مقاله شماره ۱۳۸ | ۱۰۰۰۰ چرخه تا شکست: استاندارد DIN که دستههای ارزان را از دستههای خوب جدا میکند
مقاله شماره ۱۳۸ | ۱۰۰۰۰ چرخه تا شکست: استاندارد DIN که دستههای ارزان را از دستههای خوب جدا میکند
The دستگیره در و پنجرهیکی از اجزایی است که در هر ساختمانی بیشترین تماس را با آن دارند. هر ورودی، هر تنظیم تهویه، هر بررسی امنیتی شامل تعامل فیزیکی مستقیم با این سختافزار است. با این حال، با وجود این استفاده مداوم، خرابی دستگیره همچنان یکی از رایجترین شکایات گزارش شده توسط ساکنان ساختمان و مدیران تأسیسات است. دستگیرهای که لق میزند، گیر میکند یا کاملاً جدا میشود، چیزی بیش از یک ناراحتی است - این نشان دهنده یک آسیبپذیری امنیتی، یک خطر ایمنی بالقوه و یک نقص در فرآیند مشخصات است. تفاوت بین دستگیرهای که ظرف دو سال خراب میشود و دستگیرهای که به مدت دو دهه بدون نقص کار میکند، اغلب به یک معیار واحد و کمتر مورد توجه قرار گرفته خلاصه میشود: تست استقامت سری DIN EN 13126، که حداقل 10000 چرخه بدون تخریب عملکردی را الزامی میکند.
مکانیک خستگی دسته
الفدستگیره در و پنجرهدر طول هر عملیات، یک توالی بارگذاری پیچیده را تجربه میکند. کاربر اهرم را میگیرد، گشتاور را برای غلبه بر چفت یا مکانیزم قفل چند نقطهای اعمال میکند، در یک قوس که معمولاً از ۴۵ تا ۱۸۰ درجه متغیر است میچرخد و آزاد میکند. این توالی تنشهای چرخهای را در هر سطح مشترک تحمل بار در مجموعه ایجاد میکند. اسپیندل - شفت مربعی یا خاردار که گشتاور را از دسته به بدنه قفل منتقل میکند - تنش برشی پیچشی متناسب با گشتاور اعمال شده و به طور معکوس متناسب با ممان اینرسی قطبی مقطع آن را تجربه میکند. خود اهرم دسته به عنوان یک تیر کنسول عمل میکند و حداکثر تنش خمشی در شعاع انتقالی که اهرم به سپر یا صفحه رز میرسد، رخ میدهد. فنر برگشتی که دسته را به موقعیت افقی خود بازمیگرداند، با هر عملیات، فشردهسازی یا پیچش چرخهای را تجربه میکند. هر یک از این چرخههای تنش به طور فزایندهای به افزایش خستگی تجمعی کمک میکنند.جادوئی که در نهایت یک دسته با مهندسی خوب را از یک تقلید ارزان قیمت جدا میکند.
استاندارد DIN EN 13126: معیار 10،000 چرخه
استاندارد DIN EN 13126 یک پروتکل آزمایش دقیق ایجاد میکند که مواد بادوام را از هم جدا میکند.دستگیره در و پنجرهطرحهایی از طرحهایی که برای خرابی زودرس در نظر گرفته شدهاند. در این روش آزمایش، دسته در موقعیت عملیاتی مورد نظر خود قرار میگیرد و تحت شرایط بار مشخص، تحت 10000 چرخه کامل باز و بسته شدن قرار میگیرد. گشتاور اعمال شده در طول آزمایش معمولاً بین 5 تا 15 نیوتن متر بسته به طبقهبندی دسته متغیر است و نیروهای اعمال شده توسط کاربران از ساکنان محتاط گرفته تا ساکنان بیصبر ساختمانهای تجاری را شبیهسازی میکند. دسته تنها در صورتی قبول میشود که تمام 10000 چرخه را بدون شکستگی، بدون تغییر شکل دائمی فراتر از محدودیتهای مشخص شده و بدون تخریب عملکردی مانند لقی بیش از حد، گیر کردن یا خرابی مکانیسم بازگشت، تکمیل کند. یک آزمایش اضافه بار استاتیک ثانویه، گشتاوری معادل 20 تا 30 نیوتن متر را به مدت حداقل پنج ثانیه اعمال میکند و تأیید میکند که دسته دارای قدرت ذخیره کافی برای تحمل بارهای ناشی از استفاده بیش از حد مانند استفاده شخصی از دسته برای حفظ تعادل خود یا کودکی که از اهرم آویزان است، میباشد. دستههایی که این الزامات را برآورده میکنند، نشان میدهند که انتخاب مواد، عملیات حرارتی و فرآیندهای مونتاژ آنها اساساً صحیح است.
کیفیت مواد: اولین وجه تمایز
مادهای که از آن یکدستگیره در و پنجرهنحوه تولید اساساً تعیین میکند که آیا میتواند نیاز به 10000 چرخه را برآورده کند یا خیر. دستههای ممتاز معمولاً از آلیاژهای روی مانند زاماک 3، زاماک 5 یا به طور فزایندهای از آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا ریختهگری میشوند، یا از میلههای برنجی یا فولادی ضد زنگ ساخته میشوند. زاماک 5، با تقریباً 1 درصد مس، استحکام کششی حدود 328 مگاپاسکال و سختی تقریباً 91 برینل را ارائه میدهد - که به طور قابل توجهی بالاتر از استحکام کششی 283 مگاپاسکال و سختی 82 برینل زاماک 3 است. این تفاوت در خواص مکانیکی مستقیماً به عمر خستگی در شعاع انتقال تنش بالا که در آن اهرم به رز میرسد، تبدیل میشود. دستههای ارزان از آلیاژهای روی درجه پایینتر با محتوای مس و آلومینیوم کاهش یافته یا بدتر از آن، قراضه روی ذوب شده با ناخالصیهای کنترل نشده مانند سرب، قلع و کادمیوم که فازهای بین فلزی شکننده را در مرزهای دانه تشکیل میدهند، استفاده میکنند. تحت بارگذاری چرخهای، این فازهای شکننده به عنوان مکانهای شروع ترک عمل میکنند که میتوانند عمر خستگی را 50 تا 70 درصد در مقایسه با دستههای ساخته شده از آلیاژهای اولیه دارای گواهینامه کاهش دهند. اسپیندل چالش مواد حتی دشوارتری را نیز ایجاد میکند. اسپیندلهای فولاد ضد زنگ جامد یا فولاد کربنی سختشده، مقاومت خستگی پیچشی قابل پیشبینی را ارائه میدهند. اسپیندلهای توخالی و جدار نازک مورد استفاده در دستههای ارزان، تنش برشی را در یک مقطع کاهشیافته متمرکز میکنند و اغلب در عرض چند هزار چرخه از طریق کمانش پیچشی دچار شکست میشوند.
فرآیندهای تولید و پیامدهای آنها
فرآیند تولید برای یکدستگیره در و پنجرهتأثیر دائمی بر عملکرد خستگی آن میگذارد. دستههای روی با کیفیت بالا از طریق ریختهگری تحت فشار محفظه گرم با پارامترهای تزریق دقیقاً کنترلشده - دمای مذاب معمولاً ۴۰۰ تا ۴۳۰ درجه سانتیگراد، فشار تزریق ۱۵ تا ۳۰ مگاپاسکال و نرخهای خنککننده با دقت مدیریتشده که تخلخل داخلی را به حداقل میرساند - تولید میشوند. تخلخل نقص اصلی تولید است که بر دوام دسته روی ریختهگری تحت فشار تأثیر میگذارد. تخلخل گازی، ناشی از هوای محبوس شده یا روانکننده فرار، و تخلخل انقباضی، ناشی از تغذیه ناکافی فلز مذاب در حین انجماد، هر دو حفرههای داخلی ایجاد میکنند که به عنوان متمرکزکنندههای تنش عمل میکنند. دستهای با تخلخل بیش از ۲ تا ۳ درصد حجمی در ناحیه بحرانی انتقال اهرم به رز، ممکن است در کمتر از نیمی از چرخههای مورد نیاز، در آزمایش ۱۰۰۰۰ چرخه رد شود. تولیدکنندگان ممتاز این مشکل را از طریق ریختهگری تحت فشار با کمک خلاء، سیستمهای راهگاه و دروازه مدلسازیشده کامپیوتری که پر شدن حفره لایهای را تضمین میکنند و بازرسی اشعه ایکس نمونههای تولیدی برطرف میکنند. تولیدکنندگان ارزانقیمت که از فرآیندهای نامعتبر استفاده میکنند، دستههایی با تخلخل ۵ تا ۱۰ درصد تولید میکنند و این دستهها خیلی زود و بهطور غیرقابل پیشبینی خراب میشوند. برای دستههای برنجی و فولادی ضد زنگ، آهنگری یا ماشینکاری از مواد آهنگری شده، ساختار دانهای اصلاحشدهای ایجاد میکند که با پروفیل اهرم همسو است و عیوب داخلی ذاتی محصولات ریختهگری را از بین میبرد.
مکانیسمهای بازگشت فنر و چرخه عمر
فنر برگشتی جزء پنهان درون یک ... است.دستگیره در و پنجرهکه معمولاً تعیین میکند که آیا دسته پس از سالها استفاده هنوز هم دقیق به نظر میرسد یا خیر. دو نوع فنر در بازار غالب هستند: فنرهای پیچشی که به صورت متحدالمرکز در اطراف محور اسپیندل عمل میکنند و فنرهای فشاری که از طریق مکانیزم بادامک عمل میکنند. فنرهای پیچشی که معمولاً از سیم موسیقی یا سیم فنر فولادی ضد زنگ ساخته میشوند، تنش برشی چرخهای را تجربه میکنند که باید کمتر از حد تحمل خستگی ماده باقی بماند تا به نیاز 10000 چرخه برسد. قطر سیم فنر، قطر سیمپیچ و تعداد سیمپیچهای فعال، گشتاور برگشتی و تنش اوج را تعیین میکنند. کاهش قطر سیم تنها 0.1 میلیمتر میتواند عمر خستگی فنر را 30 تا 40 درصد کاهش دهد. دستههای ارزان اغلب فنرهای کوچکتری را مشخص میکنند که نزدیک یا بالاتر از تنش تسلیم خود عمل میکنند و منجر به شل شدن فنر میشوند که در آن دسته دیگر به حالت استراحت افقی خود باز نمیگردد. مکانیزمهای فنر فشاری، اگرچه ساخت آنها پیچیدهتر است، اما ذاتاً مقاومت بهتری در برابر خستگی ارائه میدهند زیرا فنر در امتداد محور فشاری طراحی شده خود عمل میکند. صرف نظر از نوع فنر، فنر باید از سیم فنر تایید شده با عملیات سطحی محافظ - آبکاری الکتریکی روی با پسیواسیون کرومات برای فولاد کربنی یا پسیواسیون برای فولاد ضد زنگ - ساخته شود تا از ایجاد حفرههای خوردگی که باعث ایجاد نقاط شروع خستگی میشوند، جلوگیری شود.
نتیجهگیری: چک لیست مشخصات
آزمون 10،000 چرخه DIN EN 13126 معیاری روشن و قابل دفاع برای جداسازی مواد بادوام ارائه میدهد.دستگیره در و پنجرهمحصولاتی از آنهایی که زود خراب میشوند. برای مشخصکننده، چندین الزام کلیدی باید به صراحت در مشخصات سختافزاری ذکر شود. دسته باید از آلیاژهای اولیه دارای گواهینامه - زاماک ۵، برنج آهنگری شده یا فولاد ضد زنگ ۳۰۴/۳۱۶ - با گواهیهای مواد قابل ردیابی به کارخانه ساخته شود. دوک باید محکم یا با دیواره ضخیم با حداقل ضخامت دیواره ۱.۵ میلیمتر برای دوکهای مربعی، ساخته شده از فولاد کربنی سخت شده یا فولاد ضد زنگ باشد. رابط دوک-سوکت باید حداکثر ۰.۲ میلیمتر در شرایط اسمی مونتاژ فاصله داشته باشد. فنرهای برگشتی باید از سیم فنر دارای گواهینامه با آزمایش خستگی مستند ساخته شوند. مجموعه کامل باید توسط یک آزمایشگاه آزمایش مستقل و معتبر تا ۱۰۰۰۰ چرخه طبق استاندارد DIN EN ۱۳۱۲۶ آزمایش شده باشد و گزارشهای آزمایش برای بررسی در دسترس باشد. رعایت این معیارها شاید ۲۰ تا ۳۰ درصد به هزینه واحد یک دسته در و پنجره اضافه کند. در مقایسه با هزینه تعویض دستگیرههای خراب در صدها یا هزاران واحد در یک مجتمع تجاری یا مسکونی - شامل تجهیزات دسترسی، نیروی کار و اختلال در رفت و آمد ساکنین - این هزینه اضافی یکی از مقرون به صرفهترین سرمایهگذاریها در کل مشخصات سختافزاری ساختمان است. دستگیرهای که امروز کمی گرانتر است، مدتها پس از آنکه جایگزین ارزان آن به محل دفن زباله انداخته شد، همچنان با دقت و بیصدا کار خواهد کرد.
