Bulong Lục giác thép mạ kẽm 10.9 M27x140 DIN 931 – Ren lửng

Bu lông lục giác thép mạ kẽm 10.9 M27x140 DIN 931 – ren lửng là bu lông cường độ cao có một đoạn thân trơn dài 74 mm và đoạn ren 66 mm ở đầu mút, đường kính danh nghĩa 27 mm, chiều dài thân 140 mm, bước ren 3 mm, đầu lục giác kích thước đối diện s = 41 mm và bề mặt mạ kẽm điện phân có lớp thụ động. Cấp bền 10.9 cho giới hạn bền kéo khoảng 1040 MPa cùng giới hạn chảy khoảng 940 MPa. So với bản thép đen, lớp kẽm cho khả năng chống gỉ tốt hơn nhiều và mô-men siết yêu cầu thấp hơn khoảng một phần mười.

Bu lông M27x140 DIN 931 mạ kẽm ren lửng là gì?

DIN 931 là tiêu chuẩn Đức cho bu lông đầu lục giác ngoài ren lửng, tương đương ISO 4014. Ren không chạy suốt: chỉ đoạn cuối thân mang ren, phần còn lại là thân trơn nguyên đường kính 27 mm. Với M27, tiêu chuẩn quy định chiều dài ren b = 60 mm cho bu lông tới 125 mm, 66 mm cho 125 đến 200 mm và 79 mm cho trên 200 mm.

Ở cỡ 140 mm, chiều dài ren là 66 mm, tức khoảng 22 vòng ren bước 3 mm, và đoạn thân trơn dài 74 mm. Đầu lục giác có kích thước đối diện 41 mm và chiều cao 17 mm. Ren được cán theo dung sai 6g trước khi mạ, nên sau khi phủ kẽm vẫn lắp vừa đai ốc M27 tiêu chuẩn DIN 934 cấp 10 trở lên, chiều cao đai ốc 22 mm.

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 M27 với tiết diện chịu lực 459 mm2, mức này tương ứng tải chảy khoảng 431 kN mỗi bu lông – tức sức nặng hơn 43 tấn trên một con bu lông duy nhất.

Riêng với ren lửng, còn một con số nữa đáng quan tâm: tiết diện của đoạn thân trơn là 573 mm2, lớn hơn tiết diện chịu lực của phần ren khoảng 25 phần trăm. Khi mối ghép chịu cắt, chính con số này quyết định chứ không phải 459 mm2. Đó là lý do kỹ thuật để chọn DIN 931 ở những vị trí có tải ngang, và cũng là lý do M27 gần như chỉ có bản ren lửng trên thị trường.

Với bu lông cấp 10.9 đem mạ điện phân, có một yêu cầu bắt buộc trong chế tạo: khử hydro sau khi mạ. Quá trình mạ sinh hydro thấm vào thép cường độ cao và có thể gây nứt giòn chậm sau khi lắp, đôi khi vài ngày sau mới xảy ra. Ở đường kính M27 nơi mỗi con gánh hơn 40 tấn, hậu quả của một vết nứt như vậy là rất nghiêm trọng. Sản phẩm đạt chuẩn phải được nung khử hydro ở khoảng 200 độ C ngay sau khi mạ; hãy yêu cầu nhà cung cấp cung cấp CO CQ xác nhận công đoạn này.

Vì sao M27 hầu như chỉ có bản ren lửng?

Từ đường kính M27 trở lên, bản ren suốt gần như biến mất khỏi hàng thông dụng. Lý do vừa kỹ thuật vừa kinh tế: cán ren suốt trên một thân đường kính 27 mm tốn thêm đáng kể công đoạn và vật liệu, trong khi phần ren nằm giữa thân không mang lại lợi ích kết cấu nào – nó chỉ làm giảm tiết diện tại đúng vị trí mặt phân cách, nơi mối ghép cần tiết diện lớn nhất.

Vì vậy khi thiết kế ở cỡ M27, câu hỏi không còn là chọn ren suốt hay ren lửng, mà là chọn đúng chiều dài để mặt phân cách rơi vào đoạn thân trơn. Nếu chiều dày cụm hay thay đổi và cần một mã hàng linh hoạt, giải pháp thực tế là dùng ty ren mạ kẽm cắt theo chiều dài kèm hai đai ốc, chứ không phải tìm bu lông M27 ren suốt.

Mô-men siết và lực kẹp cho bu lông M27 mạ kẽm

Bu lông M27 cấp 10.9 mạ kẽm lắp khô, ren và mặt tỳ sạch, thường được siết trong khoảng 1330–1520 Nm, tạo lực kẹp trước khoảng 320–365 kN – tương đương sức nặng hơn 33 tấn ép lên mặt phân cách. Con số này thấp hơn bản thép đen khoảng một phần mười ở cùng lực kẹp, vì lớp kẽm cho hệ số ma sát thấp hơn. Dùng nhầm giá trị của bản thép đen cho bu lông mạ kẽm sẽ kéo bu lông vượt giới hạn chảy.

Ở mức này thì bộ nhân lực cầm tay cũng đã đến giới hạn: thực tế phải dùng cờ lực thuỷ lực hoặc súng siết thuỷ lực có đồng hồ áp, dải hiệu chuẩn khoảng 1100–1750 Nm. Cần lưu ý cả phản lực: một tay đòn hơn 1300 Nm sinh ra lực đẩy rất lớn ở điểm tỳ, nên phải bố trí điểm chống chắc chắn và tính trước hướng văng nếu khẩu trượt.

Với bản mạ kẽm còn một biến số riêng: nếu tháo ra siết lại nhiều lần, lớp kẽm trên ren bị mài mỏng và hệ số ma sát thay đổi, nên giá trị mô-men lần sau không còn tương ứng với lực kẹp như lần đầu. Với mối ghép quan trọng, nên kiểm soát bằng đo độ dãn dài của bu lông hoặc siết theo góc quay, hoặc dùng bộ căng thuỷ lực kéo trực tiếp thay vì siết xoay.

Bề mặt mạ kẽm: khả năng chống gỉ và giới hạn sử dụng

Lớp mạ kẽm điện phân dày khoảng 8 đến 12 micromet, phủ thêm lớp thụ động cho màu trắng xanh hoặc cầu vồng. Kẽm bảo vệ thép theo cơ chế hy sinh: khi có vết xước nhỏ tới lõi, kẽm xung quanh ăn mòn trước và giữ cho thép chưa bị gỉ. Đây là khác biệt căn bản so với bản thép đen vốn chỉ có màng dầu tạm thời.

Tuy vậy lớp mạ điện phân mỏng nên có giới hạn rõ ràng. Sản phẩm phù hợp với môi trường trong nhà, nhà xưởng hở mái, ngoài trời có mái che hoặc kết cấu được sơn phủ bổ sung. Với vị trí phơi mưa nắng trực tiếp quanh năm, gần biển, trong môi trường hoá chất hay nước thải, nên chuyển sang bu lông mạ kẽm nhúng nóng có lớp phủ dày hơn nhiều lần, hoặc dùng inox 304 và 316.

Riêng với ren lửng, đoạn thân trơn nằm khít trong lỗ nên khe hở giữa bu lông và thành lỗ rất nhỏ. Lớp kẽm trên đoạn này che kín khe hở và giảm đáng kể nguy cơ gỉ tiếp xúc so với bản thép đen – một lợi thế thực tế khi sau này cần tháo ra bảo trì. Ngoài ra không nên bắt bu lông mạ kẽm trực tiếp lên chi tiết inox hoặc đồng trong môi trường ẩm, vì cặp kim loại khác nhau tạo pin điện hoá khiến lớp kẽm tiêu hao rất nhanh.

Chiều dày kẹp phù hợp của cỡ 140 mm

Với ren lửng, chiều dày kẹp bị chặn hai đầu. Cận dưới là 74 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 106 mm, tính bằng cách trừ khỏi 140 mm chiều cao đai ốc M27 khoảng 22 mm, long đền phẳng khoảng 4 mm và phần ren nhô ra tối thiểu hai bước ren. Dải làm việc thực tế vì thế chỉ rộng khoảng 32 mm.

Hãy đo tổng chiều dày cụm cộng bề dày long đền và đối chiếu với dải 74-106 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. 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, tức khoảng 40 mm, và khoảng 2 lần tức 54 mm với gang hoặc nhôm.

Ứng dụng: bệ máy ngoài trời và cụm ghép nhiều lớp

Cỡ M27x140 DIN 931 mạ kẽm với chiều dày kẹp 74–106 mm là nhóm thông dụng nhất của dòng: bệ máy hạng nặng có tấm đế kép, chân máy nghiền và máy ép đặt ngoài nhà, mặt bích nối trục cỡ lớn, chân cầu trục và các cụm ghép hai đến ba lớp chi tiết dày. Đoạn thân trơn dài 74 mm đủ bao trọn mặt phân cách trong hầu hết cấu hình thực tế.

Ở đường kính này, mỗi bu lông tạo lực kẹp 320–365 kN – tương đương hơn 33 tấn ép lên mặt phân cách. Con số đó đòi hỏi mặt tỳ phải là thép cứng hoặc có long đền bản dày. Với bản mạ kẽm còn thêm một lưu ý: chính lớp kẽm dưới mặt tỳ cũng bị nén và lún nhẹ trong những giờ đầu, nên siết lại một lượt sau khi thiết bị chạy ổn định là việc bắt buộc chứ không phải tuỳ chọn.

Độ thẳng hàng của lỗ cũng quan trọng hơn hẳn so với các cỡ nhỏ. Bu lông M27 rất cứng, nên nếu lỗ lệch tâm thì thay vì bu lông uốn theo, chính chi tiết nền sẽ bị kéo biến dạng khi siết. Nên khoan đồng thời cả chồng chi tiết hoặc dùng dưỡng khoan, và luồn bu lông bằng tay – đóng búa qua lỗ lệch sẽ bong lớp kẽm và tạo điểm gỉ đầu tiên.

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, và nên chọn đai ốc cũng mạ kẽm để cả cụm có cùng mức bảo vệ – một đai ốc thép đen lắp trên bu lông mạ kẽm sẽ là điểm gỉ đầu tiên. 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 320–365 kN, áp suất tiếp xúc dưới đầu bu lông rất cao và mặt vật liệu mềm chắc chắn sẽ lún.

Về dụng cụ, cần khẩu tuýp 41 sáu cạnh loại dày dùng cho đầu vuông 1 inch, tay nối chịu mô-men trên 1700 Nm, và cờ lực thuỷ lực đã hiệu chuẩn trong dải 1100–1750 Nm. Cờ lực tay và bộ nhân lực cầm tay thông thường không đạt tới vùng làm việc của cỡ này. Nếu mối ghép chịu rung mạnh, có thể bổ sung long đền khoá kiểu nêm; keo khoá ren ít dùng ở đường kính này vì diện tích ren lớn khiến mô-men tháo tăng quá cao.

Hướng dẫn lắp đặt và bảo quản

Trước khi lắp, kiểm tra ren và đoạn thân trơn còn nguyên, lớp kẽm không bong tróc hay xước sâu tới lõi thép. 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. Không dùng bàn chải sắt để làm sạch ren bu lông mạ kẽm – việc này bóc lớp kẽm. 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.

Siết theo trình tự chéo đối xứng, chia ba bước tăng dần: khoảng 30 phần trăm, 70 phần trăm rồi tới 1330–1520 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 ráo, để nằm ngang trên giá nhiều điểm tỳ, có lót ngăn giữa các lớp để lớp kẽm không bị cọ xước.

Câu hỏi thường gặp

Bu lông M27 dùng khẩu số mấy? Đầu lục giác có kích thước đối diện s = 41 mm, nên dùng khẩu tuýp 41 loại sáu cạnh thành dày, đầu vuông 1 inch, không dùng khẩu mỏng hay khẩu 12 cạnh.

Siết bao nhiêu là đủ? Khoảng 1330–1520 Nm khi ren và mặt tỳ khô sạch – thấp hơn bản thép đen khoảng một phần mười vì lớp kẽm cho ma sát thấp hơn. Mức này bắt buộc phải dùng cờ lực thuỷ lực hoặc bộ căng thuỷ lực.

Đoạn ren của cỡ 140 mm dài bao nhiêu? Theo DIN 931 và ISO 4014, chiều dài ren với M27 là 66 mm ở nhóm chiều dài này, tức khoảng 22 vòng ren; phần thân trơn còn lại dài 74 mm.

Chiều dày cụm bao nhiêu thì hợp với cỡ 140 mm? Khoảng 74-106 mm khi dùng đai ốc kèm một long đền phẳng. Mỏng hơn 74 mm thì đai ốc chạy lên thân trơn và không siết được.

Bu lông 10.9 mạ điện có bị giòn hydro không? Có nguy cơ nếu không khử hydro sau mạ. Hàng đạt chuẩn phải được nung khử hydro ở khoảng 200 độ C ngay sau khi mạ; ở cỡ M27 gánh hơn 40 tấn mỗi con thì đây là điểm không được bỏ qua.

Mạ kẽm dùng ngoài trời được không? Được ở nơi có mái che hoặc kết cấu có sơn phủ bổ sung. Với vị trí phơi mưa nắng trực tiếp quanh năm hoặc gần biển, nên dùng bản mạ kẽm nhúng nóng hoặc inox 304, 316.

Lời kết

Bu lông lục giác thép mạ kẽm 10.9 M27x140 DIN 931 ren lửng là cỡ thông dụng nhất của dòng M27 mạ kẽm, dành cho bệ máy ngoài trời và cụm ghép nhiều lớp với chiều dày kẹp 74–106 mm. Hai điều kiện quyết định là mặt phân cách phải nằm trọn trong đoạn thân trơn dài 74 mm, và phải dùng đúng dải mô-men 1330–1520 Nm của bản mạ kẽm bằng thiết bị thuỷ lực. Liên hệ Ánh Dương để được tư vấn chọn cỡ hoặc chuyển sang bản nhúng nóng nếu vị trí lắp phơi mưa nắng trực tiếp.

Sản phẩm liên quan

• Bu lông M27x130 DIN 931 mạ kẽm ren lửng – cỡ ngắn hơn kế tiếp
• Toàn bộ dòng bu lông lục giác thép mạ kẽm 10.9 – xem các cỡ khác
• Bu lông M24x140 DIN 931 mạ kẽm – đường kính nhỏ hơn kế tiếp
• Bu lông M27x140 DIN 931 thép đen 10.9 – dùng trong nhà, khô ráo