همه چیز درمورد پیچ فلزی

پیچ فلزی، عنصر کوچک اما حیاتی در دنیای مهندسی و ساخت‌وساز است که نقش بسزایی در اتصال قطعات مختلف به یکدیگر ایفا می‌کند. این قطعات ساده، اما با طراحی هوشمندانه، به عنوان ستون فقرات بسیاری از سازه‌ها و محصولات صنعتی شناخته می‌شوند. از پیچ‌های ریز استفاده شده در ساعت‌ها تا پیچ‌های غول‌پیکر در پل‌ها و سازه‌های عظیم، همه از تنوع و اهمیت این قطعه کوچک حکایت می‌کنند.

تاریخچه پیچ‌ها به گذشته‌های دور بازمی‌گردد. با این حال، توسعه مدرن پیچ‌ها و استانداردسازی آن‌ها به قرن‌های اخیر مربوط می‌شود. امروزه، پیچ‌ها در انواع مختلف، جنس‌ها و ابعاد تولید می‌شوند و هر کدام کاربرد خاص خود را دارند. از پیچ‌های چوبی گرفته تا پیچ‌های فلزی، هر کدام برای نوع خاصی از اتصال طراحی شده‌اند. در این مقاله، قصد داریم به بررسی جامع پیچ‌ها بپردازیم.

تعریف پیچ

پیچ (Screw) یک استوانه با شیارهای مارپیچ است که به دور آن پیچیده شده‌اند. این شیارها بسته به نوع موادی که پیچ قرار است در آنها استفاده شود، طراحی متفاوتی دارند؛ به عنوان مثال، شیارهای مثلثی، مربعی، ذوزنقه‌ای و نیم دایره‌ای. پیچ‌ها عمدتاً برای اتصال و نگه‌داری قطعات مختلف به یکدیگر به کار می‌روند. انتهای پیچ معمولاً دارای نوکی تیز است که ورود به مواد را آسان‌تر می‌کند. برای استفاده از پیچ، ابزارهایی مانند آچار و پیچ‌گوشتی به کار می‌رود که سر آنها بزرگتر از بدنه پیچ است تا بتوان نیروی بیشتری را به پیچ وارد کرد و آن را به درون قطعه فرو برد.

بخش استوانه‌ای پیچ از انتها تا نوک آن، با عنوان “پای پیچ” شناخته می‌شود که ممکن است به طور کامل یا بخشی از آن رزوه‌شده باشد. فاصله بین هر شیار با شیار دیگر،گام پیچ نامیده می‌شود. در بیشتر پیچ‌ها، جهت مارپیچ به سمت راست است و این پیچ‌ها به عنوان پیچ‌های راستگرد شناخته می‌شوند؛ برای باز کردن آنها باید آچار را به سمت چپ بچرخانید. پیچ‌های چپ‌گرد کمتر رایج بوده و در موارد خاص به کار می‌روند.

بر اساس تعریف ویکی‌پدیا، پیچ در واقع سطح شیبداری است که به دور یک محور یا استوانه می‌چرخد. پیچ‌ها یکی از روش‌های اصلی برای ایجاد اتصالات، به خصوص اتصالات مکانیکی، هستند و معمولاً در جاهایی که نیاز به باز و بسته شدن مکرر یا تنظیمات مجدد دارند، استفاده می‌شوند. برخلاف چسب یا جوش که اتصالات دائمی ایجاد می‌کنند، پیچ‌ها امکان جداسازی و تنظیم مجدد را فراهم می‌کنند.

واژه “Bolt” به عنوان یک اصطلاح عمومی برای انواع اتصال‌دهنده‌های رزوه‌دار استفاده می‌شود. پیچ‌ها در صنایع مختلف و با مواد و آلیاژهای متنوع تولید می‌شوند و استانداردهای مختلفی از جمله ISO 1891 برای تعریف و دسته‌بندی آنها وجود دارد. از موضوعات مهم پیرامون پیچ و مهره می‌توان به مواد اولیه، طراحی، تولید، بازرسی کیفیت، کاربردها، پوشش‌ها، عیوب، روش‌های استفاده، استانداردها و مستندات مرتبط اشاره کرد.

مراحل تولید پیچ فلزی

برای تولید پیچ‌های فلزی از فولاد با ترکیبات کربن مختلف استفاده می‌شود، از جمله فولاد کربن پایین، کربن متوسط و کربن بالا. یکی از نکات کلیدی در فرآیند تولید پیچ و مهره، انتخاب جنس و مواد اولیه مناسب است که به‌طور مستقیم بر کیفیت و قیمت نهایی محصول تأثیر می‌گذارد. فولادی که برای تولید پیچ و مهره‌ها به کار می‌رود باید دارای ویژگی‌های خاصی باشد تا قابلیت فرم‌پذیری سرد (Cold Heading Quality) را داشته باشد. این نوع فولاد معمولاً از فولادهای ساختمانی و معمولی گران‌تر است زیرا در آن تلاش می‌شود حباب‌های ریز هوا به حداقل برسد و سطح و مقطع مفتول همگن‌تر باشد تا در فرآیند تولید از ایجاد ترک جلوگیری شود.

پس از تولید، پیچ‌های ساخته شده از این نوع فولاد تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند تا مقاومت و دوام آن‌ها افزایش یابد. پیچ‌های تولید شده از فولاد کربن پایین، که به عنوان پیچ‌های آهنی شناخته می‌شوند، معمولاً در صنایعی استفاده می‌شوند که فشار و تنش زیادی از نظر دما یا نیرو بر روی آن‌ها وارد نمی‌شود، مانند صنایع برق، مخابرات و سایر صنایع سبک.

در مقابل، پیچ‌های ساخته شده از فولاد کربن متوسط به دلیل استحکام بالایی که دارند، در صنایع حساس‌تر نظیر پل‌سازی، ساخت استراکچرها، نفت و گاز به کار می‌روند و به این نوع پیچ‌ها، پیچ‌های فولادی یا خشکه گفته می‌شود.

پیچ‌های تولید شده از فولاد کربن بالا، که به دلیل مقاومت بسیار زیادشان به عنوان پیچ‌های ضد زنگ شناخته می‌شوند، در محیط‌های سخت و صنعتی مانند صنایع دریایی، صنایع غذایی و مکان‌های بسیار مرطوب مورد استفاده قرار می‌گیرند. به دلیل هزینه بالای این پیچ‌ها، در صورت امکان از پیچ‌های فولادی با پوشش‌های مقاوم برای جایگزینی استفاده می‌شود. فلزاتی مانند آلومینیوم، مس و برنج نیز در ساخت پیچ‌ها کاربرد دارند.

فورج پیچ و مهره به دو روش سرد و گرم انجام می‌شود. در روش فورج گرم، قطعه پس از گرم شدن در دمای بالا (بین 850 تا 1200 درجه سانتی‌گراد) تحت فشار دستگاه پرس، شکل سر پیچ به آن داده می‌شود. اما در روش فورج سرد یا اکستروژن، بدون نیاز به حرارت‌دهی و با استفاده از دستگاه قالب‌زنی، پیچ طی چند مرحله تغییر مقطع داده و در نهایت به صورت آماده و رزوه شده از دستگاه خارج می‌شود. این روش سریع و کارآمد است و پیچ‌ها را برای استفاده مستقیم آماده می‌کند.

دسته بندی پیچ ها

پیچ‌ها از لحاظ ظاهری به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

• پیچ‌های خودکار
• پیچ‌های غیر خودکار

پیچ فلزی خودکار

پیچ‌های خودکار نوعی پیچ هستند که برای ثابت شدن در قطعه مورد اتصال نیازی به مهره ندارند. این پیچ‌ها به‌طور مستقیم درون قطعه فرو می‌روند و نوک تیز آنها، که شبیه به میخ است، به آنها امکان می‌دهد که حتی در مواردی بدون نیاز به سوراخ‌کاری قبلی، وارد کار شوند. از نمونه‌های رایج این پیچ‌ها می‌توان به پیچ‌های سرمته‌ای و پیچ‌های چوب اشاره کرد.

پیچ فلزی غیرخودکار

این نوع پیچ‌ها برای تثبیت و اتصال نیاز به مهره دارند یا به قطعه‌ای که بتواند نقش مهره را ایفا کند. یکی از شناخته‌شده‌ترین انواع این پیچ‌ها، پیچ شش‌گوش است. علاوه بر آن، پیچ‌های دیگری مانند پیچ اتاقی، پیچ جوشی، پیچ استوانه‌ای، پیچ آلن، و استاد بولت نیز در این دسته قرار می‌گیرند.

پوشش‌های محافظ پیچ و مهره

برای افزایش مقاومت پیچ و مهره‌های آهنی و فولادی در برابر شرایط محیطی سخت، از پوشش‌های مختلفی استفاده می‌شود. در این بخش به برخی از مهم‌ترین این پوشش‌ها می‌پردازیم.

پوشش فسفات و کرومات

فسفات‌ها و کرومات‌ها پوشش‌های تبدیلی هستند که از خود فلز تشکیل می‌شوند و نامحلول‌اند. این پوشش‌ها با استفاده از محلول‌های شیمیایی مانند اسید سولفوریک و نمک‌های فسفات، به سطح قطعات فلزی چسبیده و از آنها در محیط‌های خنثی محافظت می‌کنند. این پوشش‌ها به‌ویژه برای فراهم کردن بستری مناسب جهت اعمال رنگ بر روی قطعات فلزی به کار می‌روند و به عنوان آستر عمل می‌کنند، چرا که ارتباط رنگ با قطعه فلزی را محکم‌تر می‌سازند.

پوشش اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات می‌تواند به عنوان یک لایه محافظ در برابر خوردگی عمل کند. به عنوان مثال، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم که تحت شرایط کنترل‌شده بر روی آلومینیوم ایجاد می‌شود، علاوه بر داشتن ظاهری زیبا، به سطح فلز چسبیده و مانع از تاثیرات مخرب محیطی می‌شود. این پوشش علاوه بر مقاومت بالا، امکان رنگ‌پذیری نیز دارد و با روش‌هایی نظیر الکترولیز می‌توان آن را به رنگ‌های مختلف درآورد.

پوشش گالوانیزه گرم مذابی (Hot Dip Galvanized)

در این روش، قطعات فلزی در حمامی از روی مذاب غوطه‌ور می‌شوند. روی، که فلزی سفید متمایل به آبی است، در دماهای بالا شکل‌پذیر و نرم می‌شود و پس از سرد شدن، لایه‌ای یکنواخت و چسبنده روی قطعه ایجاد می‌کند. این پوشش، مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر خوردگی دارد و به همین دلیل برای جلوگیری از زنگ‌زدگی پیچ و مهره‌ها به‌خصوص در محیط‌های مرطوب و صنایع دریایی بسیار مناسب است.

پوشش گالوانیزه الکتریکی (Zinc Plated)

در این روش، ترسیب گالوانیک فلز از طریق واکنش‌های الکتروشیمیایی صورت می‌گیرد. طی این فرآیند، یون‌های فلزی که دارای بار مثبت هستند به سمت الکترود منفی حرکت می‌کنند و به صورت لایه‌ای نازک روی سطح قطعه فلزی قرار می‌گیرند. این پوشش‌ها می‌توانند به رنگ‌های سفید، زرد، هفت‌رنگ و سبز باشند و به دلیل فرآیند خاصی که طی آن ایجاد می‌شوند، مقاومت بالایی در برابر خوردگی و آسیب‌های محیطی دارند.

مراحل پوشش‌ دهی پیچ فلزی

در فرآیند پوشش‌دهی فلزات، مراحل زیر به طور معمول انجام می‌شود. اولین مرحله شامل از دست دادن الکترون‌ها توسط اتم‌ها در قطب آند است که موجب تبدیل آن‌ها به یون‌های مثبت می‌شود. این یون‌ها سپس به سمت قطب کاتد حرکت می‌کنند که در آنجا الکترون‌ها را دریافت کرده و به حالت اتمی برمی‌گردند. در نهایت، این اتم‌ها به صورت رسوب بر روی فلز و به عنوان بخشی از پوشش ایجاد می‌شوند.

نیکل و کروم در پیچ فلزی

پوشش‌دهی با نیکل و کروم یکی از روش‌های متداول است. در این روش، ابتدا نمونه‌ها با نیکل پوشانده می‌شوند که نیکل به دلیل ویژگی‌هایش شامل رسانایی خوب، عدم زنگ‌زدگی، و پذیرش جوش، انتخاب مناسبی است. پس از آن، پوشش کروم به کار می‌رود که سطحی صیقلی و مقاوم در برابر خوردگی فراهم می‌آورد. کروم، اگرچه زنگ نمی‌زند و در برابر بسیاری از مواد مقاوم است، در برابر اسیدهای هالوژن‌دار تأثیرپذیر است.

پوشش تفلن (P.T.F.E) در پیچ

پوشش P.T.F.E در رنگ‌های متنوعی از جمله سبز، آبی، زرد، مشکی و توسی موجود است و به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و سایش، انتخاب مناسبی برای شرایط سخت است. این پوشش توانایی تحمل دماهای بین ۲۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد را دارد و همچنین به عنوان عایق الکتریکی و ضد آب عمل می‌کند. علاوه بر این، پوشش تفلن در برابر اسیدها، بازها و نمک‌ها مقاوم است.

جمع بندی

پیچ‌ها ابزارهای اساسی در اتصالات مکانیکی هستند که به دو دسته خودکار و غیر خودکار تقسیم می‌شوند. فرآیند تولید پیچ فلزی شامل انتخاب مواد مناسب، تولید رزوه با روش‌های ماشینکاری یا نورد، و اعمال عملیات حرارتی برای بهبود استحکام است. پوشش‌دهی پیچ‌ها با استفاده از نیکل و کروم، تفلن و انواع گالوانیزه، به منظور افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش صورت می‌گیرد. این مراحل به طور کلی به ارتقاء کیفیت و دوام پیچ‌ها کمک کرده و آن‌ها را برای استفاده در محیط‌های مختلف آماده می‌کند.