คู่มือการเลือกและการใช้งานสลักเกลียวเมตริก ISO อย่างปลอดภัยสำหรับการบำรุงรักษา

ลองนึกภาพอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงซึ่งมีมูลค่าสูงซึ่งใช้งานไม่ได้เนื่องจากสลักเกลียวขนาดเล็กเพียงตัวเดียวล้มเหลว ผลที่ตามมาคือการสูญเสียอาจเป็นหายนะ ในการบำรุงรักษาทางกล โบลต์และน็อตอาจดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญ แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันการทำงานของอุปกรณ์อย่างปลอดภัยและมั่นคง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโบลต์และน็อตเมตริกมีให้เลือกมากมาย เราจะระบุ เลือกอย่างถูกต้อง และยึดอย่างปลอดภัยได้อย่างไร คู่มือนี้จะให้คำแนะนำที่ชัดเจนและใช้งานได้จริงสำหรับงานเหล่านี้

ในการประกอบและบำรุงรักษาเครื่องจักรที่ทันสมัย ​​โบลท์และน็อตมีบทบาทสำคัญ เป็นส่วนประกอบสำคัญที่เชื่อมต่อส่วนต่างๆ เข้าด้วยกัน ทำให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ทางโครงสร้างของอุปกรณ์ เมื่อมองแวบแรก โบลท์เมตริกทั้งหมดอาจดูคล้ายกัน แต่ในความเป็นจริงแล้ว จะแตกต่างกันอย่างมากในด้านประเภทเกลียว เกรดความแข็งแรง และข้อกำหนดด้านมิติ การเลือกหรือการใช้งานที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้อุปกรณ์ทำงานล้มเหลวหรือแม้แต่อันตรายด้านความปลอดภัยได้ ดังนั้น ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับคุณลักษณะของโบลต์และน็อตเมตริก ตลอดจนการเลือกและเทคนิคการยึดที่เหมาะสม จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับบุคลากรในการบำรุงรักษาเครื่องจักรกล

คู่มือนี้ออกแบบมาสำหรับมืออาชีพที่ทำงานในโรงงานและการบำรุงรักษาเครื่องจักรกล โดยให้ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโบลต์และน็อตเมตริก ISO เพื่อช่วยระบุและใช้ชิ้นส่วนอะไหล่ได้อย่างถูกต้อง เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานของอุปกรณ์ปลอดภัยและเชื่อถือได้ เราจะมุ่งเน้นไปที่โบลต์และน็อตเมตริกที่ใช้บ่อยที่สุดในอุตสาหกรรม และเสนอเคล็ดลับที่เป็นประโยชน์ในการระบุและใช้งาน

มาตรฐาน ISO กำหนดประเภทของเกลียวเฉพาะทางหลายประเภท แต่ในอุปกรณ์เครื่องจักรกลส่วนใหญ่ มักใช้เพียงสองประเภทเท่านั้น: ระยะพิทช์มาตรฐานและระยะพิทช์ละเอียด เกลียวประเภทอื่นๆ สงวนไว้สำหรับอุปกรณ์พิเศษเป็นหลัก เช่น เครื่องมือที่มีความแม่นยำหรืออุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็น

สนาม หมายถึง ระยะห่างระหว่างเกลียวที่อยู่ติดกัน โดยวัดเป็นหน่วยมิลลิเมตร เกลียวพิทช์มาตรฐานเหมาะสำหรับการเชื่อมต่อทั่วไปส่วนใหญ่ ในขณะที่เกลียวพิทช์ละเอียดจะใช้เมื่อต้องการแรงล็อคหรือความต้านทานการสั่นสะเทือนสูงกว่า

ตารางด้านล่างแสดงรายการเส้นผ่านศูนย์กลางเกลียวและระยะพิทช์ที่พบบ่อยที่สุดในเครื่องจักรอุตสาหกรรม:

ยกเว้นสลักเกลียวและน็อตเกรดต่ำสุด ตัวยึดแบบเมตริกทั้งหมดจะมีเครื่องหมายระบุความแข็งแรง เครื่องหมายเหล่านี้ช่วยระบุความสามารถในการรับน้ำหนักได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ

โดยทั่วไปแล้วหัวโบลต์จะประทับด้วยตัวเลขสองตัวคั่นด้วยจุดทศนิยม กลุ่มผลิตภัณฑ์ทั้งหมดมีเกรดทั้งหมด 10 เกรดตั้งแต่ 3.6 ถึง 14.9 แต่ในอุตสาหกรรม เกรดทั่วไปคือ 8.8, 9.8, 10.9 และ 12.9 หัวสลักยังมีรหัสผู้ผลิตด้วย (โดยปกติจะเป็นตัวอักษรสองหรือสามตัว)

ตัวเลขแรกบ่งบอกถึงความต้านทานแรงดึงของเหล็กโบลต์ โดยวัดโดยประมาณเป็น 10 กิโลกรัมต่อตารางมิลลิเมตรของพื้นที่หน้าตัด เช่น สลักเกลียวเกรด 12.9 จะรับน้ำหนักได้อย่างน้อย 120 กิโลกรัมต่อตารางมิลลิเมตรก่อนที่จะแตกหัก ในทำนองเดียวกันสลักเกลียวเกรด 8.8 สามารถรับน้ำหนักทำลายได้ 80 กิโลกรัมต่อตารางมิลลิเมตร

เมื่อโบลต์ค่อยๆ รับน้ำหนัก มันก็จะยาวขึ้นเล็กน้อยราวกับสปริง ถ้าปล่อยโหลด มันจะกลับคืนสู่ความยาวเดิม อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดที่โบลต์ไม่สามารถคืนสภาพได้เต็มที่และยืดออกอย่างถาวรแทน ซึ่งนี่คือจุดคราก ตัวเลขที่สองบนหัวโบลต์แสดงถึงเปอร์เซ็นต์ของความต้านทานแรงดึงที่โบลต์สามารถทนได้ก่อนที่จะเริ่มการยืด

ตัวอย่างเช่น โบลต์เกรด 12.9 เริ่มยืดตัวเมื่อโหลดถึง 90% ของโหลดที่แตกหัก ในทำนองเดียวกัน โบลต์เกรด 9.8 จะเริ่มยืดออกที่ 80% ของน้ำหนักที่แตกหัก

เครื่องหมายความแข็งแรงบนน็อตมักจะระบุได้ยากกว่าเครื่องหมายบนสลักเกลียว อาจปรากฏเป็นตัวเลขหรือลวดลายจุดและเส้น โดยมีตำแหน่งของเส้นคล้ายเข็มนาฬิกาแสดงเกรด

เกรดน็อตควรตรงกันหรือเกินเกรดของสลักเกลียวหนึ่งระดับเสมอ ตัวอย่างเช่น โบลต์เกรด 8.8 ควรจับคู่กับน็อตเกรด 8 หรือ 9 โบลต์เกรด 12.9 ควรจับคู่กับน็อตเกรด 12 หรือ 14

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เมื่อสลักเกลียวค่อยๆ รับน้ำหนัก มันจะถึงจุดคราก (ซึ่งจะเริ่มการยืดออกอย่างถาวร) หากภาระเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง สลักเกลียวจะถึงจุดแตกหัก มาตรฐานกำหนด "ภาระพิสูจน์" โดยทั่วไป 90% ของภาระที่ต้องใช้ในการยืดสลักเกลียว

ในทางปฏิบัติ ผู้ผลิตมักจะออกแบบเครื่องจักรเพื่อให้โบลต์รับน้ำหนักได้ต่ำกว่าน้ำหนักที่พิสูจน์ได้ เพื่อให้มั่นใจถึงปัจจัยด้านความปลอดภัยที่แข็งแกร่ง

โดยทั่วไปแล้ว โบลท์พิทช์ละเอียดจะมีความแข็งแรงกว่าโบลท์พิทช์มาตรฐานถึง 10% เนื่องจากมีการกำจัดโลหะน้อยลงในระหว่างการทำเกลียว

แรงบิดสูงสุดที่แนะนำในตารางด้านล่างนี้ถือว่าเกลียวมีการหล่อลื่นเพียงเล็กน้อย การขันโบลต์ให้แน่นตามแรงบิดที่ระบุควรตั้งค่าความตึงในโบลต์ไว้ที่ประมาณ 85% ของโหลดทดสอบ เทียบเท่ากับ 62% ของโหลดแตกหัก

ใช้ค่าแรงบิดเหล่านี้เมื่อผู้ผลิตเครื่องจักรไม่ได้ระบุการตั้งค่าแรงบิดไว้เท่านั้น

โดยทั่วไปแล้วโบลต์และน็อตพิทช์ละเอียดจะใช้ในกรณีพิเศษเท่านั้น และเอกสารการบำรุงรักษาของผู้ผลิตควรระบุแรงบิดที่ต้องการสำหรับแต่ละการใช้งาน

เกลียวที่มีระยะพิทช์ละเอียดมักใช้เมื่อขันโบลต์เข้ากับบล็อกโลหะอ่อน (เช่น การหล่ออะลูมิเนียม) โดยที่เกลียวในบล็อกอาจอ่อนกว่าสลักเกลียวมากและมักจะต้องใช้แรงบิดต่ำกว่าเพื่อหลีกเลี่ยงการหลุดลอก

มีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความแข็งแรงของชิ้นส่วนเกลียว รวมถึงวิธีการผลิต ผิวสำเร็จ และความแม่นยำของรูปทรงเกลียว

ความแรงของการเชื่อมต่อแบบเกลียวขึ้นอยู่กับส่วนประกอบที่อ่อนแอที่สุด ตัวอย่างเช่น หากขันโบลต์ที่มีความแข็งแรงสูงเข้ากับวัสดุที่นุ่มกว่าและเหนียวกว่า (เช่น อลูมิเนียมอัลลอยด์หรือเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ) ส่วนที่นิ่มกว่าจะเป็นตัวกำหนดแรงบิดที่ปลอดภัยสูงสุด

โดยทั่วไปแล้ว โบลต์ต้องทนทานไม่เพียงแต่แรงดึงจากการขันเท่านั้น แต่ยังทนทานต่อแรงกดด้านข้างหรือ "แรงเฉือน" ด้วย ตัวอย่างทั่วไปคือแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นที่ยึดติดกันและอยู่ภายใต้แรงเฉือนที่ส่งผ่านไปยังสลักเกลียว

หากโหลดที่ใช้มีขนาดเล็กมาก การเสียดสีระหว่างเพลตเนื่องจากความแน่นของสลักเกลียวอาจทำให้ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ อย่างไรก็ตาม เว้นแต่จะติดตั้งหมุดเดือยเพื่อรองรับแรงเฉือน ในที่สุดโบลต์ก็จะพบกับทั้งแรงเฉือนและแรงดึง การรวมความเค้นเหล่านี้เข้าด้วยกันจะทำให้เกิดความเค้นรวมมากกว่าอย่างใดอย่างหนึ่ง ดังนั้นแรงบิดก่อนของโบลต์อาจต้องต่ำกว่าค่าสูงสุดเพื่อรองรับความเค้นเพิ่มเติมจากแรงเฉือน

ตามแนวทางแล้ว การลดแรงบิดในการขันลง 10% จะทำให้ 35% ของพิกัดการรับน้ำหนักของโบลต์สามารถรับแรงเฉือนได้โดยไม่รับน้ำหนักมากเกินไป

วิศวกรออกแบบจะต้องพิจารณาปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมดและอาจระบุแรงบิดที่ต่ำกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ยกที่ต้องการความปลอดภัยสูง

โปรดดูเอกสารการบำรุงรักษาของผู้ผลิตเครื่องจักรเสมอสำหรับค่าแรงบิดที่ระบุสำหรับสลักเกลียวและน็อตในการยกและการรับน้ำหนัก

ตารางด้านล่างแสดงขนาดประแจและประแจหกเหลี่ยมที่ถูกต้องสำหรับขนาดสลักเกลียวและน็อตทั่วไปในเครื่องจักรอุตสาหกรรม

เพื่อลดความเสี่ยงที่ประแจเลื่อนและความเสียหายต่อขอบตัวยึด ให้ใช้ประแจปลายกล่อง (หรือปลายกล่องของประแจรวม) ทุกครั้งที่เป็นไปได้

ผลิตโบลต์เมตริกมีขนาดเล็กกว่าขนาดที่ระบุเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น โดยทั่วไปโบลต์ M16 จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางก้าน 15.97 มม. ซึ่งหมายความว่าสลักเกลียวขนาด 16 มม. สามารถทะลุผ่านรูขนาด 16 มม. ได้ แต่เพื่อให้เกิดการวางแนวที่ไม่ตรงระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ โดยทั่วไปแล้วรูระยะห่างจึงต้องเจาะรูให้ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย

ตารางด้านล่างแสดงขนาดรูหลบทั่วไปและขนาดดอกต๊าปที่ถูกต้องสำหรับเกลียวมาตรฐานและเกลียวละเอียด

สำหรับเกลียวเมตริก ขนาดดอกต๊าปคำนวณได้อย่างง่ายดายโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของสลักเกลียวลบด้วยระยะพิทช์เกลียว ตัวอย่างเช่น สลักเกลียว M16 ระยะพิทช์มาตรฐานที่มีระยะพิทช์ 2.0 มม. ต้องใช้ดอกสว่านขนาด 16 – 2 = 14 มม.

เมื่อทำการต๊าปรู โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ M10 และขนาดที่เล็กกว่า ให้ถอดต๊าปออกบ่อยๆ เพื่อแยกเศษโลหะและป้องกันการแตกหัก

เมื่อขันโบลต์เข้ากับเกลียวหรือชุดน็อตและโบลต์เพื่อยึดชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน แรงบิดที่ใช้จะทำให้เกิดความเค้นดึงในก้านโบลต์

แรงที่เกิดขึ้นจริงในโบลต์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น รูปร่างของเกลียว ระยะพิทช์ ผิวสำเร็จ และการหล่อลื่น สำหรับกล่องมาตรฐานส่วนใหญ่ที่มีโบลต์เมตริกแบบหล่อลื่นเล็กน้อย แรงสามารถประมาณได้ดังนี้:

แรง = 5 × แรงบิด / เส้นผ่านศูนย์กลาง

โดยที่แรงมีหน่วยเป็นนิวตัน (N) แรงบิดเป็นนิวตัน-เมตร (Nm) และเส้นผ่านศูนย์กลางเป็นเมตร (m) ตัวอย่างเช่น สลักเกลียว M16 ที่ขันแน่นเป็น 247.5 นิวตันเมตร จะสร้าง:

แรง = 5 × 247.5 Nm / 0.016 m = 77,344 N (77.3 kN)

ในการแปลงนิวตันเป็นแรงกิโลกรัม (kgf) ให้หารด้วย 9.81 (หรือ 10 สำหรับการประมาณค่าอย่างรวดเร็ว) จะได้แรงยึดโบลต์ 7,884 กิโลกรัม

ด้ายแห้งจะเพิ่มแรงเสียดทาน ส่งผลให้แรงลดลง

ข้อต่อแบบเกลียวมักจะล้มเหลวในสามวิธี: ความเสียหายจากแรงเฉือน แรงดึงแตกหัก หรือการปอกด้าย

การแตกหักของแรงดึง (การหักของโบลท์) เกิดจากการรับน้ำหนักของข้อต่อมากเกินไปหรือการขันแน่นมากเกินไป โบลท์มักจะล้มเหลวตรงที่ด้ายมาบรรจบกับก้าน

ความล้มเหลวของแรงเฉือนเกิดขึ้นเมื่อแรงด้านข้างเกินความสามารถของโบลต์ ซึ่งมักรุนแรงขึ้นเนื่องจากการขันแน่นมากเกินไป ทำให้ไม่มีแรงสำรองสำหรับแรงเฉือน ความล้มเหลวทั้งสองประเภทมักเกิดขึ้นเร็วหรือช้าในวงจรการใช้งานของส่วนประกอบ

ความล้มเหลวในการบริการบ่อยครั้งเกี่ยวข้องกับการโหลดด้านข้างเพื่องัดน็อตออกจากโบลต์ ทำให้เกิดความล้มเหลวแบบเรียงซ้อน การเทเปอร์เกลียวจะทำให้น็อตขยายตัว ลดการพันของเกลียวจนกระทั่งได้เนื้อโลหะและหลุดออกจากเกลียว