Bulong Lục giác thép đen 10.9 M20x60 DIN 933

Bu lông lục giác thép đen 10.9 M20x60 DIN 933 – ren suốt là bu lông cường độ cao có ren chạy suốt toàn thân, đường kính danh nghĩa 20 mm, chiều dài thân 60 mm, bước ren 2,5 mm, đầu lục giác kích thước đối diện s = 30 mm và bề mặt thép đen không mạ. Cấp bền 10.9 cho giới hạn bền kéo khoảng 1040 MPa cùng giới hạn chảy khoảng 940 MPa. Với tiết diện chịu lực 245 mm2 và tỉ lệ chiều dài trên đường kính 3.0, cỡ này phục vụ mâm bích truyền mô-men xoắn lớn.

Bu lông M20x60 DIN 933 ren suốt là gì?

Tiêu chuẩn DIN 933 mô tả bu lông đầu lục giác ngoài ren suốt toàn thân. Toàn bộ chiều dài thân đều mang ren, nên bu lông truyền lực dọc trục qua ren trên mọi mặt cắt và cho phép đặt đai ốc ở vị trí bất kỳ. Đây là loại bu lông phổ biến nhất trong kho vật tư cơ khí, đặc biệt ở các dây chuyền có nhiều chiều dày bản mã và mặt bích khác nhau.

Ở cỡ M20x60, chiều dài 60 mm là chiều dài thân, chiều cao đầu khoảng 13 mm được tính riêng. Kích thước đối diện của đầu là 30 mm. Thân mang khoảng 24 bước ren, cho tỉ lệ chiều dài trên đường kính 3.0 – con số quyết định khoảng chiều dày cụm mà bu lông phục vụ được sau khi trừ đai ốc và long đền.

Cấp bền 10.9 nghĩa là gì?

Hai con số 10.9 cho biết giới hạn bền kéo danh nghĩa khoảng 1000 MPa và giới hạn chảy khoảng 900 MPa. Để đạt mức này, phôi thép hợp kim phải qua tôi và ram có kiểm soát, độ cứng sau nhiệt luyện nằm trong dải khoảng 32–39 HRC. So với cấp 8.8, khả năng mang tải tăng khoảng một phần tư trên cùng tiết diện ren.

Ở đường kính M20, chênh lệch đó quy ra con số rất lớn: mỗi bu lông giữ thêm được vài chục kilonewton lực kẹp. Đổi lại, vật liệu cứng hơn nên độ dai va đập ở nhiệt độ thấp giảm, và bu lông nhạy với giòn hydro nếu bị mạ điện không đúng quy trình – một lý do khiến bản thép đen được ưa dùng ở cấp bền này.

Với mối ghép truyền mô-men bằng ma sát, mọi bu lông trong vòng phải có lực kẹp gần bằng nhau. Một con thiếu mô-men làm giảm ma sát cục bộ, mâm bắt đầu trượt vi mô tại đó và lỗ bị đánh rộng dần. Vì vậy ở nhóm ứng dụng này, tính đồng đều của lực kẹp quan trọng ngang với giá trị tuyệt đối.

Phân biệt DIN 933 (ren suốt) và DIN 931 (ren lửng)

Khác biệt duy nhất nằm ở kết cấu thân, nhưng hệ quả kỹ thuật khá lớn. Thân ren suốt của DIN 933 cho phép đặt đai ốc ở bất kỳ vị trí nào, đổi lại mặt cắt tại mặt phân cách luôn đi qua ren – nơi tiết diện nhỏ hơn và có tập trung ứng suất tại chân ren. Thân trơn của DIN 931 khắc phục điểm này nhưng buộc phải chọn chiều dài sát với chiều dày cụm.

Trong phần lớn mối ghép công nghiệp thiết kế theo nguyên lý ma sát, lực kẹp giữ hai bề mặt không trượt và thân bu lông gần như không chịu cắt trực tiếp. Với nhóm này, ren suốt hoàn toàn đáp ứng. Chỉ khi thiết kế cho phép bu lông chịu ép mặt, hoặc cần hạn chế xê dịch ngang, mới bắt buộc dùng bản ren lửng.

Mô-men siết và lực kẹp cho bu lông M20

Bu lông M20 cấp 10.9 lắp khô, ren và mặt tỳ sạch, thường được siết trong khoảng 580–650 Nm, tạo lực kẹp trước khoảng 170–195 kN – tương đương sức nặng gần 20 tấn ép lên mặt phân cách. Giá trị cụ thể phụ thuộc hệ số ma sát: nếu bôi mỡ hoặc dầu lên ren và mặt tỳ thì cùng một lực kẹp chỉ cần mô-men thấp hơn 15–25 phần trăm, giữ nguyên giá trị khô sẽ làm bu lông quá tải.

Dụng cụ cần có khoảng làm việc bao trùm 580–650 Nm, tức cờ lực dải 400–800 Nm hoặc thiết bị nhân lực. Siết một phát tới giá trị đích dễ làm lệch mặt bích và gây quá tải cục bộ, nên chia thành ba bước 40, 70 rồi 100 phần trăm, đi theo sơ đồ chéo đối xứng. Với cụm nhiều bu lông, nên chạy thêm một vòng kiểm tra sau khi hoàn tất.

Cần nhớ mô-men chỉ là phương tiện gián tiếp tạo lực kẹp: phần lớn bị tiêu hao vào ma sát ở ren và mặt tỳ, chỉ khoảng 10–15 phần trăm thực sự chuyển thành lực dọc trục. Ren sạch, không xước, không dính hạt mài là điều kiện bắt buộc để con số trên cờ lực phản ánh đúng lực kẹp. Ở đường kính M20, sai lệch ma sát vài phần trăm đã tương đương hàng chục kilonewton lực kẹp.

Bề mặt thép đen: đặc điểm và lưu ý chống gỉ

Thép đen nghĩa là bề mặt không phủ kim loại: sau tôi ram, bu lông chỉ mang lớp oxit sẫm và màng dầu mỏng. Cách hoàn thiện này giữ nguyên dung sai ren nên bu lông vặn nhẹ và mô-men siết ổn định hơn hàng mạ dày – điều đặc biệt quan trọng ở M20, nơi sai lệch ma sát nhỏ đã kéo theo chênh lệch lực kẹp lớn.

Điểm phải chấp nhận là tuổi thọ chống gỉ ngắn. Trong xưởng khô thoáng, bề mặt giữ được nhiều tháng; ở khu vực rửa thiết bị, gần hơi axit hoặc ngoài trời, gỉ đỏ xuất hiện nhanh và làm kẹt ren. Giải pháp thực tế là sơn phủ cụm sau khi lắp, hoặc đổi sang bản mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện phân hay inox khi môi trường khắc nghiệt.

Khớp nối và mâm bích thường được che bằng nắp bảo vệ nên môi trường khá kín, thuận lợi cho bản thép đen. Tuy vậy dầu bôi trơn văng ra từ khớp nối răng có thể lẫn bụi tạo lớp bùn ở chân bu lông; nên vệ sinh cụm này trong mỗi kỳ bảo dưỡng lớn.

Chiều dày kẹp phù hợp của cỡ 60 mm

Với chiều dài thân 60 mm, cần trừ chiều cao đai ốc M20 khoảng 16 mm, long đền phẳng khoảng 3 mm và phần ren nhô ra sau đai ốc tối thiểu hai đến ba bước ren, tức 5–7 mm. Phần còn lại dành cho cụm ghép rơi vào khoảng 32-36 mm. Nếu bắt trực tiếp vào lỗ ren trên chi tiết nền, chiều sâu ăn ren nên đạt tối thiểu 1,5 lần đường kính với thép và khoảng 2 lần với gang hoặc nhôm.

Chọn chiều dài nên xuất phát từ số đo thực tế chứ không lấy dư cho chắc. Bu lông dài quá khiến đai ốc chạy hết ren mà chưa ép tới mặt tỳ; ngắn quá thì ren ăn thiếu và nguy cơ tuột ren dưới lực kẹp 170–195 kN là rất thật. Hãy đo tổng chiều dày cụm, cộng bề dày long đền và đối chiếu với dải 32-36 mm trước khi đặt hàng.

Ứng dụng: mâm bích khớp nối trục truyền động nặng

Cỡ M20x60 DIN 933 bao phủ chiều dày kẹp 32–36 mm, tương ứng cặp mâm bích khớp nối trục cỡ lớn khi mỗi mâm dày 16–18 mm. Khớp nối bích truyền toàn bộ mô-men xoắn giữa hai trục, thường gặp ở tuyến truyền động máy nghiền, máy cán, quạt công nghiệp và bơm cỡ lớn.

Trong thiết kế tiêu chuẩn, mô-men được truyền bằng ma sát giữa hai mặt mâm chứ không phải bằng lực cắt trên thân bu lông. Mô-men xoắn sinh ra lực tiếp tuyến trên từng bu lông, và khả năng chống trượt tỉ lệ thuận với lực kẹp. Cấp 10.9 ở đường kính M20 cho 170–195 kN mỗi con, đủ để truyền mô-men lớn qua một vòng bu lông có số lượng hạn chế bởi kích thước mâm.

Vì là chi tiết quay, cần lưu ý cân bằng động: các bu lông trên cùng một mâm nên cùng lô, cùng chiều dài, lắp đủ số lượng thiết kế và không được thay thế lẻ bằng cỡ khác. Sau khi chạy rà, kiểm tra lại toàn bộ mô-men và ghi vào hồ sơ máy để đối chiếu ở kỳ bảo dưỡng sau.

Chọn đai ốc, long đền và dụng cụ đồng bộ

Bu lông cấp 10.9 phải đi cùng đai ốc tối thiểu cấp 10 theo DIN 934 hoặc ISO 4032; dùng đai ốc cấp 8 sẽ khiến ren đai ốc tuột trước khi bu lông đạt lực kẹp thiết kế. Long đền phẳng nên chọn loại cứng theo DIN 125, hoặc bản dày DIN 7349 khi mặt tỳ là thép mềm, gang hay nhôm – ở lực kẹp 170–195 kN, áp suất tiếp xúc dưới đầu bu lông rất cao và mặt vật liệu mềm sẽ lún.

Về dụng cụ, cần khẩu tuýp 30 sáu cạnh loại dày, tay nối chịu mô-men trên 700 Nm và cờ lực đã hiệu chuẩn trong khoảng 400–800 Nm, hoặc bộ nhân lực. Nếu mối ghép chịu rung mạnh, có thể bổ sung keo khoá ren cường độ trung bình hoặc long đền khoá kiểu nêm; lưu ý keo làm thay đổi ma sát nên phải điều chỉnh mô-men theo hướng dẫn của nhà sản xuất keo.

Hướng dẫn lắp đặt và bảo quản

Trước khi lắp, kiểm tra ren bu lông và ren đai ốc còn nguyên, không móp, không dính ba via hay hạt mài. Làm sạch lỗ bắt và mặt tỳ, loại bỏ sơn dày hoặc gỉ bám vì lớp này sẽ lún dần sau vài giờ vận hành và làm mất lực kẹp. Lắp long đền phẳng dưới đầu bu lông và dưới đai ốc, vặn đai ốc bằng tay tới khi chạm mặt để chắc chắn ren ăn đúng, sau đó mới dùng dụng cụ.

Siết theo trình tự chéo đối xứng, chia hai đến ba bước tăng dần tới 580–650 Nm. Với cụm có gioăng, nên siết lại một lượt sau khi thiết bị chạy ổn định vài giờ để bù phần gioăng lún. Không tái sử dụng bu lông cấp 10.9 đã siết tới giới hạn ở mối ghép quan trọng, vì vật liệu có thể đã biến dạng dẻo cục bộ tại chân ren. Bảo quản nơi khô, giữ nguyên lớp dầu, kê cao khỏi nền.

Câu hỏi thường gặp

Bu lông M20 dùng khẩu số mấy? Đầu lục giác có kích thước đối diện s = 30 mm, nên dùng khẩu tuýp 30 loại sáu cạnh thành dày, không dùng khẩu mỏng.

Siết bao nhiêu là đủ? Khoảng 580–650 Nm khi ren và mặt tỳ khô sạch. Nếu bôi trơn ren, giảm 15–25 phần trăm so với giá trị này để tránh kéo quá giới hạn chảy.

Chiều dày cụm bao nhiêu thì hợp với cỡ 60 mm? Khoảng 32-36 mm khi dùng đai ốc kèm một long đền phẳng. Nếu bắt vào lỗ ren, cần tính lại theo chiều sâu ăn ren tối thiểu.

Thép đen dùng ngoài trời được không? Không nên. Bề mặt không mạ chỉ có màng dầu tạm thời, sẽ gỉ nhanh khi gặp mưa nắng. Ngoài trời nên dùng bản mạ kẽm hoặc inox 304, 316.

Có thể thay bằng cấp 8.8 cùng cỡ không? Lắp lẫn được, nhưng lực kẹp giảm khoảng một phần tư và mô-men siết phải hạ tương ứng. Chỉ thay khi tính toán mối ghép cho phép.

Thân có khoảng bao nhiêu vòng ren? Với bước ren 2,5 mm và chiều dài 60 mm, thân mang xấp xỉ 24 vòng ren, đủ để bố trí đai ốc và phần ren nhô ra theo khuyến nghị.

Lời kết

Bu lông lục giác thép đen 10.9 M20x60 DIN 933 ren suốt là cỡ tiêu chuẩn cho mâm bích khớp nối trục truyền động nặng với chiều dày kẹp 32–36 mm. Lực kẹp lớn và đồng đều trên toàn vòng bu lông là yếu tố quyết định. Liên hệ Ánh Dương để được tư vấn chọn cỡ và báo giá.

Sản phẩm liên quan

• Bu lông M20x55 DIN 933 ren suốt – cỡ ngắn hơn kế tiếp
• Bu lông M20x65 DIN 933 ren suốt – chiều dài lớn hơn kế tiếp
• Bu lông M20x60 DIN 931 ren lửng – bản thân trơn chịu cắt
• Bu lông M20x60 DIN 933 mạ kẽm 10.9 – dùng nơi ẩm hoặc ngoài trời