Lực siết bu lông là một yếu tố quan trọng trong kỹ thuật cơ khí, liên quan đến việc tạo ra một liên kết chắc chắn giữa các chi tiết máy thông qua việc sử dụng bu lông và đai ốc. Bài viết sau đây là những thông tin chi tiết về tiêu chuẩn lực siết bu lông, cách tính toán và bảng tra lực xiết bulong chính xác.

1. Lực siết bu lông là gì và tầm quan trọng của nó?

Lực siết bu lông (hay còn gọi là mô men xoắn) là lực tác động lên bu lông khi nó được siết chặt, nhằm tạo ra ứng suất căng ban đầu giữa các bề mặt mà bu lông kết nối. Khi lực này đủ lớn, nó sẽ giữ cho các chi tiết máy không bị tách rời do tác động của các lực bên ngoài. Lực này thường được đo bằng đơn vị Newton mét (Nm), là kết quả của mô-men xoắn do dụng cụ cầm tay hoặc máy siết bu lông tạo ra.
Lực siết bu lông là một yếu tố thiết yếu trong kỹ thuật cơ khí, đóng vai trò quyết định đến độ bền và an toàn của các mối ghép. Lực siết bu lông đúng tiêu chuẩn giúp phân bổ lực đồng đều, ngăn ngừa sự dịch chuyển của các bộ phận trong quá trình hoạt động. Nếu lực siết không đạt yêu cầu, hệ thống có thể bị mất ổn định, dẫn đến hư hỏng hoặc tai nạn.

2. Tiêu chuẩn lực siết bu lông

Lực xiết bu lông trong cơ khí và công nghiệp phải tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia nhằm đảm bảo an toàn và chất lượng. Các tiêu chuẩn này thường được quy định bởi tổ chức quốc tế như ISO (International Organization for Standardization) và tiêu chuẩn quốc gia như TCVN của Việt Nam.

Tiêu chuẩn Việt Nam : TCVN 1916:1995
+ Tiêu chuẩn này quy định về yêu cầu kỹ thuật đối với bulông, vít, vít cấy và đai ốc 
+ Cấp bền của bulông được phân loại từ 4.6 đến 12.9, với đường kính từ M5 đến M64
+ Cung cấp bảng tra lực siết bu lông dựa trên cấp bền và đường kính, giúp kỹ sư dễ dàng xác định lực siết cần thiết cho từng loại bu lông

TCVN 8298:2009
+ Áp dụng cho các công trình thủy lợi, quy định yêu cầu kỹ thuật trong chế tạo và lắp ráp thiết bị cơ khí, kết cấu thép
+ Tiêu chuẩn này cũng chỉ rõ lực siết cần thiết cho các loại bulong trong xây dựng và lắp đặt thiết bị

Tiêu chuẩn Quốc Tế :ISO 898-1
+ Tiêu chuẩn này quy định về các yêu cầu cơ bản đối với bulông và đai ốc bằng thép carbon và thép hợp kim
+ Cấp bền được phân loại từ 4.6 đến 12.9, tương tự như tiêu chuẩn lực siết ốc Việt Nam

ASTM A325
+ Tiêu chuẩn này quy định về bu lông cường độ cao dùng trong kết cấu thép
+ Cung cấp thông tin chi tiết về lực siết cần thiết cho các loại bulông này, thường được sử dụng trong xây dựng cầu và các công trình lớn

DIN 933
+ Tiêu chuẩn của nước Đức quy định về lực siết bulông có đầu hình tròn, bao gồm thông số kỹ thuật về kích thước, vật liệu và lực siết
+ Cung cấp bảng tra lực siết dựa trên cấp bền và kích thước của bulông

3. Cách tính lực siết bu lông

3.1 Công thức tính lực siết bu lông

Để tính lực siết ốc chính xác, chúng ta cần dựa vào công thức liên quan giữa mô-men xoắn và lực siết. Công thức cơ bản được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí như sau:

T = K x D x F
Trong đó:

T: Mô-men xoắn (Newton mét – Nm) cần thiết để siết bu lông
K: Hệ số ma sát, thường nằm trong khoảng từ 0.15 đến 0.25 tùy vào loại bu lông và điều kiện bề mặt (bôi trơn hoặc không bôi trơn)
D: Đường kính danh nghĩa của bu lông (mét)
F: Lực siết (Newton – N), đây là lực căng tạo ra khi siết bu lông
Ví dụ: để tính mô-men xoắn cần thiết cho một bu lông có đường kính 10mm và yêu cầu lực siết là 2000N với hệ số ma sát K = 0.2, ta áp dụng công thức trên:

T = 0.2 × 0.01 × 2000=4Nm

Kết quả này cho biết bạn cần dùng mô-men xoắn 4Nm để đạt được lực siết 2000N cho bu lông có đường kính 10mm với hệ số ma sát 0.2.

3.2 Yếu tố ảnh hưởng đến lực siết
Độ bền bu lông
Độ bền của bu lông được phân loại theo cấp độ, mỗi cấp độ yêu cầu một mức lực siết tương ứng. Cấp độ bu lông thường được quy định bởi các con số như 8.8, 10.9, 12.9, biểu thị độ bền kéo của bu lông. Lực siết cần thiết sẽ thay đổi tùy vào cấp độ và kích thước bu lông.

Các cấp độ bền phổ biến bao gồm:

Cấp bền 4.6: Độ bền kéo tối thiểu 400 MPa, giới hạn chảy 240 MPa
Cấp bền 8.8: Độ bền kéo tối thiểu 800 MPa, giới hạn chảy 640 MPa
Cấp bền 10.9: Độ bền kéo tối thiểu 1000 MPa, giới hạn chảy 900 MPa
Cấp bền 12.9: Độ bền kéo tối thiểu 1200 MPa, giới hạn chảy 1080 MPa
Trong đó:

Độ bền kéo: Là lực tối đa mà bu lông có thể chịu đựng trước khi bị đứt. Độ bền kéo được xác định bằng đơn vị N/mm² (Megapascal)
Giới hạn chảy: Là mức ứng suất tại đó vật liệu bắt đầu bị biến dạng dẻo. Giới hạn chảy thường được tính theo tỷ lệ phần trăm của độ bền kéo
Lực siết tương ứng với các cấp độ bền bu lông
Dưới đây là bảng tra lực siết bu lông (đai ốc) theo các cấp độ bền phổ biến, được quy định bởi tiêu chuẩn TCVN 1916:1995. Bảng này giúp xác định lực siết cần thiết cho các loại bu lông với đường kính khác nhau và cấp độ bền khác nhau

4. Bảng tra lực siết bu lông tiêu chuẩn
Dưới đây là bảng tra lực siết ốc (bulong) theo các cấp độ bền và đường kính khác nhau. Bảng này giúp bạn xác định lực siết cần thiết cho từng loại bu lông, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong các ứng dụng cơ khí

Cách tra lực siết bu lông chính xác

Chỉ cần xác định được độ bền của bu lông. Thì bạn chỉ cần dựa vào bảng ở trên từ cột đường kính kéo thẳng theo chiều ngang sang cột độ bền của bu lông. Và từ cột độ bền kéo thẳng xuống.

Tại ô giao nhau giữa hàng thẳng và ngang chính là lực siết tiêu chuẩn của bu lông đó. Từ đó, bạn chỉ cần chọn thiết bị siết có lực siết phù hợp với lực siết tiêu chuẩn đã tra.

Ví dụ như trên hình:

Đối với bu lông M12, có đai ốc 18, độ bền là 8.8 sẽ có lực siết tiêu chuẩn cần đạt 79Nm

Tương tự với bu lông M16, có đai ốc 24, độ bền là 10.9 thì lực xiết tiêu chuẩn là 291Nm

5. Cách kiểm tra lực siết bu lông sau khi siết

Kiểm tra lực siết sau khi siết bulong là bước quan trọng để đảm bảo rằng bu lông đã được siết đúng lực và đảm bảo an toàn cho hệ thống. Dưới đây là các phương pháp kiểm tra phổ biến:

Kiểm tra bằng cảm quan
Phương pháp này dựa vào kinh nghiệm và cảm nhận của người thực hiện để đánh giá lực siết của bu lông. Mặc dù đơn giản và nhanh chóng, nhưng phương pháp này không chính xác và thiếu tính khách quan.

Kiểm tra bằng thiết bị đo mô men xoắn
Sử dụng các thiết bị đo mô men xoắn để đo lại mô men xoắn của bu lông đã siết chặt. Sau đó, tính ngược lại lực siết của bu lông. Phương pháp này chính xác và khách quan, nhưng có thể tốn thời gian và làm thay đổi lực siết ban đầu.

Kiểm tra bằng thiết bị đo lực căng
Thiết bị đo lực căng được sử dụng để kiểm tra lực căng bu lông sau khi siết. Đây là phương pháp chính xác hơn so với cảm quan vì nó đo trực tiếp lực căng, giúp xác định xem bu lông có đủ độ chặt cần thiết để giữ kết cấu an toàn hay không.

Kiểm tra bằng cờ lê lực
Sử dụng cờ lê lực cầm tay để đo lực siết sau khi ốc đã được siết. Có thể sử dụng cờ lê dạng cơ hoặc loại kết nối kỹ thuật số. Lực sẽ được đọc ngay khi ốc bắt đầu di chuyển lại hoặc khi tháo ốc, thường thì lực tháo ốc sẽ nhỏ hơn khoảng 75% so với lực siết.

Kiểm tra độ dãn của bu lông
Sử dụng các thiết bị đo độ dãn, như đồng hồ so hoặc cảm biến vị trí, để đo độ dãn dài của bu lông khi siết chặt. Phương pháp này cho phép đánh giá chính xác hơn về tình trạng của bu lông nhưng yêu cầu thiết bị có độ nhạy cao