پیچ در واقع سطح شیبداری است که یک محور یا یک استوانه را دور می زند.
یکی از روشهـای عمده اتصالات و خصوصاً اتــصالات مکانیکی استفــاده از پیچ و مهـــره است.
پیچ معمولا در اتصالاتی استفاده می شود که نیاز به باز و بسته شدن داشته باشد و یا دارای لرزه هایی است که باید بعد از مدتی دوباره تنظیم یا محکم شود برخلاف چسب یا جوش که یک اتصال دائمی هستند.
واژه( Bolt) واژه ای عام است که درمورد همه اتصال دهنده های رزوه دار نظیر پیچهای دو سر رزوه بدون گل یا تمام رزوه ( Stud Bolt) و نیز پیچهای خودکار ( Machine Screws ) اطلاق می گردد. مباحث گوناگونی در ارتباط با پیچ و مهره ها نظیر مواد و آلیاژ های مصرفی ، ابعاد دلخواه ،آنالیز شیمیایی و خواص مکانیکی و فیزیکی ، طراحی و هندسه ، تعاریف تخصصی ، روش تولید ، طبقه بندی پیچها ، بازرسی و کنترل کیفیت ، کاربردها ، پوشش و رنگ ، انواع پیچ و مهره ، نشانه گذاری ، عیوب احتمالی ، طریقه استفاده و اعمال گشتاور، استانداردهای مرتبط ، خوردگی ،انواع شکست، عملیات حرارتی ، نمونه برداری و مستند سازی وجود دارد. دراستـــاندارد ISO 1891 تعـاریف و واژه های مربوط به پیچ و مهره ها ذکر شده است.
متریال:
در پیچ های فلزی از فولاد کربن پایین , کربن متوسط و کربن بالا استفاده میکنند.
یکی از مهمترین نکاتی که در تولید پیچ و مهره باید به آن توجه داشت نوع جنس و مواد اولیه است که در کیفیت محصول و قیمت تمام شده آن تاثیر زیادی دارد .نوع مفتول فولادی که در تولید پیچ و مهره ها استفاده می شود باید قابلیت فرم پذیری سرد (ColdHeadingQuality (CHQ باشند.
این نوع فولاد معمولا از فولاد های ساختمان و معمولی گرانتر می باشد . در این نوع فولاد سعی می شود حبابهای ریز هوا به حداقل برسد و سطح و مقطع مفتول به صورت یکنواخت و همگن تر باشد تا در هنگام تولید ایجاد ترک نشود.
نکته : این نوع از پیچ ها بعد از تولید مورد عملیات حرارتی قرار گرفته تا میزان مقاومتشان تقویت گردد.
فولاد های کربن پایین:
پیچ های تولید شده از این فولاد معمولا در صنایعی استفاده می شود که فشار بالایی چه از لحاظ دما , کشش و نیرو بر روی آن نباشد مانند صنایع برق و مخابرات و صنایع پایین دستی .به این پیچ ها , پیچ آهنی می گویند.
فولاد های کربن متوسط:
پیچ های تولید شده از این فولاد به علت استحکام بالا دزر صنایع پل سازی , استراکچر سازی , نفت و صنایع حساس استفاده می شوند . این نوع از پیچ ها , پیچ فولادی یا خشکه خطاب می شوند.
فولاد های کربن بالا (زنگ نزن):
پیچ های تولید شده از این فولاد به علت مقاومت بسیار بالا در زمینه های مختلف در صنایع دریایی , صنایع غذایی ومکانهای بسیار مرطوب استفاده می شوند.
نکته: به علت هزینه بسیار بالای این محصولات از مشابه فولادی با پوشش های مختلف در صورت امکان استفاده می شود.
استفاده از فلز های آلمینیوم , مس و برنج نیز معمول می باشد.
فورج:
فورج پیچ و مهره به دو روش سرد و گرم انجام می گیرد.
در روش فورج گــرم بعــد از حــرارت دهــی سـر قطـعه در دمـای بــالا (۸۵۰-۱۲۰۰) توسط دستگاه پرس شکل سر پیچ ایجاد می شود.
در روش فورج سرد یا اکستروژن بدون استفاده از حرارت و توسط دستگاه قالب زنی ، پیچ در طی چند مرحله ولی بسیار سریع تغییر مقطع داده و بصورت آماده استفاده (رزوه شده) از دستگاه خارج می گردد.
پیچ ها از لحاض ظاهری به دو دسته تقسیم می شوند.
۱-پیچ های خودکار: پیچ های خودکار نوعی از پیچ هستند که برای ثایت شدن در قطعه مورد اتصال نیازی به مهره ندارد و درون کار فرو می رود و نوک آن معمولا مانند میخ تیز می باشد , در مواردی می تواند قطعه را سوراخ کند. مانند پیچ سر مته ای و پیچ چوب.
۲-پیچ های غیر خودکار: این نوع پیچ ها برای ثابت شدن نیاز به مهره دارند یا قطعه ای که مانند مهره باشد و بتواند کار مهره را انجام دهد , معروفترین آن را می توان پیچ شش گوش را ذکر کرد همچنین پیچ اتاقی , پیچ جوشی , پیچ استوانه , پیچ آلن واستاد بولت و …
پوشش:
همانگونه که در گذشته توضیح دادیم برای استفاده از پیچ و مهره های آهنی و فولادی در محیط های مرطوب و صنایع دریایی از پوشش های مختلف استفاده می شود که به اختصار هر کدام را توضیح می دهیم.
فسفات و کرومات:
این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده میشوند، پوششهایی هستند که از خود فلز ایجاد میشوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز میکنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.
این پوششها بیشتر به این دلیل فراهم میشوند که از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تخلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.
اکسید فلزات:
اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری میکند. بعنوان مثال ، میتوان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث میشود که اتمسفر به آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد.
همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و میتوان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار میگیرد.
گالوانیزه گرم مذابی (HotDipGalvanaized):
روی فلزی است به رنگ سفید متمایل به آبی٬ بالاتراز ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکننده٬ مابین۱۰۰ الی ۲۰۰ درجه سانتیگراد نرم٬ قابل انحنا و انبساط است و میتوان به صورت ورقه‌های نازک درآورد٬ بالای ۲۰۰ درجه سانتیگراد دوباره شکننده میشود. خاصیت تکنیکی خیلی مهم روی حفاظت خیلی خوب پوششهای آن در مقابل خوردگی است. این خاصیت ترجیحا بواسطه تشکیل لایه یکنواخت و چسبنده اتمسفر ایجاد میشود و عموما شامل اکسید و هیدروکسید کربنات روی و گاهی نیز سولفات و کلرید روی می‌باشد.
این روش گالوانیزه کردن بوسیله غوطه ور نمودن فلز در حمام روی مذاب در دمای ۴۲۰-۴۵۰ C انجام می شودو پس از خارج نمودن نمونه از حمام , روی نخست با اکسیژن و سپس با کربن واکنش داده و لایه مقاوم به خوردگی (ZnCo3) را ایجاد می کند . این روش برای جلوگیری از زنگ زدگی استفاده می شود .
این نوع گالوانیزه باعث پیوند روی و اهن می شود و این پوشش قابلیت پذیرش جوش دارد و برای کار در دمای بالا (تا ۲۰۰C ) مناسب می باشد .گاهی به حمام روی سرب افزوده می شود که هدف از این کار افزایش سیالیت روی است . این امر باعث کاهش مصرف روی و قابل بازیافت بودن سرباره می شود.
گالوانیزه الکتریکی ( سفید , زرد , هفت رنگ و سبز ) (zinc plated):
در این روش ترسیب گالوانیک یک فلز بر پایه واکنشهای الکتروشیمیایی صورت میگیرد. هنگام الکترولیز در سطح محدود الکترود/الکترولیت در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیایی الکترون‌ها یا دریافت میشوند (احیا) و یا واگذار میشوند (اکسیداسیون). برای اینکه واکنشها در جهت واحد مورد نظر ادمه یابند لازم است به طور مداوم از منبع جریان خارجی استفاده شود. واکنشهای مشخص در آند و کاتد همچنین در الکترولیت همیشه به صورت همزمان صورت می‌گیرند. محلول الکترولیت باید شامل یونهای فلز رسوب‌کننده باشد و چون یونهای فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمایل به حرکت در جهت الکترود یا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی یا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت یا آند نامیده میشود. به طور کلی سیکل معمول پوشش‌دهی را میتوان به صورت زیر در نظر گرفت:
- یک اتم در آند یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به صورت یون مثبت در می‌آید.
- یون مثبت به طرف کاتد یعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت میکند.
- این یون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبدیل به اتم به صورت جزیی از فلز رسوب میکند.
نیکل کروم:
( نیکل سفید شبیه به نقره متمایل به زرد / کروم سفید شبیه به نقره متمایل به آبی)
در این روش ابتدا نمونه با نیکل آبدهی می شود
(نیکل رسانا بوده خاصیت مغناطیسی دارد, زنگ نمی زند و جوش می پذیرد )
بعد از آن با کروم به منظور ایجاد سطحی صیقلی , خوب و مقاوم در برابر خوردگی ایجاد می شود
(کروم زنگ نمیزند , جوش و نقاشی نمی پذیرد و در برابر اسید های هالوژن دار تاثیر می پذیرد اما در برابر گازها ,محلول های قلیایی و نمکی مقاوم است).
تفلن (P.T.F.E):
پوشش P.T.F.T در رنگ های مختلف مانند سبز, آبی, زرد ,مشکی, توسی و …… می باشد.
این پوشش در برابر خوردگی و سایش مقاومت دارد . این پوشش توانایی تحمل دمای ۲۰۰ تا ۳۵۰ C
رادارد.ضمنا پوشش تفلن عایق الکتریکی و ضد آب بوده و در برابر اسید, باز و نمک ایستایی دارد .
گروه دیگری از پوشش ها هستند که مورد استفاده در صنایع قید و بستی نمی باشند و از توضیح آن پرهیز می نماییم. مانند پوشش طلا , نقره , پلاتین و …
تولید رزوه:
با ۲ روش می توان رزوه ها را تولید نمود :
الف) ماشینکاری (حدیده)
در این روش توسط تراشکاری رزوه هایی را بر روی میل گرد ایجاد می کنیم. قطر خارجی رزوه های تولید شده به این روش برابر با قطر ساق پیچ است.
ب) نورد ( رولینگ ) (مالشی)
در این روش بجای تراش و حذف قسمتهایی از میل گرد اولیه ، توسط فرآیند اکستروژن رزوه ها را ایجاد می کنیم . مقطع پیچ قبل از رزوه شدن دارای ۲ قطر متفاوت می باشد، قسمتی که قرار است رزوه شود دارای قطری کمتر بوده که پس از رزوه بواسطه انبساط شعاعی و دارای قطری برابر ساق (Shank ) می گردد.
ضعیف ترین منطقه رزوه نسبت به نیروهای مکانیکی قطر کوچک ( Minor) است و چون این مقدار در هر دو روش تولید برابر است بنابراین از لحاظ مقاومت یکسانند، از طرفی کار سرد بر روی آلیاژ پیچ در روش نورد موجب افزایش فشردگی و استحکام رزوه ها می گردد.
در این روش بعد از عملیات رزوه زنی ،پیچهای با گرید ۸٫۸ و بالاتر جهت افزایش استحکام و سختی مورد عملیات حرارتی سختکاری (۷۰۰-۹۰۰) قرار گرفته آستنیتی می شود (۱۰ دقیقه به ازای هر۱۰ میلیمتر ضخامت ) و سپس در روغن کوئنچ شده و پس از آن جهت بازگشت خواص ضربه پذیری و جلوگیری از تردی در دمای ۴۰۰ تا ۶۰۰ تمپر می گردد.
هنگام عملیات حرارتی Quench-Tempering به منظور جلوگیری از کربوره شدن بیش از حد یا دکربوره شدن ، دمای کوره میبایست خنثی بوده و تحت کنترل باشد.
عملیات حرارتی در کنار مواد اولیه و فرایند تولید از ارکان تولید پیچ و مهره محسوب می شود.