Bu lông cường độ cao trong cơ khí chế tạo
Trong cơ khí chế tạo, bu lông là chi tiết rất nhỏ nếu xét về kích thước, nhưng lại giữ vai trò đặc biệt quan trọng đối với độ an toàn của kết cấu. Rất nhiều hư hỏng trong máy móc và kết cấu thép không bắt nguồn từ chi tiết chính, mà xuất phát từ liên kết bu lông không phù hợp với điều kiện làm việc.
Khi tải trọng tăng cao, rung động lớn và thời gian làm việc kéo dài, bu lông thông thường nhanh chóng bộc lộ hạn chế. Từ yêu cầu thực tế đó, bu lông cường độ cao được sử dụng như một giải pháp bắt buộc trong cơ khí chế tạo hiện đại.
1. Khái niệm bu lông cường độ cao
Bu lông cường độ cao là bu lông được chế tạo từ thép hợp kim và trải qua xử lý nhiệt nhằm đạt các cấp bền cao theo tiêu chuẩn cơ khí. Điều quan trọng của bu lông cường độ cao không nằm ở hình dạng hay kích thước, mà nằm ở khả năng làm việc trong vùng ứng suất lớn mà vẫn giữ được tính ổn định của liên kết.
Khi siết bu lông cường độ cao, lực kẹp sinh ra lớn hơn nhiều so với bu lông thông thường. Nhờ đó, các chi tiết được ép chặt vào nhau, giảm trượt, giảm dao động và hạn chế sự phát sinh ứng suất cục bộ trong quá trình vận hành.
2. Đặc điểm làm việc của bu lông cường độ cao
Trong điều kiện làm việc thực tế, bu lông cường độ cao không chỉ chịu lực kéo tĩnh. Chúng đồng thời chịu tải động, rung động và biến đổi nhiệt độ. Chính vì vậy, yêu cầu đặt ra không chỉ là chịu lực lớn, mà còn phải duy trì được lực siết ổn định theo thời gian.
So với bu lông cấp bền thấp, bu lông cường độ cao có giới hạn chảy cao hơn, nên ít xảy ra hiện tượng giãn dài dẻo khi siết. Điều này giúp liên kết không bị lỏng sau một thời gian làm việc. Tuy nhiên, đi kèm với độ bền cao là độ dẻo giảm, khiến bu lông nhạy cảm hơn với sai sót trong lắp ráp.
3. Các cấp bền thường gặp trong cơ khí chế tạo
rong thực tế, bu lông cường độ cao không phải lúc nào cũng sử dụng cấp bền cao nhất. Việc lựa chọn cấp bền phụ thuộc trực tiếp vào tải trọng và điều kiện làm việc của liên kết.
Bu lông cấp 8.8 thường được dùng cho các liên kết chịu tải tương đối lớn, nhưng vẫn cần một mức độ dẻo nhất định để phân bố ứng suất. Cấp 10.9 được sử dụng nhiều trong các cụm máy và kết cấu chịu rung động mạnh, nơi yêu cầu giữ lực siết lâu dài. Cấp 12.9 có cường độ rất cao, thường chỉ dùng trong các liên kết đặc biệt quan trọng, nơi không gian hạn chế nhưng tải trọng lớn.
Việc sử dụng cấp bền cao hơn mức cần thiết không phải lúc nào cũng mang lại lợi ích, nếu kỹ thuật lắp ráp không được kiểm soát tương ứng.
4. Vị trí ứng dụng trong cơ khí chế tạo
Bu lông cường độ cao thường xuất hiện ở những vị trí mà sự hư hỏng của liên kết có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Chúng được dùng trong khung máy, bệ máy, các cụm truyền động, hộp số và kết cấu thép chịu lực.
Trong các trường hợp này, bu lông không chỉ có nhiệm vụ giữ các chi tiết lại với nhau, mà còn tham gia trực tiếp vào việc truyền tải lực và đảm bảo độ cứng vững của toàn bộ hệ thống.
5. Những vấn đề thường gặp khi sử dụng
Một sai lầm phổ biến là đánh giá thấp vai trò của kỹ thuật lắp ráp. Bu lông cường độ cao yêu cầu mô men siết chính xác, bề mặt tiếp xúc phù hợp và quy trình lắp đặt rõ ràng. Việc siết quá lực, gia nhiệt cục bộ hoặc thay đổi điều kiện làm việc ban đầu đều có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ của bu lông.
Ngoài ra, việc thay thế bu lông cường độ cao bằng bu lông cấp thấp hơn, dù chỉ ở một vài vị trí, cũng có thể phá vỡ sự cân bằng tải trong toàn bộ liên kết.
6. Nhận xét chung
Bu lông cường độ cao là một chi tiết nhỏ nhưng mang tính quyết định trong cơ khí chế tạo. Chúng cho phép các kết cấu và cụm máy làm việc an toàn ở mức tải lớn, với điều kiện được lựa chọn đúng cấp bền và lắp ráp đúng kỹ thuật.
Trong nhiều trường hợp, độ bền của một hệ thống không phụ thuộc vào chi tiết lớn nhất, mà phụ thuộc vào chính những liên kết nhỏ như bu lông.
Bài viết liên quan
-
Bu lông thép đen 12.9 dùng trong những trường hợp nào?
-
Xử lý nhiệt bu lông cường độ cao và ảnh hưởng đến độ bền