پیچ و مهره خشکه چیست؟ بررسی انواع و کاربردها

پیچ و مهره‌ های فولادی که اصطلاحاً به آن‌ ها پیچ و مهره خشکه گفته می‌ شود، از جمله مقاوم‌ ترین پیچ و مهره‌ ها به‌ حساب می‌ آیند که انواع و مدل‌ های متفاوتی دارند. این نوع اتصالات غالباً از آلیاژ فولاد ضد زنگی ساخته‌ شده‌ اند که ترکیب آن شامل عناصری مانند کربن، نیتروژن، آلومینیوم، سیلیکون، سولفور، نیکل، مس، تیتانیوم و غیره می باشد. فولاد ضد زنگ یکی از خانواده آلیاژهای بر پایه آهن بوده که وجود عناصر شیمیایی در ترکیب آن باعث مقاومت این آلیاژ در برابر زنگ‌ زدگی و حرارت شده است. پیچ و مهره‌ های خشکه که با استفاده از فولاد ضد زنگ تولید می‌ شوند، از تنوع بالایی برخوردار هستند و انواع آن با شماره‌ هایی مشخص می‌ شود که به آن شماره، گرید گفته می‌ شود. هر گرید ویژگی و کاربرد منحصر به‌ فردی دارد؛ به‌ عنوان‌ مثال، گرید 8.8 به‌ عنوان پرکاربردترین پیچ و مهره خشکه تحمل وزن 80 کیلوگرم را دارد؛ در حالیکه گرید 12 تحمل بار 385 مگا پاسکال و وزن بیش از 120 کیلوگرم را دارد. همچنین گرید 10.9 به دلیل استحکام و ویژگی‌ های استاندارد غالباً در صنعت و ساختمان‌ سازی به کار می‌ رود. جهت اطلاع از قیمت پیچ سرمته به سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.

پیچ و مهره خشکه چیست؟

پیچ و مهره خشکه نوعی اتصال فولادی با مقاومت مکانیکی بالا است که معمولا از فولاد کربنی یا فولاد آلیاژی تولید می شود و پس از انجام عملیات حرارتی، سختی و استحکام کششی مناسبی پیدا می کند. در پاسخ به سوال پیچ و مهره خشکه چیست باید گفت که اصطلاح «خشکه» در بازار بیشتر برای پیچ های فولادی پرمقاومت به کار می رود و الزاما به معنی تولید آنها از فولاد ضد زنگ نیست. این پیچ ها در کلاس های مقاومتی مختلف مانند 8.8، 10.9 و 12.9 عرضه می شوند و هر کلاس، میزان مشخصی از مقاومت کششی و تنش تسلیم را نشان می دهد.

از مهم ترین مشخصات پیچ و مهره خشکه می توان به استحکام بالا، مقاومت مناسب در برابر فشار و کشش، قابلیت استفاده در اتصالات تحت بار و تنوع در ابعاد و گرید اشاره کرد. بسته به محیط استفاده، سطح پیچ می تواند دارای پوشش هایی مانند فسفاته، اکسید سیاه یا گالوانیزه نیز باشد. به همین دلیل پیچ و مهره خشکه در سازه های فلزی، ماشین آلات صنعتی، تجهیزات سنگین و اتصالاتی که ایمنی و استحکام اهمیت زیادی دارد، کاربرد گسترده ای دارد.

مشخصات فنی پیچ و مهره‌ های خشکه

مشخصات فنی پیچ و مهره های خشکه فقط به میزان استحکام آنها محدود نمی شود و مجموعه ای از ویژگی های مکانیکی، شیمیایی و سطحی را در بر می گیرد. نوع آلیاژ، روش تولید، عملیات انجام شده روی فولاد و شرایط نهایی سطح، همگی روی عملکرد این اتصالات تاثیر دارند. این ویژگی ها مشخص می کنند که هر پیچ و مهره در چه محیطی و تحت چه میزان بار قابل استفاده است. در ادامه مهم ترین خصوصیات فنی این اتصالات را بررسی می کنیم.

• مقاومت در برابر خوردگی

در مکان‌ هایی که خوردگی یک موضوع چالش‌ برانگیز است، میتوان با روکش کردن پیچ و مهره‌ های گالوانیزه این مشکل را برطرف کرد اما در این شرایط باید هزینه‌ های محافظت، هزینه خرابی احتمالی و از بین رفتن زیبایی ظاهری نیز در نظر گرفته شود. استفاده از پیچ و مهره‌ های خشکه در مقایسه با روکش کردن و آبکاری کردن دیگر انواع پیج و مهره، راه‌ حل آسان‌ تر و ارزان‌ تر به‌ حساب می‌ آید. به دلیل اینکه وجود کروم در ترکیب این پیچ و مهره باعث مقاومت آن در برابر خوردگی می‌ شود و کارایی آن را افزایش می‌ دهد. کروم عنصری است که خاصیت ضدزنگی را برای فولاد تأمین می‌ کند. معمولاً این نوع آلیاژها با وجود بیش از 12% کروم در ترکیب آن‌ ها زنگ نمیزنند. این آلیاژ در جوهای معتدل، آب شیرین، آب معدن، بخار، اسیدکربنیک، روغن خام، بنزین، خون، الکل، آمونیاک، جیوه، صابون، محلول‌ های قند و سایر واکنشگرها عملکرد خوبی دارد.

• استحکام

با افزودن نیکل به آلیاژهای بر پایه آهن، قابلیت چکش‌ خواری آن‌ ها بهبود می‌ یابد. خاصیت چکش‌ خواری از آستینیت اولیه گرفته‌ شده است و کربن و نیتروژن به‌ طور مستقیم بر مقاومت این آلیاژها تأثیر می‌ گذارد. تنوع در میزان نیتروژن در ترکیب این آلیاژها، کمبود خواص مکانیکی را در آلیاژهای کم‌ کربن فولاد ضد زنگ جبران می‌ کند. همچنین با افزودن آلومینیوم، تیتانیوم و کلمبیوم به ترکیب فولاد ضد زنگ میتوان به‌ طور قابل‌ توجهی خصوصیات مکانیکی این مواد را از طریق عملیات حرارتی افزایش داد. ترکیب مخلوط از عناصر سازنده فریت و آستنیت در ساختار پیچ و مهره‌ های خشکه باعث افزایش استحکام آنها در مقایسه با دیگر انواع اتصالات می‌ شود. معمولاً از پیچ و مهره‌ های خشکه به دلیل استحکام بالا در صنعت هوافضا یا در ساخت پیچ و مهره قطور برای تجهیزات و وسایل اصلی مهندسی عمران مورد استفاده قرار می گیرد.

• قابلیت تراش

افزودن گوگرد و سلنیوم به ترکیب اتصالات، قابلیت تراش آن‌ ها را بهبود می‌ بخشد. به‌ عنوان‌ مثال، برخی گریدهایی از پیچ و مهره خشکه که دارای محتوای گوگرد بالاتری هستند، از قابلیت تراش بهتری برخوردارند. این خاصیت در تولید پیچ و مهره‌ های بزرگ و یا در مواردی که تولیدات کوچک یا محصولات خاص لازم است، بسیار مفید می‌ باشد.

• زیبایی ظاهری

در برخی مواقع که مقاومت و استحکام بالا مدنظر نباشد، میتوان از برخی گریدهای پیچ و مهره خشکه که دارای 18% کروم و فاقد نیکل باشد، استفاده کرد. اگرچه این نوع از اتصالات دارای مقاومت و هزینه کمتری هستند، اما کاربرد گسترده‌ ای در تزیینات دارند. پیچ و مهره‌ های خشکه به دلیل داشتن ظاهر جذاب و چشمگیر در صنعت معماری به‌ طور گسترده به کار گرفته می‌ شوند. معمولاً این نوع از اتصالات در اتومبیل‌ ها، دوربین‌ ها، پیشخوان‌ ها، لوازم‌ خانگی، ویترین‌ ها و محصولاتی که زیبایی ظاهری برای افزایش قابلیت فروش آن‌ ها ضروری است، کاربرد دارند.

• بدون نیاز به روکش محافظ

برخی از طراحان ممکن است تمایل داشته باشند که اتصال‌ دهنده‌ های آبکاری شده را به‌ عنوان یک راه‌ حل کم‌ هزینه برای خوردگی در نظر بگیرند. در حالی‌ که استفاده از اتصال‌ دهنده‌ های آبکاری شده در برخی مواقع (من جمله اینکه برای ایجاد یک پوشش خاص یا تطابق رنگی پوشش آبکاری شده اضافه می‌ شود) مفید هستند؛ اما بهتر است از اتصالاتی استفاده شود که بدون نیاز به روکش در برابر خوردگی مقاوم باشند. پیچ و مهره خشکه در مقایسه با دیگر انواع اتصالات به هیچگونه روکش برای محافظت نیاز ندارند.

• خاصیت مغناطیسی

پیچ و مهره‌ های خشکه نفوذپذیری مغناطیسی بسیار ضعیفی دارند و به آهن‌ ربا جذب نمی‌ شوند. اگرچه اتصالاتی که به روش سردکاری ساخته می‌ شوند به‌ طور ضعیف به آهن‌ ربا می‌ چسبند. همچنین درجه نفوذ پذیری مغناطیسی به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی بستگی دارد و با پایین نگه داشتن میزان کربن و تکمیل عملیات حرارتی نفوذ پذیری مغناطیسی افزایش می‌ یابد.

انواع پیچ خشکه بر اساس کلاس مقاومتی

یکی از مهم ترین معیارها برای انتخاب پیچ و مهره خشکه، کلاس مقاومتی آن است. کلاس مقاومتی معمولا با دو عدد مانند 8.8، 10.9 یا 12.9 روی سر پیچ مشخص می شود. این اعداد اطلاعات مهمی درباره مقاومت کششی اسمی و نسبت تنش تسلیم به مقاومت کششی پیچ ارائه می دهند. برای مثال عدد اول در کلاس 8.8 نشان می دهد مقاومت کششی اسمی پیچ حدود 800 مگاپاسکال است و عدد دوم بیانگر نسبت تنش تسلیم به مقاومت کششی است.

با افزایش کلاس مقاومتی، پیچ توانایی بیشتری در تحمل نیروهای کششی و برشی پیدا می کند؛ اما انتخاب بالاترین گرید همیشه بهترین گزینه نیست. نوع اتصال، میزان بار، جنس قطعات متصل شونده، شرایط محیطی و استاندارد طراحی باید در انتخاب گرید در نظر گرفته شود. همچنین نوع فولاد مورد استفاده در تولید این محصولات می تواند تحت تاثیر قیمت آهن، هزینه تولید و شرایط بازار قرار داشته باشد. در میان انواع پیچ و مهره خشکه، کلاس های 8.8، 10.9 و 12.9 از پرکاربردترین گزینه ها در صنایع ساختمانی و صنعتی هستند که هر کدام مشخصات فنی و محدوده کاربرد متفاوتی دارند.

پیچ خشکه 8.8

پیچ خشکه 8.8 یکی از رایج ترین انواع پیچ و مهره خشکه در اتصالات صنعتی و ساختمانی است. مقاومت کششی اسمی این کلاس حدود 800 مگاپاسکال بوده و تنش تسلیم آن تقریبا 640 مگاپاسکال در نظر گرفته می شود. این میزان استحکام باعث شده است پیچ 8.8 برای بسیاری از اتصالاتی که تحت بارهای متوسط تا نسبتا سنگین قرار دارند، گزینه مناسبی باشد.

این پیچ ها معمولا از فولاد کربنی متوسط ساخته شده و برای رسیدن به خواص مکانیکی مورد نظر تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند. عملیات حرارتی پیچ و مهره نقش مهمی در افزایش سختی، استحکام کششی و بهبود عملکرد این اتصالات در شرایط بارگذاری دارد. از جمله مشخصات پیچ و مهره خشکه کلاس 8.8 می توان به مقاومت مناسب در برابر نیروهای کششی و برشی و کاربرد گسترده در اتصالات صنعتی اشاره کرد. پیچ خشکه 8.8 در ساخت سازه های فلزی، تجهیزات صنعتی، ماشین آلات، قطعات خودرو، اتصالات مهندسی و برخی تجهیزات عمرانی مورد استفاده قرار می گیرد. البته میزان بار قابل تحمل آن را نمی توان تنها بر اساس کلاس مقاومتی مشخص کرد؛ زیرا قطر پیچ، سطح مقطع موثر، نوع بارگذاری، نحوه نصب و ضریب ایمنی نیز در ظرفیت نهایی اتصال تاثیر مستقیم دارند.

پیچ خشکه 10.9

پیچ خشکه 10.9 در گروه اتصالات پرمقاومت قرار می گیرد و نسبت به کلاس 8.8 توان بیشتری برای تحمل نیروهای کششی و بارهای سنگین دارد. مقاومت کششی اسمی این پیچ حدود 1000 مگاپاسکال و تنش تسلیم آن تقریبا 900 مگاپاسکال است. به همین دلیل در پروژه هایی که استحکام اتصال و کنترل تغییر شکل اهمیت بیشتری دارد، استفاده از این کلاس متداول است.

یکی از مهم ترین مشخصات پیچ و مهره خشکه کلاس 10.9، ترکیب استحکام بالا با قابلیت استفاده در اتصالات تحت تنش زیاد است. این پیچ معمولا در ماشین آلات سنگین، صنایع خودرو، تجهیزات معدنی، سازه های فولادی خاص، اتصالات صنعتی و بخش هایی که در معرض بارهای دینامیکی قرار دارند استفاده می شود. نصب صحیح پیچ 10.9 اهمیت زیادی دارد؛ زیرا اعمال گشتاور بیش از حد یا استفاده از مهره و واشر نامتناسب می تواند عملکرد اتصال را مختل کند. بنابراین مهره مورد استفاده نیز باید از کلاس مقاومتی سازگار با پیچ انتخاب شود.

پیچ خشکه 12.9

پیچ خشکه 12.9 یکی از پرمقاومت ترین کلاس های متداول پیچ فولادی است و برای اتصالاتی استفاده می شود که تحت بارهای بسیار زیاد قرار دارند. مقاومت کششی اسمی این کلاس حدود 1200 مگاپاسکال و تنش تسلیم آن در حدود 1080 مگاپاسکال است. این ویژگی موجب می شود پیچ 12.9 در تجهیزات مهندسی و ماشین آلاتی که ابعاد محدود اما نیاز به تحمل نیروی بالا دارند، مورد استفاده قرار گیرد.

برای تولید این نوع پیچ معمولا از فولادهای آلیاژی مناسب همراه با عملیات حرارتی دقیق استفاده می شود. یکی از مهم ترین مشخصات پیچ و مهره خشکه کلاس 12.9، مقاومت کششی و تنش تسلیم بالای آن است که امکان استفاده در تجهیزات تحت بار سنگین را فراهم می کند. پیچ خشکه 12.9 در صنایع ماشین سازی، تجهیزات سنگین، قالب سازی، دستگاه های صنعتی، سیستم های مکانیکی تحت تنش و برخی قطعات خودرو کاربرد دارد. با وجود استحکام بالا، استفاده نادرست از این گرید، انتخاب نامناسب قطعات جانبی یا اعمال نیروی پیش تنیدگی خارج از محدوده استاندارد می تواند احتمال شکست اتصالات پیچ و مهره ای را افزایش دهد. به همین دلیل انتخاب این گرید باید بر اساس محاسبات مهندسی و الزامات استاندارد اتصال انجام شود.

کاربرد پیچ و مهره خشکه چیست؟

پیچ و مهره خشکه زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که یک اتصال معمولی توان تحمل نیروها و تنش های وارد شده را نداشته باشد. مقاومت کششی و استحکام بالای این اتصالات موجب شده است در بخش گسترده ای از صنایع مورد استفاده قرار گیرند. بررسی مشخصات پیچ و مهره خشکه پیش از انتخاب محصول کمک می کند تا کلاس مقاومتی، قطر و نوع اتصال متناسب با شرایط پروژه تعیین شود. انتخاب نوع پیچ باید با توجه به میزان بار، کلاس مقاومتی، قطر پیچ، شرایط محیط و نوع قطعات متصل شونده انجام شود.

از مهم ترین کاربردهای پیچ و مهره خشکه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• اتصال قطعات و اعضای سازه های فلزی
• مونتاژ ماشین آلات و تجهیزات صنعتی
• ساخت و تعمیر تجهیزات راهسازی و معدنی
• استفاده در صنایع خودروسازی و قطعه سازی
• اتصال قطعات تحت بارهای کششی و برشی بالا
• استفاده در دستگاه های تولیدی و خطوط صنعتی
• ساخت تجهیزات مکانیکی و ماشین آلات سنگین
• اتصالات مربوط به پل ها و برخی سازه های مهندسی
• مونتاژ قالب ها، تجهیزات کارگاهی و سیستم های مکانیکی

در مجموع، کاربرد اصلی پیچ و مهره خشکه ایجاد اتصال مطمئن در نقاطی است که مقاومت، دوام و ایمنی اتصال نسبت به پیچ های معمولی اهمیت بیشتری دارد.

نحوه ساخت پیچ و مهره‌ های خشکه

برای تولید اتصالات دو روش بنیادی تراش و سردکاری وجود دارد که هر دو روش برای تولید پیچ و مهره خشکه به کار گرفته می‌ شود. روش تراش قدیمی‌ ترین روش برای ساخت اتصالات است و هنوز هم برای تولید پیچ‌ ها با قطرهای بسیار بزرگ یا مهره‌ های کوچک رواج دارد. اگرچه ایراد قابل‌ ملاحظه این روش این است که صیقلی بودن سطح فلز را از بین می‌ برد و آن را زبر می‌ کند.

سردکاری روشی برای شکل دادن به مفتول به‌ شکل های مختلف است و بدون نیاز به حرارت دادن فلز در آن برش یا سوراخ ایجاد می‌ کند. سال‌ ها است که اتصالات به روش سردکاری ساخته می‌ شوند، به دلیل اینکه این روش از نظر اقتصادی و کیفیت مزایای زیادی دارد. به‌ عنوان‌ مثال میزان تولید؛ با این روش می‌ توان در هر ساعت 12000 قطعه تولید کرد. همچنین اگر فولاد ضدزنگ به روش سردکاری قالب‌ گیری شود، مستحکم‌ تر و مقاوم‌ تر خواهد بود. در روش سردکاری پیچ و مهره‌ های خشکه در دمای اتاق قالب‌ گیری می‌ شوند و سرپیچ‌ ها به‌ تدریج با فشردن فولاد در قالب‌ های مختلف در فشار بالا تشکیل می‌ شوند. پس از قالب‌ گیری، پیچ و مهره آماده ایجاد شیار می‌ شود که این شیارها به‌ وسیله نورد یا برش ایجاد می‌ شوند و سطح صیقلی فلز از بین نمی‌ رود. در نهایت پیچ و مهره در برابر حرارت شدید قرار می‌ گیرد تا سفت شود.

تفاوت پیچ و مهره‌ های خشکه با پیچ و مهره‌ های آهنی و گالوانیزه

پیچ و مهره‌ ها اتصالاتی هستند که با مواد مختلف همچون فولاد، تیتانیوم، پلاستیک و غیره ساخته می‌ شوند. علاوه بر این، اتصالات متناسب با کاربردشان انواع مختلفی دارند که می‌ توان از میان آن‌ ها انتخاب کرد. برخی از این اتصالات با روکش‌ های خاصی در دسترس قرار می‌ گیرند که این به معنی مقاومت آن‌ ها در برابر خوردگی است. از آنجایی‌ که جنس اتصالات مشخص می‌ کند که این محصول تا چه اندازه مقاوم یا شکننده است، انتخاب اتصالات با جنس مناسب بسیار حائز اهمیت می‌ باشد. همچنین مواد اتصالات، مقاومت آن‌ ها را در برابر خوردگی و زیبایی آن‌ ها را نشان می‌ دهد. اگر لازم باشد شما اتصالات موجود را تعویض کنید بهتر است اتصالاتی از همان جنس جایگزین آن‌ ها کنید، مگر اینکه جنس اتصالات عامل ایجاد خوردگی در آن‌ بوده یا با آن محیط سازگاری نداشته است.

وقتی پیچ و مهره‌ های خشکه را با پیچ و مهره‌ های آهنی و گالوانیزه مقایسه می‌ کنید، مهم است که بدانید جنس مواد اتصالات خشکه از فولاد ضد زنگ باشد؛ در حالیکه دیگر اتصالات، روکشی از جنس گالوانیزه یا آهن دارند. در مقایسه با دیگر انواع اتصالات، پیچ و مهره‌ های خشکه بادوام‌ ترین گزینه است. این اتصالات نه‌ تنها مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند بلکه در صورت ایجاد خراش این خاصیت آن‌ ها از بین نمی‌ رود. چالش‌ برانگیزترین بخش در انتخاب پیچ و مهره‌ های خشکه این است که آن‌ ها باید توسط افراد متخصص با توجه خاص نصب شوند تا از سایش آن‌ ها و گیرکردن قطعات آن جلوگیری شود.

همچنین اتصال‌ دهنده‌ های فولادی که با روی آبکاری شده‌ اند، انتخاب خوبی هستند. اگرچه این نوع پیچ و مهره‌ ها برای استفاده در حوزه‌ های صنعتی مناسب می‌ باشند، اما استفاده از آن‌ ها در محیط‌ های دریایی یا محیط‌ هایی که رطوبت آن‌ ها بیشتر از حد متوسط است مناسب نیستند. مهم‌ ترین مزیت پیچ و مهره‌ های آبکاری شده با روی این است که نسبت به پیچ و مهره‌ های خشکه بسیار ارزان‌ تر هستند. استحکام و مقاومت آن‌ ها غالباً برای کاربردهای غیر تخصصی مناسب می‌ باشد.

پیچ و مهره‌ های گالوانیزه از نظر کیفیت و ظاهر خیلی با پیچ و مهره‌ های خشکه یا آهنی متفاوت هستند. با وجود یک لایه بسیار ضخیم که سطح پیچ و مهره‌ های گالوانیزه را می‌ پوشاند و آن‌ ها را در برابر خوردگی مقاوم می‌ کند اما این خوردگی دائم نیست و با ایجاد خراش و ساییدگی از بین می‌ رود. همچنین اتصالات گالوانیزه با پیچ و مهره‌ های ساخته‌ شده از مواد دیگر سازگار نیستند، زیرا ابعاد آن‌ ها کمی متفاوت است. نکته اصلی این است که با استفاده از پیچ و مهره‌ های خشکه با مشکل مواجه نمی‌ شوید، به این دلیل که برای تأمین استحکام، دوام و مقاومت در برابر خوردگی نیازی به روکش ندارند؛ بلکه آن‌ ها ذاتاً مستحکم و مقاوم هستند. در حالی‌ که در پیچ و مهره‌ های گالوانیزه و آهنی، این پوشش‌ ها می‌ توانند با گذشت زمان شروع به فرسایش کنند و در نهایت بر قدرت و طول عمر این اتصالات تأثیر می‌ گذارد که این مسئله هم از نظر هزینه و هم از نظر کیفیت حائز اهمیت است.

پیچ و مهره خشکه یکی از پرکاربردترین انواع اتصالات فولادی در پروژه های ساختمانی، صنعتی و ماشین سازی است که به دلیل مقاومت کششی و استحکام بالا، برای اتصال قطعات تحت بار و تنش مورد استفاده قرار می گیرد. این محصولات در کلاس های مقاومتی مختلف مانند 8.8، 10.9 و 12.9 تولید می شوند و هر گرید با توجه به میزان مقاومت، نوع فولاد، شرایط ساخت و نحوه کاربرد، ویژگی های متفاوتی دارد. بررسی مشخصات پیچ و مهره خشکه پیش از خرید، به انتخاب گرید مناسب و افزایش ایمنی اتصال کمک می کند. در پاسخ به این سوال که پیچ و مهره خشکه چیست، می توان گفت این محصولات اتصالات فولادی پرمقاومتی هستند که معمولا با انجام فرآیندهای تولید و عملیات حرارتی مناسب، استحکام مکانیکی بالایی به دست می آورند. انتخاب صحیح پیچ و مهره خشکه باید بر اساس کلاس مقاومتی، قطر، نوع بارگذاری، شرایط محیطی و استانداردهای پروژه انجام شود تا از کاهش عمر اتصال یا بروز خرابی در سازه و تجهیزات جلوگیری شود.

سوالات متداول