹp mà nó tạo ra mới là mục tiêu. Khi bu lông được vặn dọc theo đường xoắn ren, chuyển động quay trở thành chuyển động thẳng, bu lông bị kéo dãn và các chi tiết được kẹp bị nén lại. Nhưng phần lớn mô-men tác dụng bị dùng để thắng ma sát thay vì kéo dãn bu lông ⁸. Phân bố xấp xỉ là 10% lực ép trước hữu ích, 50% ma sát dưới đầu và 40% ma sát ren ⁸. Đó là lý do cùng một mô-men có thể tạo ra lực kẹp rất khác nhau tùy điều kiện ma sát của mối nối. Hãy xuất phát từ lực ép trước cần thiết thay vào đó. Một nguồn cấp nhà cung cấp cho biết phần lớn các fastener được siết để đạt 65–80% tải trọng chứng nhận, và tính ví dụ bu lông thép M6 ở 75% tải trọng chứng nhận ¹⁶. Với bu lông đó — tải trọng chứng nhận khoảng 700 MPa trên tiết diện chịu kéo khoảng 20 mm², tức tải trọng chứng nhận 14.000 N và mục tiêu 75% là 10.500 N — nguồn cho biết mục tiêu đạt được ở khoảng 7–8 N·m khi được bôi trơn ¹⁶. Hãy coi đó là quan sát riêng của nguồn cho một bu lông M6 được bôi trơn, không phải giá trị để sao chép sang mối nối khô: chính bu lông đó ở trạng thái khô sẽ cần mô-men khác cho cùng lực kẹp. Trước khi tính toán bất cứ điều gì, hãy hỏi mối nối thực sự cần lực ép trước bao nhiêu và khoảng khả dụng rộng đến đâu. Chính khoảng này, chứ không phải con số mô-men, quyết định phương pháp ở bước tiếp theo.

Tính mô-men sơ bộ từ lực kẹp và hệ số đai ốc

Quan hệ mô-men–lực ép trước có thể viết là Mô-men = Tải × Kích thước danh nghĩa bu lông × Hệ số đai ốc / 12, trong đó hệ số đai ốc K gộp hình học ren, bước ren, ma sát mặt đai ốc và ma sát ren vào một con số ¹⁵. K được xác định bằng thực nghiệm và thay đổi theo bôi trơn, nên cùng một tải cho các mô-men khác nhau trong điều kiện ma sát khác nhau ¹⁵. Ví dụ tính trong nguồn: với tải 50.000 lb trên stud 1-1/8 in dùng chất chống kẹt có hệ số đai ốc 0,17, mô-men = 50.000 × 1,125 × 0,17 / 12 = 797 ft-lb ¹⁵. Hệ số đai ốc của chất chống kẹt thường nằm giữa 0,15 và 0,20 ¹⁵. Điểm yếu chính là K này. Đó không phải hằng số có thể giả định — phải đo cho tổ hợp fastener, lớp phủ và chất bôi trơn của bạn, hoặc lấy từ tiêu chuẩn áp dụng. Nếu không thể có được K đo được cho mối nối của mình, mô-men tính ra chỉ là ước lượng khởi đầu.

Ghép phương pháp siết với khoảng lực ép trước

Khoảng lực ép trước khả dụng chia cho độ tản của từng phương pháp sẽ quyết định phương pháp nào đạt được mục tiêu. Nếu vừa với khoảng ±30%, kiểm soát mô-men là đủ ¹⁹ (số liệu do nhà cung cấp đưa ra); nếu chỉ vừa ±10–15%, cần kiểm soát mô-men–góc ²³. Các độ tản dưới đây là khoảng đại diện cho công việc thực hiện đúng tay nghề, không phải bảo đảm ¹⁹.

Hiệu chỉnh mô-men theo bôi trơn và lớp phủ

Bôi trơn làm giảm ma sát, nên cũng giảm mô-men cần thiết để đạt cùng lực ép trước ⁸. Do đó, áp dụng mô-men quy định cho thép khô lên fastener được bôi trơn sẽ siết quá mức mối nối — bu lông đạt lực kẹp cao hơn mức thông số dự kiến ²². Nếu bạn quy định fastener có lớp phủ, giá trị mô-men phải tính đến lớp phủ ²². Lớp phủ lá kẽm có lớp phủ mặt giữ hệ số ma sát thường từ 0,09 đến 0,16 tùy thông số lớp phủ mặt, cho quan hệ mô-men–lực ép trước dự đoán được tốt hơn thép chưa xử lý ¹¹. Sự ổn định này chính là điểm mấu chốt: hệ số ma sát được kiểm soát làm cho việc chuyển đổi mô-men thành lực ép trước có tính lặp lại cao hơn, nên mô-men bạn tính gần hơn với lực ép trước thực tế thu được. Điều các nguồn không cung cấp là giá trị K hay hệ số giảm mô-men cho từng loại chất bôi trơn. Bạn cần lấy điều đó từ nhà cung cấp chất bôi trơn hoặc tiêu chuẩn áp dụng, và kiểm chứng trên mối nối mẫu.

Ghép dụng cụ với phương pháp

Dụng cụ có thể chi phối độ tản mà phương pháp được chọn để đạt được. Độ chính xác điều khiển của dụng cụ dao động từ ±0,25–5% cho cờ-lê mô-men trục vít – bánh vít đến ±10–30% cho cờ-lê dập, với siết điều khiển bằng máy tính ở ±0,5–2% ^{12 19} (số liệu do nhà cung cấp đưa ra). Bộ căng thủy lực chính xác hơn (±1–5%) phần lớn cờ-lê mô-men (±3–15% kiểu đòn tay, ±10–30% kiểu dập) ^{12 19} (số liệu do nhà cung cấp đưa ra). Nếu bạn quy định kiểm soát mô-men–góc cho khoảng ±10–15% nhưng siết bằng cờ-lê dập, độ tản riêng của dụng cụ có thể vượt độ tản của phương pháp. Hãy khớp cấp chính xác của dụng cụ với phương pháp trước khi cam kết sản xuất. Một nhà cung cấp nêu rằng siết bằng mô-men là phương pháp lâu đời nhất, đơn giản nhất và hiệu quả chi phí nhất cho siết có kiểm soát ¹⁷. Nhà cung cấp khác báo cáo rằng cờ-lê mô-men kỹ thuật số có đường cong mô-men thời gian thực có thể phát hiện các tình trạng siết bất thường ²⁵. Đó là quan điểm của nhà cung cấp, không phải kiểm chứng độc lập về hiệu năng dụng cụ trên mối nối của bạn.

Lập kế hoạch kiểm tra xác nhận

Với các cụm cường độ cao quan trọng đến an toàn, mối nối mất lực ép trước sau khi siết, nên việc kiểm tra mô-men cuối ngay sau lắp đặt có thể đọc một giá trị không giữ được. Hãy bố trí thời gian thư giãn trước kiểm tra cuối.

• Dành thời gian thư giãn 24–48 giờ sau khi siết lần đầu trước kiểm tra mô-men cuối với các cụm cường độ cao quan trọng đến an toàn ²⁴.
• Trong thời gian đó, fastener có hiện tượng giòn hóa hydro giai đoạn sớm sẽ mất lực kẹp hoặc gãy, nên bước kiểm tra sẽ phát hiện ra ²⁴.
• Dùng cờ-lê mô-men đã hiệu chuẩn hoặc thiết bị mô-men–góc để fastener không bị siết quá mức quy định ²⁴.
• Việc kiểm tra siết lại sau thời gian thư giãn xác nhận tính toàn vẹn của mối nối ²⁴.

Xác nhận tiêu chuẩn chi phối trước khi phê duyệt

Các nguồn khẳng định tiêu chuẩn chi phối các bảng mô-men và quy tắc tính, nhưng không tái hiện chúng. Trước khi phê duyệt mối nối cho sản xuất, hãy xác nhận tiêu chuẩn hay thông số nào áp dụng và lấy bảng hoặc quy tắc tính thực tế. Quan hệ mô-men–lực ép trước và mục tiêu 65–80% tải trọng chứng nhận là hướng dẫn chung ¹⁶; giá trị mô-men cụ thể cho kích thước, cấp bền và điều kiện bôi trơn của bạn lấy từ văn bản chi phối, không phải từ bài này. Nếu mối nối của bạn quan trọng đến an toàn hoặc cường độ cao, tiêu chuẩn còn có thể đặt yêu cầu về thời gian thư giãn, phương pháp xác nhận và hồ sơ. Hãy xác nhận những điều đó cùng lúc với giá trị mô-men.

Nơi các nguồn bất đồng

Các nguồn trong bộ này không bất đồng về quan hệ mô-men–lực ép trước hay các số liệu độ tản của phương pháp. Mục tranh chấp duy nhất chạm đến quyết định này là thời gian nung của fastener cường độ cao mạ kẽm điện phân, ảnh hưởng đến việc một bước quy trình phủ có đủ hay không — chứ không phải giá trị mô-men.

Câu hỏi thường gặp

Trang liên quan

• Tính lực ép trước và lực kẹp của bu lông: mô-men xoắn, ma sát và phương pháp siết
• Siết bu lông theo mô-men xoắn quy định: quy trình, dụng cụ và kiểm tra xác nhận
• Dấu trên đầu bu lông: Những gì đường kẻ, con số và chữ cái tuyên bố — và cách xác minh cấp độ bền trước khi nhận một lô hàng
• Tải thử so với giới hạn chảy và độ bền kéo trong lựa chọn bu lông: Những gì bộ bằng chứng xác định
• Các kiểu đầu bu lông và kiểu vất tô: Những gì bằng chứng có thể xác định trước khi bạn ra specifications