Bulong Lục giác thép đen 10.9 M20x110 DIN 931 – Ren lửng

Bu lông lục giác thép đen 10.9 M20x110 DIN 931 – ren lửng là bu lông cường độ cao có một đoạn thân trơn dài 64 mm và đoạn ren 46 mm ở đầu mút, đường kính danh nghĩa 20 mm, chiều dài thân 110 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. Đoạn thân trơn giữ nguyên đường kính 20 mm nên chịu cắt và định vị tốt hơn hẳn phần ren.

Bu lông M20x110 DIN 931 ren lửng là gì?

DIN 931 là tiêu chuẩn Đức cho bu lông đầu lục giác ngoài ren lửng, tương đương ISO 4014. Điểm khác biệt so với DIN 933 nằm ở chỗ ren không chạy suốt: chỉ đoạn cuối thân mang ren, phần còn lại là thân trơn nguyên đường kính. Với M20, tiêu chuẩn quy định chiều dài ren b = 46 mm cho bu lông tới 125 mm, 52 mm cho 125 đến 200 mm và 65 mm cho trên 200 mm.

Ở cỡ 110 mm, chiều dài ren là 46 mm, tức khoảng 18 vòng ren bước 2,5 mm, và đoạn thân trơn dài 64 mm. Chiều dài tổng được đo từ mặt tỳ dưới đầu bu lông. Đầu lục giác có kích thước đối diện 30 mm và chiều cao 13 mm. Bu lông lắp với đai ốc M20 tiêu chuẩn DIN 934 cấp 10 trở lên.

Cấp bền 10.9 nghĩa là gì?

Cấp bền 10.9 thuộc nhóm cao của bu lông thép hợp kim theo ISO 898-1, với giới hạn bền kéo danh nghĩa 1000 MPa và giới hạn chảy 900 MPa; sản phẩm thương mại thường đạt 1040 và 940 MPa. Ở M20 với tiết diện chịu lực 245 mm2, mức này tương ứng tải chảy khoảng 230 kN mỗi bu lông – tức sức nặng hơn 23 tấn.

Riêng với ren lửng, còn một con số nữa đáng quan tâm: tiết diện của đoạn thân trơn là 314 mm2, lớn hơn tiết diện chịu lực của phần ren khoảng 28 phần trăm. Khi mối ghép chịu cắt, chính con số này quyết định chứ không phải 245 mm2. Đó là lý do kỹ thuật để chọn DIN 931 thay vì DIN 933 ở những vị trí có tải ngang.

Khi dùng cấp 10.9, toàn bộ cụm phải tương xứng: đai ốc tối thiểu cấp 10, long đền đủ cứng để mặt tỳ không lún dưới áp suất tiếp xúc rất cao, và mô-men siết phải kiểm soát bằng cờ lực. Nếu một khâu yếu thì điểm hỏng chuyển sang khâu đó và lợi thế của cấp bền cao bị mất hoàn toàn.

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

DIN 931 và DIN 933 là hai biến thể của cùng loại bu lông đầu lục giác ngoài. Ren lửng có đoạn thân trơn nguyên đường kính nên chịu cắt tốt hơn, định vị chi tiết chính xác hơn và ít bị mài mòn ren khi tháo lắp nhiều lần. Ren suốt bao phủ nhiều chiều dày kẹp bằng một mã hàng, tiện cho kho vật tư đa dụng nhưng phần ren nằm trong mặt cắt là điểm yếu khi có tải ngang.

Cách chọn nhanh khi thiết kế: vẽ mặt cắt qua cụm ghép và xác định mặt phân cách rơi vào đâu trên thân bu lông. Nếu tải chủ yếu dọc trục và chiều dày cụm hay thay đổi, bản ren suốt cùng chiều dài sẽ linh hoạt hơn. Nếu có thành phần ngang đáng kể, giữ DIN 931 và bảo đảm mặt phân cách nằm trọn trong đoạn thân trơn.

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 570–660 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.

Mức này vượt khả năng của cờ lực tay phổ thông, cần cờ lực loại lớn hoặc bộ nhân lực đã hiệu chuẩn trong dải 450–800 Nm. Khi số lượng bu lông trên một cụm lớn, nên lập sơ đồ siết chéo và ghi lại thứ tự để lần bảo trì sau lặp lại đúng quy trình. Siết sai thứ tự là nguyên nhân phổ biến làm hở gioăng dù mô-men từng con đều đạt.

Với ren lửng, cần thêm một lưu ý: đoạn ren chỉ dài 46 mm nên nếu chiều dày cụm chọn sai, đai ốc có thể chạm vào chân đoạn thân trơn và dừng lại trước khi ép đủ. Khi đó cờ lực sẽ báo mô-men tăng vọt dù mối ghép chưa hề có lực kẹp – một trong những sai lầm nguy hiểm nhất vì nó tạo cảm giác đã siết chặt.

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

Bản thép đen giữ bề mặt thép trần với lớp oxit mỏng và dầu bảo quản. Đây là lựa chọn phổ biến cho bu lông cường độ cao vì dung sai ren không bị lớp phủ làm sai lệch và không phát sinh hydro trong xử lý bề mặt. Cả hai yếu tố đều ảnh hưởng trực tiếp tới độ tin cậy của mối ghép cấp 10.9.

Bù lại, sản phẩm cần môi trường lắp đặt khô. Khi bảo quản nên để nguyên lớp dầu, đựng trong thùng kín, kê cao khỏi nền. Khi lắp ở vị trí có thể đọng ẩm, hãy phủ sơn hoặc mỡ chống gỉ lên đầu bu lông, đai ốc và phần ren nhô ra – đây là ba vị trí gỉ xuất hiện sớm nhất.

Riêng với ren lửng, đoạn thân trơn nằm khít trong lỗ nên khe hở giữa bu lông và thành lỗ rất nhỏ. Nếu có hơi ẩm lọt vào, nước đọng lại trong khe này rất lâu mới khô và gây gỉ tiếp xúc. Với cụm ngoài xưởng hoặc nơi có thể ngưng tụ, nên bôi một lớp mỡ mỏng lên thân trơn trước khi luồn, hoặc chuyển sang bản mạ kẽm.

Chiều dày kẹp phù hợp của cỡ 110 mm

Với ren lửng, chiều dày kẹp bị chặn hai đầu. Cận dưới là 64 mm – đúng bằng chiều dài đoạn thân trơn, vì nếu cụm mỏng hơn thì đai ốc sẽ chạy lên phần thân trơn và không thể siết. Cận trên là 86 mm, tính bằng cách trừ khỏi 110 mm chiều cao đai ốc M20 khoảng 16 mm, long đền phẳng khoảng 3 mm và phần ren nhô ra tối thiểu hai bước ren. Dải làm việc thực tế vì thế chỉ rộng khoảng 22 mm.

Hãy đo tổng chiều dày cụm cộng bề dày long đền và đối chiếu với dải 64-86 mm trước khi đặt hàng. Nếu số đo rơi ra ngoài, chọn chiều dài kế cận thay vì cố lắp – một mối ghép ren lửng sai chiều dài không bao giờ đạt lực kẹp thiết kế.

Ứng dụng: khung thép, mặt bích thiết bị và gối đỡ chịu tải hỗn hợp

Cỡ M20x110 DIN 931 với chiều dày kẹp 64–86 mm là nhóm thông dụng nhất của dòng ren lửng M20: nối cột với dầm qua bản mã, mặt bích thiết bị quay, gối đỡ trục và các cụm khung thép có tải ngang đáng kể bên cạnh tải dọc trục.

Đoạn thân trơn dài 64 mm cho dư địa bố trí thoải mái hơn hẳn nhóm ngắn, nên mặt phân cách dễ nằm trọn trong thân trơn. Dù vậy vẫn phải cộng đủ bề dày long đền và mọi tấm căn chỉnh vào phép đo, vì sai số tích luỹ ở cụm nhiều lớp thường lớn hơn dự kiến.

Nếu chiều dày cụm nhỏ hơn 64 mm, đai ốc sẽ chạm chân đoạn thân trơn và dừng lại trước khi ép đủ. Khi đó hãy lùi xuống chiều dài ngắn hơn thay vì cố siết, vì cờ lực sẽ báo đủ mô-men trong khi mối ghép chưa có lực kẹp.

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 dùng cho đầu vuông 1/2 inch trở lên, tay nối chịu mô-men trên 800 Nm, và cờ lực hoặc bộ nhân lực đã hiệu chuẩn trong dải 450–800 Nm. 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 và đoạn thân trơn còn nguyên, không móp, không xước sâu, 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. Luồn bu lông bằng tay, vặn đai ốc bằng tay tới khi chạm mặt để chắc chắn ren ăn đúng và đai ốc chưa chạm chân thân trơn, sau đó mới dùng dụng cụ.

Siết theo trình tự chéo đối xứng, chia ba bước tăng dần: khoảng 30 phần trăm, 70 phần trăm rồi tới 570–660 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. Bảo quản nơi khô, để nằm ngang trên giá nhiều điểm tỳ, 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, đầu vuông 1/2 inch trở lên, không dùng khẩu mỏng.

Đoạn ren của cỡ 110 mm dài bao nhiêu? Theo DIN 931 và ISO 4014, chiều dài ren với M20 là 46 mm ở nhóm chiều dài này, tức khoảng 18 vòng ren; phần thân trơn còn lại dài 64 mm.

Chiều dày cụm bao nhiêu thì hợp với cỡ 110 mm? Khoảng 64-86 mm khi dùng đai ốc kèm một long đền phẳng. Mỏng hơn 64 mm thì đai ốc chạy lên thân trơn và không siết được.

Siết bao nhiêu là đủ? Khoảng 570–660 Nm khi ren và mặt tỳ khô sạch. Nếu bôi trơn ren, giảm 15–25 phần trăm so với giá trị này.

Ren lửng hơn ren suốt ở điểm nào? Đoạn thân trơn giữ nguyên đường kính 20 mm với tiết diện 314 mm2, chịu cắt tốt hơn phần ren khoảng 28 phần trăm và định vị chi tiết chính xác hơn khi lỗ khoan sát.

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.

Lời kết

Bu lông lục giác thép đen 10.9 M20x110 DIN 931 ren lửng phục vụ khung thép, mặt bích thiết bị và gối đỡ chịu tải hỗn hợp, với chiều dày kẹp 64–86 mm. Điều kiện quyết định là mặt phân cách phải nằm trọn trong đoạn thân trơn dài 64 mm, và dụng cụ siết phải đủ tầm cho mức 570–660 Nm. Liên hệ Ánh Dương để được tư vấn chọn cỡ hoặc chuyển sang bản mạ kẽm nếu vị trí lắp có thể đọng ẩm.

Sản phẩm liên quan

• Bu lông M20x120 DIN 931 thép đen ren lửng – cỡ dài hơn kế tiếp
• Toàn bộ dòng bu lông lục giác thép đen 10.9 – xem các cỡ khác
• Bu lông M22x110 DIN 931 thép đen 10.9 – cỡ ren lớn hơn liền kề
• Bu lông M20x110 DIN 931 mạ kẽm 10.9 – dùng nơi ẩm hoặc ngoài trời