البرشمة

برشمه

Rivet -

البرشمة

محمود إبراهيم

أنواع البراشيم واستخداماتها والمعادن التي تستخدم في إنتاجها

اختبارات البراشيم 

تصميم الوصلات البرشمية

الانهيارات في الوصلات البرشمية ailure for friveted joints

البرشمة riveting هي إحدى الطرق المتبعة لوصل قطعتين معدنيتين أو أكثر، أو وصل طرفي قطعة من المعدن أحدهما مع الآخر لتشكيل وصلة. يُلجأ إلى البرشمة على نطاق واسع لكونها عملية وصل سريعة في الأبنية والجسور، وصناعة المراجل والخزانات والسفن وأجسام الطائرات والسيور الناقلة ومكابح السيارات، والأدوات المنزلية والنوافذ والأبواب المعدنية والهياكل المعدنية وغيرها. استُخدمت البراشيم المصمتة منذ العصر البرونزي، وما تزال تتمتع بالقوة والموثوقية المطلوبة لتجميع الوصلات، وتبدو واضحة في الآثار القديمة وكانت تتألف من رأس مصنَّع يقابله طرف آخر يُشكَّل بالطَرق. ويميز عادة بين حالتين الأولى عندما تكون القوى أو الحمولة المطبقة متناظرة بالنسبة للبراشيم ، والثانية عندما تكون القوى المطبَّقة على مجموع البراشيم لا مركزية وغير متناظرة، فيجب أن يؤخذ في الحسبان عندئذ عزم الفتل إضافة إلى مقادير القوى وتوزعاتها بحسب اتجاه قوة الحمل المطبَّقة.

أنواع البراشيم واستخداماتها والمعادن التي تستخدم في إنتاجها

طُوّرت البراشيم لتحقيق متطلبات تشكيل الوصلات، وخاصة المتانة وتناسب الشكل، عند استعمالها في التطبيقات المختلفة، فالبرشمة في صناعة الطائرات مختلفة عن مواصفاتها في صناعة القاطرات أو السفن أو الجسور أو في صناعة الأدوات المنزلية أو الأحذية والحقائب والألبسة.

تُنتَج البراشيم بدرجات قساوة مختلفة تكفي لوصل مختلف المواد، وتزداد قساوة البرشام مع زيادة سماكة المواد المراد وصلها، لتكون البرشمة متناسبة من حيث القساوة والشكل الهندسي مع مختلف التطبيقات المطلوبة. ويتميز البرشام، إضافة إلى مادته، بطوله وقطر ساقه وهندسة نهايته (الشكل 1). كما تختلف البراشيم باختلاف أجزائها، ما إذا كانت مصمتة أم أنبوبية مفرغة.

الشكل (1) مقومات البرشام الرئيسة

- البراشيم المصمتة solid rivets

هي من أقدم أنواع البراشم المستخدمة، رأسها نصف كروي وتُستخدم في التطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية وأماناً كبيراً؛ وخاصة الوصلات المستخدمة في صناعة الطائرات. وتُصنع غالباً من خلائط الألمنيوم، وخلائط التيتانيوم والنيكل، (الشكل 2).

الشكل (2) البراشيم المصمتة.

- البراشيم العالية المتانة للمنشآت الفولاذية high- strength structural steel rivets

يمكن استخدام اللحام والبرشمة في عملية تنفيذ المنشآت الفولاذية، وقد حلت البراغي محل الكثير من البراشيم في تثبيت الوصلات في المنشآت الفولاذية، علماً أن البراشيم تحتاج إلى تقسية لاستخدامها في المنشآت التي يمكن أن تتعرض للزلازل (الشكل 3).

الشكل (3) برشام عالي المتانة.

- البراشيم نصف المجوفة semi-tubular rivets

هي براشيم مشابهة للبراشيم المصمتة بيد أن لها ثقباً غيرَ مكتملٍ في الجهة المقابلة للرأس المصنّع للبرشام. والهدف من ذلك هو إنقاص قيمة القوة اللازمة لتشكيل الرأس المقابل؛ إذ تحتاج عملية البرشمة في هذه الحالة إلى قوة تُقدَّر بـ ¼ قيمة القوة المستخدمة في البرشام المصمت. يُستخدم الفولاذ أساساً في تصنيع هذا النوع من البراشيم وكذلك النحاس وخلائطه، والألمنيوم (الشكل 4).

الشكل (4) البراشيم نصف المجوّفة.

يمتاز هذا النوع بأنه أسرع أنواع البرشمة في الإنتاج الكمي، ولكنه في الوقت نفسه يحتاج إلى استثمار كبير ليكون مجدياً.

- البراشيم العمياء blind rivets

تصنع من خلائط الألمنيوم غالباً؛ ومن الفولاذ؛ والفولاذ غير القابل للصدأ (الشكل 5) أيضاً، وتُعرف أيضاً بالبراشيم الاندفاعية، وهي براشيم أنبوبية مزوَّدة بماسك مركزي (مسمار أو مغزل)، ولها أداة خاصة لسحب المغزل عند البرشمة. يمكن استعمال البراشيم العمياء لتثبيت الوصلات من جهة واحدة بحيث تبرز في الطرف المقابل لها.

الشكل (5) البراشيم العمياء.

- براشيم الدق drive rivets

هي شكل من أشكال البراشيم العمياء مع مغزل مسماري قصير، يُستخدم في برشمة الحشوات الخشبية والوصلات اللدائنية والمعدنية، ولا يحتاج إلى أدوات برشمة خاصة. ويُثبت بالمطرقة وسندان من الفولاذ أو أي مادة ذات بنية كثيفة توضع من الجهة الخلفية للقطعة المراد برشمتها، وقوة التثبيت به أقل من معظم أنواع البراشيم الأخرى (الشكل 6).

الشكل (6) براشيم الدق.

- البراشيم الغاطسة flush rivets

يُستخدم هذا النوع مبدئياً لتشكيل الوصلات المخفية ذات السطوح الخارجية الظاهرة والتي تتطلب مظهراً جيداً أو لحذف أي معوقات للانزلاق اللزج على سطح الوصلة. ومن أهم ميزاتها أن رأس البرشام لا يبرز عن السطح، وإنما يكون غاطساً في فرضة مجوفة (تخويشة). وتُستخدم بكثافة في صناعة الأجسام الطائرة لمنع إعاقة جريان الهواء والسماح بتدفقه تدفقاً كاملاً على السطوح المعرضة للجريان (الشكل 7) كما تُستخدم لوصل القطع المنزلقة.

الشكل (7) البراشيم الغاطسة.

- براشيم القفل الاحتكاكي friction-lock rivets

هي أحد أشكال البرشام الأعمى، وتُستخدم على نطاق واسع في صناعة الأجسام الطائرة، ولها طرازان: غائر ذو ساق نافذة؛ أو مصمت، وهو ما يزال مستخدماً إلى اليوم في إصلاح الطائرات الخفيفة وصيانتها (الشكل 8).

الشكل (8) براشيم القفل الاحتكاكي.

- البراشيم النافذة ذاتياً self-pierce rivets

هي من الأنواع المستخدمة لوصل نوعين أو أكثر من المواد، والبرشام فيها مهيأ هندسياً لهذه الغاية، ويمكن أن يكون متفاوت الصلادة، أو من النوع الأعمى، أو من النوع نصف المجوف. ولا يحتاج البرشام النافذ ذاتياً إلى تحضير ثقب مسبق التشكيل ولا ثقب علام لاستخدامه. يُصنع هذا النوع من البراشيم نصف المجوفة بالتطريق على البارد، وفيه تجويف جزئي في النهاية المقابلة لرأس البرشام. إن الشكل الهندسي للبرشام مشطوف الحواف (الشكل 9) ليساعد على نفاذه عبر المواد المراد وصلها بعضها ببعض. ويجري ذلك بالكبس الهدروليكي أو بمخدمات برشمة كهربائية تدفع البرشام عبر المواد المراد وصلها معاً. ويوفر قالب مفلطح فراغاً لا يسمح للصفائح السفلية أن تتسحب وتتبع حركة البرشام، فتبرز وتشكل مظهراً سفلياً جانبياً منخفضاً. ويجب أن يكون البرشام المستخدم أقسى من أي من المواد المراد وصلها بهذه الطريقة، ويعالج حرارياً إلى مستويات مختلفة من القساوة وبحسب الطلب وقابلية المواد المراد وصلها للاستطالة. يُستخدم البرشام النافذ ذاتياً في وصل المواد غير المتماثلة من حيث النوع كالفولاذ والألمنيوم واللدائن (البلاستيك)، وكذلك المواد المركَّبة، والمواد المحمية السطح مسبقاً. يمتاز هذا النوع من البرشمة بأنه يحقق نظافة الوصلات وسهل الاستخدام، ولا يحتاج إلى تسخين مسبق للبرشام، لذا يمكن تكرار عملية البرشمة بالطرق السريع.

شكل (9) البرشام النافذ ذاتياً.

اختبارات البراشيم

اختبار البرشام المصمت

يجري اختبار سلامة البرشام المصمت- المستخدم في المنشآت الفولاذية- بالطَرق الخفيف على رأس البرشام المثبت بالمطرقة؛ مع لمسه بالإصبع من الجهة الأخرى، وذلك للحكم على نوعية الصوت المرتد والمسموع؛ وتحسس الاهتزاز المنتقل خلال معدن البرشام إلى إصبع المُختَبِر، حيث يعطي البرشام غير المحكم التثبيت صوتاً مرتداً مختلفاً عن البرشام المشدود بإحكام، وهذا الاختبار لا تخريبي ولكنه يحتاج إلى خبرة كافية من المُختبِر.

اختبار البراشيم العمياء

للبراشيم العمياء قوة تحمل تُقاس باختبار قوة القص وقوة الشد، ومن حين إلى آخر يمكن قياس حمل الكبح. يشمل اختبار القص تجميع صفيحتين بسماكة موصَّفة واستخدام برشام محدَّد القساوة، ثم تقاس القوة اللازمة لقص الصفيحتين. يجري اختبار قوة الشد على نحو مماثل؛ غير أن القياسات المطبقَّة على قوة الشد تجري وفقاً لمعيار norm معتمد لذلك. ويجب أن تتطابق كل البراشيم المنتجة مع ذلك المعيار. تُحدِّد هذه الاختبارات متانة البرشام وليس متانة الوصلة المجمَّعة، ولتحديد متانة التجميع يجب الرجوع إلى الدليل الهندسي أو إلى كتيب التشغيل الخاص بعمليات التجميع بالبراشيم.

يحتاج تطبيق الاختبار على البرشام الأعمى إلى وصل وربط جيدين لكي يمكن تطبيق حمل واسع المجال والوصول إلى الإجهادات المطلوبة في حالة استخدام البرشام الرابط في الوصلات الثابتة والمتحركة، وهذا مهم جداً لعملية الاختبار. يُحدَّد نوع البرشام بحسب الوصلة المطلوب تنفيذها، وتُصنع البراشيم بحيث يمكن تكييفها مع نوع الاستخدام المطلوب. كما يمكن إجراء الاختبار لتحديد المواصفات الميكانيكية وفقاً للمعايير الدولية لهذا النوع أو ذاك من البراشيم باستخدام أجهزة مصنَّعة لهذه الغاية.

تُستخدم أجهزة الاختبار لاختبار قوة الشد وقوة القص، ويشتمل جهاز الاختبار على منتج معياري وملاحق إضافية مختلفة، بحيث يمكن استخدامه على أنواع من البراشيم المختلفة الأقطار والأنواع. وقد صُمِّم جهاز الاختبار هذا لتطبيق حمل أعظمي تصل قيمته إلى 50 كيلو نيوتن؛ مع المئات من الملاحق التي تضمن اختبار أنواع مختلفة من البراشيم
الشكل (10).

الشكل (10) جهاز اختبار البراشيم.

تصميم الوصلات البرشمية

1- البرشمة بوجود حمل مركزي riveted joint with central load

من المألوف في حالة الحمل المركزي الشدي أن تكون جميع البراشيم متساوية، وهذا الافتراض هو الوحيد الصالح تقريباً، والمثال على ذلك العارضتان الممسوكتان بصف واحد من البراشيم (الشكل 11- أ). تتعرض المادة في (ب) و(ج) لاستطالة أكبر؛ لأنها معرضة دائماً لكامل القوة P، أما المادة في (أ) و(د) فاستطالتها أقل؛ لأن العارضتين في كلتا النقطتين تتعرضان لقوة أصغر. وبسبب هذه الاستطالات غير المتساوية تتعرض البرشامة الأخيرة لأحمال تتجاوز الحد المطبَّق على البراشيم الأخرى. وتتناقص الأحمال تدريجياً باتجاه البراشيم الموجودة في المركز؛ حتى منتصف الوصلة حيث تكون البراشيم محملة بقوى أقل من المعدل. وتُوزَّع الأحمال في المواد القابلة للاستطالة توزعاً أكثر انتظاماً بين البراشيم المعرَّضة للأحمال إذا كانت الوصلة المعرَّضة للحمل الزائد هي الأولى، وهذا ما يجعل المادة في منطقة الجهد المرتفع خاضعة للاستطالة اللدنة.

الشكل (11 – أ) وصلة تراكبية بصف واحد من البراشيم

وثمة وصلات تناكبية برباط مزدوج مثبتة بصف واحد أو صفين من البراشيم (الشكل 11 – ب).

الشكل (11 – ب) وصلة تناكبية ببرشامين

وقد يكون الحمل قصيّاً، تتوزع حينها الحمولة بالتساوي بين البرشامتين (الشكل 11 – ج).

الشكل (11 - ج) وصلة تراكبية مع حمل مركزي قد يكون قصيّاً.

2- البرشمة بوجود حمل لا مركزي riveted joint with eccentric load

عند تطبيق حمل لا مركزي على مجموعة من البراشيم المشكلة لوصلة ما؛ يجب أن يؤخذ في الحسبان عزم الحمل أو عزم الفتل، وكذلك اتجاه الحمل P. ويمثل الشكل (12) أحد النماذج،

حيث الوصلة مثبتة بأربعة براشيم معرضة لعزم فتل يساوي Pe. ويكون عزم الفتل موزعاً على مختلف البراشيم مباشرةً بحسب بُعدها عن مركز ثقل مجموعة البراشيم، ويكون متعامداً مباشرةً مع قيمة الشعاع على مركز الثقل. ولحساب القوى المطبقة على كل برشام يجعل مجموعها مساوياً الحمل المطبق ومجموع عزوم هذه القوى مساوياً عزم الحمل. ويحسب عزم كل قوة بحاصل ضرب القوة F_i بذراعها r_i (,i=1,2,3,4).

الشكل (12) حساب القوى والإجهادات للبراشيم بوجود حمل لامركزي

3- الإجهادات في البراشيم stresses in rivets

عند تقلص البراشيم الساخنة المدفوعة بقوة في أثناء عملية البرشمة تسحب معها صفائح الوصلة بشدة، وهكذا تنتقل قوى الاحتكاك إلى سطوح الأجزاء الموصولة من الصفائح، وينهار الاحتكاك بين الصفائح عند زيادة الأحمال المطبَّقة، و تنهار الوصلة عندها. لذلك يجب الحفاظ على قوة التحميل ورصّ البرشامة بشدة كافية لمسك الصفائح بعضها مع بعض بهدف نقل قوى الاحتكاك بين صفيحتي الوصلة.

وعلى الرغم من الدعم المقدَّم عن طريق الاحتكاك فمن المعتاد حساب مقاومة الوصلة المبرشمة عن طريق حساب مقاومة البراشيم للقص؛ وحساب قوة شد الصفائح بين ثقوب البرشام، أو مقاومة الضغط أو تحميل البراشيم على الصفائح. وتضمن قوة البرشمة بكبس البراشيم بآلة برشمة، أو يدوياً بمطرقة هوائية.

عند تحميـل البراشيم بحمل قص منفرد كما هي الحال في الشكل (13)؛ يتركز الإجهاد كليـاً عن طريـق تأثيرات التحمـيل اللامركـزي، وعند التحميل بحمـل قص منفرد؛ يجـب اسـتخدام قيـم إجهادات عمل أقل للقص والضغط عما هي الحال في حالـة حمـل القص المضاعـف؛ إذ يجب أن تُسـتخدم تجهيزات ومعدّات خاصة للوصـلات البرشميـة الخاضعة لتأثيـرات الأحمـال المتبدلة والأحمال الفجائية والمعرَّضة للحرارة العالية جداً.

الشكل (13) حمل لا مركزي على طرف وصلة مفردة.

4- الإجهادات في هيكل الأسطوانات stresses in cylindrical shell

تُحسب الإجهادات في هيكل الأسطوانات الرقيقة الجدران المكونة للبرشام بافتراض أن الإجهاد منتظم على كامل سماكات الجدار وأن الهيكل في الشكل (14) يخضع لضغط داخلي p يمكن توزيعه على عناصر مساحـة مقطع الأسطوانة ، بحيث يكوّن مجموعها حلقة أو طوق من القوة F .

الشكل (14) الإجهادات في هيكل الأسطوانات الرقيقة الجدران.

فيمكن حساب الإجهاد المماسي1σ بتقسيم القوة F على مساحة المقطع، والنتيجة وفق المعادلة (1):

حيث r نصف قطر الأسطوانة وt سمكها.

أما إجهاد المادة 2σ الناتجة من فعل الضغط في الاتجاه الطولي فيقسم الضغط بطول الجدار المحيط ليعطى وفق المعادلة (2) :

من الملاحظ أن إجهادات الطوق أكبر مرتين من الإجهادات الطولية. إن المعادلتين (1) و(2) صالحتان فقط عندما تكون السماكة t أصغر بكثير من القطر r . يمكن الاستنتاج أن تحمل البرشام أو القوة الضاغطة على البرشام مساوية لإجهادات مضاعفات تحمل المنطقة المصمَّمة، أو لمضاعفات أقطار سماكات الصفيحة، وتكون وصلات البرشمة في المراجل أضعف منها في الهياكل المجمَّعة حوافها؛ لأن المساحة تضيع بثقوب البرشمة.

الانهيارات في الوصلات البرشمية ailure for friveted joints

تنهار الوصلات البرشمية عند انهيار الاحتكاك بين الصفائح الموصول بعضها ببعض؛ وذلك عند زيادة الحمل على الوصلة عن الحد المسموح به. يحدث ذلك بطرائق انهيار مختلفة كما هو موضح في الشكل (15) في حالة الأحمال المتبدلة، والمطلوب منع انزياح الوصلة خاصة، لذلك يجب أن يكون الحمل مستمر التطبيق، وأن تكون البراشيم مُطبّقة على الصفائح بشدة.

الشكل (15) أنواع الانهيارات في الوصلات البرشامية.

وفي أعمال المنشآت الفولاذية ثمة معيار عملي يُطبَّق عند إعداد الثقوب؛ حيث يكون قطر الثقب المخصص للبرشام أكبر بمقدار 1/16 إنش من قطر البرشام، وكذلك فإن البرشام بعد تثبيته في مكانه سوف يملأ الثقب، وتجري الحسابات استناداً إلى القطر الأصلي للبرشام. وعند إعداد الثقوب يُخدش المعدن حول محيط الثقب. وفي حالة الأحمال ذات النوعية العالية يجري تحضير أولي للثقب بقطر أصغر، ومن ثُمَّ يمكن توسعته بما يكفي لدخول البرشام. ومن المعايير المطبَّقة على برشمة المراجل؛ إجراء الحسابات بالاعتماد على قيمة قطر الثقب الأكبر؛ إذ يجب تثبيت البراشيم بشدة بحيث تملأ فراغ الثقب كاملاً، ويجب ألا تكون البراشيم متباعدة كثيراً ومنفردة ولا أن تكون متقاربة كثيراً. يقاس التباعد الأصغري للبرشام من مركز الثقب إلى مركز الثقب الذي يليه، ويؤخذ عادة بقيمة ثلاثة أضعاف قطر البرشام في أعمال الإنشاءات الفولاذية؛ وبقيمة تباعد أقل في حالة المراجل، كذلك يجب ألا تسمح البراشيم بحدوث تحنيب (انحناء) buckling في صفائح الوصلة البرشمية. ويؤخذ التباعد الأعظمي عادةً بمقدار 16 مرة من قيمة سماكة الصفيحة العليا للوصلة، أو مسافة الحافة النهائية للوصلة، أو المسافة بين مركز البرشام إلى نهاية صفيحة الوصلة، ويجب ألا يقل عن القيمة المحددة. وقد يؤدي تجاوز القيمة إلى الانهيار.

تحتاج عمليات البرشمة إلى متطلبات خاصة لتصنيع الوصلات في المنشآت المختلفة وخاصة المنشآت الفولاذية مثل أفران تسخين البراشيم، كما تحتاج إلى مطارق يدوية وهدروليكية، أو قوالب لتشكيل شكل الرأس المقابل للرأس المشغل، إضافة إلى الحاجة إلى مهارة خاصة يتمتع بها المنفذون لعملية البرشمة والزمن الطويل نسبياً لإجراء عمليات الوصل وتكرارها مرات متعددة.

وثمة ميل اليوم إلى الوصل بالبراغي للمنشآت الفولاذية العالية المتانة بدلاً من البرشمة لسهولة استخدام البراغي وصامولاتها، وهي لا تحتاج إلى مهارة خاصة، كما يمكن فكها واستبدالها إذا تطلب العمل ذلك. كذلك أدى التقدم الكبير في تقانات اللحام إلى وصل المعادن المختلفة بلحمها سواء أكانت خلائط فولاذية أم خلائط ألمنيوم؛ بفضل مرونة عمليات اللحام وعدم الحاجة إلى تحضيرات كثيرة كما هي حال البرشمة، غير أن اللحام في الوقت نفسه يحتاج إلى تجهيزات معقدة لاختبار متانة الوصلات الملحومة وسلامتها، كما أن اللحام يمكن أن يؤثر في مواصفات المعدن الملحوم ويضعِف المنطقة المحيطة بمنطقة اللحام.

التصنيف : التقانات الصناعية

النوع : التقانات الصناعية

المجلد: المجلد الرابع

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية