تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته

فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ ­ها در چوب پلاست صنعتی

چوب پلاست صنعتی درظاهر متفاوت با تولیدات آزمایشگاهی است. در این تحقیق حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته و فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ مورد نياز براي بستن پيچ و نفوذ كامل پيچ‌ خودکار بدون ايجاد ترك در چند سازه چوب پلاست صنعتی بررسی شد. نتایج نشان دادند که نصب پیچ خودکار بدون ایجاد سوراخ پیش ساخته امکان‌پذیر نیست. حداقل قطر مورد نیاز سوراخ پیش ساخته از نظر مقاومتی برای هر پیچ نزدیک به قطر ریشه پیچ یا اندکی بیشتر و حداقل عمق آن نیز برای ایجاد اتصالی مطلوب برابر طول پیچ است، به ویژه در عضو فرعی اتصال. همچنین مشاهده شده است که فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ‌ها را می‌توان با مهارت در ایجاد سوراخ مطلوب از نظر ایجاد خزینه و دریل مطلوب برای نصب کم‌تر در نظر گرفت، طوری‌که در انتهای نصب به پیچ فشار اضافی وارد نشود، اما، تا حد امکان باید برای اطمینان بیشتر آن را بزرگ‌تر در نظر بگیریم.

کلمات کلیدی: سوراخ پیش ساخته، فاصله تا انتها، فاصله بین پیچ، پيچ‌ خودکار، چوب پلاست صنعتی

مقدمه

امروزه کاربرد چوب پلاست صنعتی به دلیل داشتن مزایایی مانند جذب آب کم و مقاومت بالا در برابر عوامل بیولوژیک به طور روزافزونی در حال گسترش است. افزایش دامنه کاربرد این فراورده ایجاب کرده است که در مورد کاربرد مهندسی شده آن بیشتر بدانیم. یکی از این موارد ساخت‌ اتصالات روی آن است.

مطالعات  متعددی درباره مدل‌سازی قدرت نگه‌داری پیچ در تخته خرده چوب، MDF و چوب انجام شده است (Eckelman, 1973، Eckelman, 1975 ، Eckelman et all, 1980، Eckelman, 1988، 2003Eckelman, ، Kate E. et all 2006). در مورد اتصال چوب پلاست با پیچ‌های مورد استفاده در مبلمان تاکنون مطالعات اندکی صورت گرفته است. نمونه مطالعه‌ای که در این زمینه منتشر شده، بررسی عملكرد اتصال دهنده­هاي پيچ­هاي خودکار در چوب پلاستيك براي كاربرد در ساخت پالت است(KHOO et all, 2008). در اين تحقيق از چندسازه ‌هاي چوب پلاست با درصد پركننده ٪40-10 و پيچ­هاي شماره 3 (mm515/2=d) تا 10 (mm526/4=d) استفاده شد. هدف از اين مطالعه تعيين حداقل قطر سوراخ پیش ساخته مورد نياز براي نصب پيچ بدون ايجاد ترك و حداقل عمق سوراخ پیش ساخته براي نفوذ كامل انواع پيچ‌ها در سوراخ پیش ساخته بود. از­اين­رو از چهار قطر سوراخ 5/1، 2، 5/2 و mm3 و عمق سوراخ 2، 4، 6 و 8 استفاده شد. براي تعيين اثر مستقل هر كدام نيز از قطر سوراخ mm5/2 و عمق سوراخ mm6 استفاده شد. نتايج نشان داد كه هيچ‌یک از پيچ­ها بدون ایجاد سوراخ پیش ساخته بسته نمي­شوند. در قطر سوراخ mm5/2 و بيشتر (در عمق سوراخ mm6) و عمق سوراخ mm6 و بيشتر (در قطر سوراخ mm5/2) همه پيچ­ها به­راحتي نفوذ كرده­اند. همچنين نتايج نشان دادند كه در فاصله تا انتهاي بيش از mm13 و در فاصله بين رديف­هاي بيش از mm8 هيچكدام از چند سازه‌ها ترك نخوردند و با افزايش درصد پركننده در چندسازه چوب پلاست فاصله تا انتها و فاصله بين رديف­هاي بزرگ­تري مورد نياز است. مقایسه قدرت نگه‌داری چند نوع پيچ در تخته خرده چوب نشان دادند كه از نظر قدرت نگهدراي بين انواع پيچ‌هاي مختلف اختلاف چشمگيري وجود ندارد (Eckelman,1974). یکی از موارد بسیار مهم در اتصال چوب پلاست با پیچ، تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته و فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ مورد نياز براي نصب پيچ براي نفوذ كامل پيچ‌ خودکار بدون ايجاد ترك در چند سازه چوب پلاست صنعتی است که در این تحقیق بررسی شد.

مواد و روش‌ها

در اين تحقيق از دو نوع چوب پلاست صنعتی با ضخامت اسمی cm 5/1 و دانسیته g/cm³ 14/1 و ضخامت cm3 و دانسیته g/cm³ 18/1 استفاده شده است. ترکیبات چوب پلاست با ضخامت اسمی cm5/1، ٪60 آرد چوب، ٪30 پلی‌مر (شامل ٪12 پلی پروپیلن و ٪18 پلی اتیلن) و ٪10 افزودنی (شامل ٪4 تالک، ٪4 کربنات کلسیم، ٪1 جفت کننده و ٪1 استئارات روی) و چوب پلاست با ضخامت اسمی cm3،  ٪60 آرد چوب (محتوی ٪50 آرد چوب سرشاخه پسته و ٪50 آرد پوستة میوه پسته)، ٪30 پلی‌مر (شامل ٪12 پلی پروپیلن و ٪18 پلی اتیلن) و ٪10 افزودنی (شامل ٪4 تالک، ٪4 کربنات کلسیم، ٪1 جفت کننده و ٪1 استئارات روی) بود. پيچ‌هاي مورد استفاده در اين تحقيق نيز پیچ‌های خودکار با قطر­های3، 4، 5 ، mm6 (شماره­های4، 8 ،10، 14) كه از نوع تجاری تهيه شدند.

برای تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته برای نفوذ کامل انواع پیچ از نمونه‌هایی با ابعاد  cm5/7×15 و ضخامت‌های 5/1 و cm3 استفاده شد. در هر نمونه با سرمته‌های مختلف سوراخ‌هایی با قطرهای 5/1 ،2 ،5/2 ،3 ، 5/3، mm4 تعبیه شد. عمق سوراخ‌های پیش ساخته برای تخته با ضخامت 5/1 سانتی‌متر، 7، 9، 11، 13، mm15 و برای تخته با ضخامت 3 سانتی‌متر، 10، 15، 20، 25، mm30 بود. برای بررسی فاصله تا انتها و فاصله تا لبه و همچنین فاصله بین پیچ‌ها از تخته با ضخامت cm5/1 و اندازه‌های مختلف فاصله تا انتها و فاصله تا لبه و همچنین فاصله بین پیچ‌ها استفاده شده است. برای هر تیمار 3 تکرار در نظر گرفته شد. برای ایجاد سوراخ پیش ساخته در نمونه‌ها از دستگاه مته ستونی استفاده شد و پیچ‌های مورد مطالعه با دریل دستی و با توان 1 (کمترین درجه) نصب شد تا نمونه در هنگام نصب پیچ ترک نخورد.

جدول 1 و شکل1 به ترتیب مشخصات پیچ و تصویر پیچ مورد استفاده در این تحقیق را نشان می‌دهد. جدول1 مشخصات پیچ مورد استفاده در این تحقیق

شکل 1 پیچ مورد استفاده در این تحقیق

نتایج و بحث

تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته

برای تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته از پیچ‌های خودکار با قطر­های3، 4، 5 ، mm6 (شماره­های4، 8 ،10، 14) استفاده شد. نتایج در جداول و شکل‌های زیر مشاهده می‌شود.

جدول 2 نتایج مربوط به تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته را برای تخته چوب پلاست با ضخامت cm5/1 نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود پیچ ‌های با قطر 3 و mm4 در مقادیر کم قطر و عمق سوراخ پیش ساخته به طور کامل در تخته نفوذ کردند. ولی پیچ با قطر mm5 در سوراخ پیش ساخته با قطر mm4 و عمق mm9 به طور کامل نفوذ کرد. شایان ذکر است که یک امر مهم در نصب پیچ، کیفیت نصب از نظر مقاومتی و عدم ایجاد درز و برآمدگی در طرف مقابل صفحه‌ای که پیچ در آن نفوذ کرده است، می‌باشد. برای نصب پیچ به‌ویژه در اتصال دو عضو چوب پلاست با یکدیگر باید گفته شود که عمق سوراخ پیش ساخته در عضو فرعی اتصال باید به‌طور کامل باشد. چون اگر به‌طور کامل نباشد با بیرون زدگی ماده چوب پلاست از عضو فرعی اتصال، بین دو صفحه فاصله (درز) قابل رویت ایجاد می‌شود.

جدول 2 حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته برای تخته با ضخامت cm5/1

جدول 3 نتایج مربوط به تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته را برای تخته با ضخامت cm3 نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود در تخته چوب پلاست با ضخامت cm3 نصب پیچ اندکی سخت تر است. چون برای پیچاندن پیچ به نیروی بیشتری نیاز است. مشاهده می‌شود هنگامی‌که از توان 1 دریل دستی استفاده می‌شود پیچ‌های با قطر 3، 4، mm5 در عمق سوراخ کامل بسته می‌شوند ولی پیچ با قطر mm6 هنوز بسته نمی‌شود. حدس زده می‌شد که ممکن است که این مقادیر قطر سوراخ پیش ساخته برای نصب پیچ‌‌های با قطر 5، mm6 کم باشد. به همین دلیل از سوراخ‌های پیش ساخته با قطر بزرگ‌تر استفاده شد. که نتایج آن در جداول 4 و 5 مشاهده می‌شود. مشاهده شده است که در عمق سوراخ پیش ساخته کامل و قطر بزرگ‌تر آن این پیچ‌ها به طور کامل بسته شدند. برای تاثیر توان دریل دستی از توان (درجه)های 4 و 8  (آخرین درجه آن) استفاده شد. نتایج آن در جداول 7-5 مشاهده می‌شود. این آزمون برای سوراخ پیش ساخته کامل و برای قطرهای مختلف آن انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش توان دریل، پیچ‌ها در قطر‌های کم‌تر سوراخ پیش ساخته هم بسته می‌شوند.

جدول 3 نتایج مربوط به تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته برای تخته چوب پلاست با ضخامت cm3

جدول 4 سوراخ پیش ساخته بزرگ‌تر برای پیچ با قطر mm5

جدول 5 سوراخ پیش ساخته بزرگ‌تر برای پیچ با قطر mm6

جدول 6 تاثیر توان دریل بر نفوذ پیچ خودکار با قطر mm4

جدول 7 تاثیر توان دریل بر نفوذ پیچ خودکار با قطر mm5

جدول 8 تاثیر توان دریل بر نفوذ پیچ خودکار با قطر mm6

تعیین حداقل فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ‌ها

نتایج مربوط به تعیین فاصله تا انتها نشان داد که در فاصله تا انتهای بیش از mm12 برای پیچ‌های با قطر 3، 4، 5 و mm6 هیچ ترکی در چوب پلاست مشاهده نشد. البته این فاصله خیلی بحرانی است چون ترک خوردن یا نخوردن آن به موارد زیادی بستگی دارد. یکی از این موارد که در این مطالعه مشاهده شد نوع خزینه (بر اساس مقدار زاویه سطح خزینه نسبت به سطح عضو) مورد استفاده برای نصب پیچ است. اثرگذاری نوع خزینه به این صورت است که خزینه با زاویه کم‌تر نسبت به سطح چوب پلاست احتمال ترکیدن نمونه را در این فاصله بحرانی بیشتر می‌کند. نمایی از زاویه خزینه گفته شده در شکل 2 مشاهده می‌شود. مورد شماره 2 برای جلوگیری از ترک خوردن پیشنهاد می‌شود. چون هرچه این زاویه بیشتر و ارتفاع خزینه ایجاد شده نیز نزدیک به ارتفاع خزینه پیچ باشد احتمال ترک خوردن چوب پلاست در این فاصله بحرانی کم‌تر است. شاید در نگاه اول به نظر برسد که هرچه زاویه کمتر باشد پیچ راحت تر نصب شود، ولی چیزی که در عمل اتفاق می‌افتد این است که هر چه زاویه خزینه کمتر باشد، در مقایسه با یک خزینه با زاویه بیشتر، برای ایجاد سوراخی متناسب با قطر خزینه پیچ (سر پیچ) عمق سوراخ کمتر می‌شود و فشار زیادی به دیواره‌ها وارد می‌شود.

شکل 2 نمایی از زاویه‌ای که خزینه با صفحه چوب پلاست می‌سازد

فاصله بین پیچ‌ها که در آن ترکی در چوب پلاست دیده نشد نیز بیش از mm20 است. البته این مقدار برای پیچ‌های با قطر کم‌تر، مقداری کم‌تر است. مشکل خزینه که در بالا به آن اشاره شد در اینجا نیز شکست را تشدید می‌کند که باید به آن توجه شود.

نتیجه‌گیری

هدف از این تحقیق تعیین حداقل قطر و عمق سوراخ پیش ساخته و فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ مورد نياز براي بستن پيچ براي نفوذ كامل پيچ‌ خودکار بدون ايجاد ترك در چند سازه چوب پلاست صنعتی و تاثیر آن‌ها بر قدرت نگه‌داری و تنش برشی است. نتایج نشان داد که برای نصب پیچ ابتدا باید بدانیم که هر کدام از این عوامل به چه صورتی بر قدرت نگه‌داری و تنش برشی تاثیرگذارند. سپس با توجه به آن می‌توان به نصب پیچ اقدام کرد. نکته‌ای که در نصب پیچ باید به آن توجه داشت ابتدا کیفیت و سپس مقاومت بالای اتصال است. در ابتدا باید با انتخاب مناسب قطر و عمق سوراخ پیش ساخته، فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ‌ها، پیچ را طوری نصب کنیم که در هنگام نصب سبب ترکیدن تخته نشود. برای این کار، اگر دو عضو چوب پلاست را به هم متصل می‌کنیم پیشنهاد می‌شود عمق سوراخ پیش ساخته حداقل در عضو فرعی اتصال به طور کامل باشد که سبب ایجاد برآمدگی بین دو صفحه نشود چون بین دو صفحه درز ایجاد می‌کند. برای انتخاب فاصله تا انتها و فاصله بین پیچ‌ها ذکر چند نکته ضروری است. نخست این‌که این فواصل باید تا حد امکان کمی بیشتر از حد گفته شده در این تحقیق در نظر گرفته شود. اگر این امکان وجود ندارد با ایجاد خزینه با زاویه و ارتفاع مشابه با زاویه و ارتفاع خزینه پیچ یا اندکی بیشتر می‌توان از ایجاد ترک جلوگیری کرد. در هنگام نصب پیچ باید در استفاده از دریل نیز به نکات زیر توجه کرد. باید در هنگام نصب پیچ به ویژه در جاهایی که احتمال ترکیدن عضو اتصال وجود دارد از دریل‌های با توان (درجه) قابل تنظیم استفاده شود طوری که در انتهای نصب پیچ به پیچ نیروی اضافی وارد نشود. سپس باید بدانیم تغییر هرکدام از این عوامل چه تاثیری روی مقاومت اتصال دارند. برای مثال، برای انتخاب قطر سوراخ پیش ساخته برای نصب اتصال باید قطر سوراخ پیش ساخته را با اندازه‌ای مشابه با اندازه ریشه پیچ یا اندکی بیشتر از آن در نظر بگیریم. چون در این قطر سوراخ پیش ساخته ما بیشترین مقاومت را داریم. شایان ذکر است که در جاهایی که نیازی به مخفی بودن سر پیچ نیست، می‌توان از پیچ‌های بدون خزینه استفاده کرد. حتی در کتاب اتصالات پلاستیک (Troughton, 2008) آمده است که استفاده از پیچ‌های خزینه‌دار در اتصال پلاستیک ممنوع است. که با این کار می‌توان فاصله بین پیچ‌ها و فاصله تا انتها را کمی کم‌تر هم در نظر گرفت.

 

منابع

1-Eckelman, C.A. 1973. Holding Strength Of Screws In Wood And Wood-Based Materials. Purdue University Agr. Exp. Sta. Res. Bul. No. 895, 15 Pp.

2- Carl.Eckelman,1974 ,Which Screw Hold Best?, Professor Of Wood Science , Forestry And Department Of Forestry And Conservation, Purdue Univ.,West Lafayette, Ind.

3-Eckelman, C.A. 1975. Screw-Holding Performance In Hardwoods And Particleboard. Forest Products Journal 25(6):30-35.

4- Eckelman, C.A. And K. Martin. 1980, The Holding Strength Of Four Types Of Screws In Wood. Furniture Manufacturing Management 26(9):20-, 4 Pp.

5- Eckelman, C.A. 1988. The Withdrawal Strength Of Screws From Medium Density Fiberboard. Forest Products Journal 38(5):21-24.

6- Eckelman CA, 2003, Textbook of product engineering and strength design of furniture. West Lafayette (IN): Purdue University Press.

7-Kate E. Semple, Gregory D. Smith, 2006, Prediction Of Internal Bond Strength In Particleboard From Screw Withdrawal Resistance Models, Wood And Fiber Science, 38(2), Pp. 256 – 267.

8- T. S. Khoo , M. M. Ratnam, S. A. B. Shahnaz, H. P. S. Abdul Khalil, 2008, Wood Filler-Recycled Polypropylene (Wf-Rpp) Composite Pallet: Study Of Fastening Method, Journal Of Reinforced Plastics And Composites, Vol. 00, No. 00/2008.

9- Troughton. M.J., 2008, Handbook of plastics joining, William Andrew Inc.

Determination of the minimum diameter and depth of pilot hole, minimum distance between screws, minimum end distance in commercial wood plastic composite

Akbar Rostampour Haftkhani^*1

^{1*Assistant prof. of Wood Science and Technology, department of natural resources, Faculty of agriculture and natural resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran,}

 ^{Email: arostampour@uma.ac.ir}

 

Abstract:

In this study, the minimum diameter and depth of the pilot hole and the minimum distance between screws, and the minimum end distance required for penetrating sheet metal screws in commercial wood plastic composite without creating any crack were investigated. The results showed that it is not possible to use sheet metal screws to fasten wood plastic composite panel without pre-drilling. The minimum diameter of the pilot hole in consideration of its strength was close to screw root diameter or partially higher it, and a minimum depth of the pilot hole was a full-drilled hole, especially for side member. Selecting lower minimum distance between screws and end distance is manually possible by making of a suitable pilot hole and countersink and by using a suitable drill for driving screws, so at the end of driving a screw are not applied extra load to screw. However, it is necessary to select a higher distance between screws and end distance for more assurance.

Key words

Pilot hole, distance between screws, end distance, sheet metal screws, WPC.

پژوهش: دکتر اکبر رستم پور هفتخوانی