เหตุใดริเวทแบบหัวแบน ตัวเกลียวครึ่งหกเหลี่ยม จึงโดดเด่นในการประกอบ?

นวัตกรรมการออกแบบ: น็อตยึดแบบรีเวทหัวแบนครึ่งหกเหลี่ยมแก้ปัญหาทั้งสองด้านอย่างไร

รูปทรงเรขาคณิตแบบบูรณาการ: รวมการติดตั้งเรียบผิวด้วยหัวแบนเข้ากับตัวน็อตครึ่งหกเหลี่ยมที่ทนแรงบิด

สิ่งที่ทำให้รูปแบบหมุดย้ำแบบหัวแบนและตัวหมุดมีลักษณะครึ่งหกเหลี่ยมโดดเด่น คือ การผสานคุณสมบัติที่สำคัญสองประการเข้าด้วยกันอย่างลงตัว ได้แก่ หัวที่มีความบางเป็นพิเศษ (super low profile head) และรูปร่างของตัวหมุดที่ออกแบบมาเพื่อป้องกันการหมุน (anti-rotation shape) โดยเฉพาะ วิธีการติดตั้งแบบเรียบเสมอกับพื้นผิว (flush mounting) ช่วยให้ไม่มีส่วนใดยื่นออกมาจากพื้นผิว ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่การไหลเวียนของอากาศมีความสำคัญมาก เช่น โครงหุ้มแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) นอกจากนี้ ยังไม่ควรละเลยส่วนของตัวหมุดที่มีลักษณะครึ่งหกเหลี่ยมด้วย เพราะการออกแบบนี้สร้างแรงต้านทานการหมุนได้ที่จุดสัมผัสทั้งหมด 6 จุด ทำให้สามารถรักษาแรงบิด (torque) ได้ดีกว่าหมุดย้ำแบบตัวกลมถึงสามเท่า ตามผลการทดสอบภายใต้มาตรฐาน ASTM F2282-19 การผสานองค์ประกอบทั้งสองนี้เข้าด้วยกันจึงทำให้ตัวยึดนี้สามารถแก้ไขปัญหาที่มักเกิดขึ้นกับชิ้นส่วนประเภทเดียวกันในสถานการณ์ใช้งานจริงได้อย่างแท้จริง

• การคลายตัวเนื่องจากการสั่นสะเทือนในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิก
• การรบกวนชิ้นส่วนที่อยู่ใกล้เคียงกันในพื้นที่จำกัด
  ด้วยการรวมฟังก์ชันเหล่านี้ไว้ในตัวยึดเดียว ผู้ผลิตจึงสามารถบรรลุการยึดที่เชื่อถือได้และประหยัดพื้นที่ โดยไม่จำเป็นต้องใช้คุณสมบัติการล็อกเพิ่มเติมหรือการกลึงหลังการติดตั้ง

ประสิทธิภาพในการใช้วัสดุ: ทำให้สามารถยึดได้อย่างเชื่อถือได้แม้กับวัสดุบาง (≤1.5 มม.) โดยไม่เกิดส่วนยื่นออกหรือการทะลุของวัสดุ

เมื่อทำงานกับวัสดุบาง ตัวยึดนี้สามารถแก้ปัญหาทั่วไปได้โดยการกระจายแรงโหลดอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น หัวแบบแบนของตัวยึดมีพื้นที่สัมผัสกว้าง 120 องศา ซึ่งช่วยลดแรงกดที่ผิววัสดุลงประมาณร้อยละ 40 เมื่อเทียบกับหัวทรงโดมแบบทั่วไป ส่งผลให้ป้องกันการบิดเบี้ยวของวัสดุได้ในกรณีที่วัสดุมีความหนาน้อยกว่า 1.5 มม. หากพิจารณาโครงสร้างโดยรวม รูปร่างครึ่งหกเหลี่ยม (half hex) สร้างการยึดทางกลที่แข็งแรง สามารถต้านแรงดึงทะลุได้ประมาณ 1200 นิวตัน สำหรับอลูมิเนียม ตามมาตรฐานอุตสาหกรรมปี ค.ศ. 2022 แล้วสิ่งใดที่ทำให้โซลูชันนี้โดดเด่น? คำตอบคือ การผสานวิศวกรรมที่ใช้งานได้จริงเข้ากับการปรับปรุงประสิทธิภาพในการใช้งานจริงสำหรับผู้ผลิตที่ต้องจัดการกับวัสดุบางซึ่งมีความบอบบาง

• ไม่ต้องทำการกลึงหลังการติดตั้งเพื่อให้พื้นผิวเรียบเสมอกัน
• ขจัดความจำเป็นในการเข้าถึงด้านหลังของชิ้นงาน
• ลดน้ำหนักได้ 30% เมื่อเทียบกับระบบยึดแบบดั้งเดิม
  คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ผลิตภัณฑ์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง—เช่น โครงสร้างคอมโพสิตสำหรับอากาศยานและเปลือกหุ้มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์—ซึ่งการควบคุมมิติและความสมบูรณ์ของวัสดุพื้นฐานเป็นสิ่งที่ไม่อาจยอมประนีประนอมได้

ความสามารถเหนือกว่าในการรับทอร์กและการต้านการสั่นสะเทือนของหมุดย้ำแบบหัวแบนพร้อมลำตัวหกเหลี่ยมครึ่งหนึ่ง (Flat Head Half Hex Body Rivet Nut)

การล็อกเชิงกล: การสัมผัสแบบหกเหลี่ยม 6 จุด เทียบกับการลื่นไถลของลำตัวทรงกลมภายใต้โหลดแบบไดนามิก

หมุดย้ำแบบตัวเรือนกลมมักจะลื่นไถลเมื่อหมุน แต่หมุดย้ำแบบหัวแบนและตัวเรือนครึ่งหกเหลี่ยมทำงานต่างออกไป รูปร่างหกเหลี่ยมที่มีจุดสัมผัส 6 จุดนี้จะยึดติดแน่นเข้ากับวัสดุที่ติดตั้งอยู่จริงๆ วิธีการกระจายแรงบิดของหมุดย้ำชนิดนี้ทำให้มีจุดสัมผัสเพิ่มขึ้นประมาณ 50% เมื่อเทียบกับน็อตทั่วไป จึงทำให้หมุดย้ำเหล่านี้ยากต่อการหลุดออกแม้จะมีการใช้แรงบิดมากก็ตาม เมื่อสถานการณ์เลวร้ายยิ่งขึ้น เช่น เมื่อเกิดการสั่นสะเทือนที่มีค่ามากกว่า 15 G ซึ่งเกิดขึ้นบ่อยครั้งในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น แขนหุ่นยนต์หรือสายพานลำเลียง หมุดย้ำพิเศษเหล่านี้จะยังคงยึดติดแน่นอยู่ ในขณะที่หมุดย้ำแบบกลมทั่วไปจะเสียหายหรือหลุดออกทันที ผลการทดสอบกับหมุดย้ำขนาด M8 แสดงว่าสามารถรองรับแรงบิดได้ระหว่าง 35 ถึง 60 นิวตัน-เมตร ซึ่งเหนือกว่าทางเลือกแบบมีรอยหยัก (knurled) ประมาณ 30% ในการดูดซับแรงสั่นสะเทือนที่เกิดจากการทำงานของเครื่องจักร

การยืนยันจากสภาพแวดล้อมจริง: ประสิทธิภาพในการใช้งานจริงกับโครงสร้างแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) และระบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการบินและอวกาศ (Avionics) ตามมาตรฐาน ISO 16750-3 และ ASTM F2296-22

การทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริงยืนยันสิ่งที่วิศวกรได้กล่าวถึงชิ้นส่วนเหล่านี้มาเป็นเวลาหลายปี ยกตัวอย่างเช่น โครงหุ้มแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้า (EV) ซึ่งต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องและปัญหาการเหนื่อยล้าของโลหะ ริเว็ตนัทแบบครึ่งหกเหลี่ยม (Half hex rivet nuts) สามารถคงตำแหน่งไว้อย่างมั่นคงโดยไม่มีการเคลื่อนไหวใดๆ เลย หลังผ่านการทดสอบแรงสั่นสะเทือนตามมาตรฐาน ISO 16750-3 ที่เข้มงวดเป็นเวลา 500 ชั่วโมง นอกจากนี้ สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ (aerospace) ตัวยึดเหล่านี้ยังผ่านเกณฑ์ความแข็งแรงต่อแรงเฉือนตามมาตรฐาน ASTM F2296-22 ซึ่งจำเป็นสำหรับการยึดแผงวาง (trays) เข้ากับแผ่นอลูมิเนียมที่บางมาก โดยมีความหนาไม่เกิน 1.2 มม. อีกด้วย และนี่คือสิ่งที่น่าสนใจ: ตัวยึดเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาการดึงทะลุ (pull through failures) ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งกับทางเลือกแบบตัวเรือนกลมทั่วไปได้อย่างสมบูรณ์แบบ ความลับดูเหมือนจะอยู่ที่การออกแบบแบบไฮบริดเฉพาะตัว ซึ่งสามารถลดความเข้มข้นของแรงเครียดลงได้ประมาณร้อยละ 40 ในชิ้นส่วนแมกนีเซียม เมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกทั่วไปในตลาดปัจจุบัน

การประเมินประสิทธิภาพเปรียบเทียบ: ริเว็ตนัทหัวแบนแบบครึ่งหกเหลี่ยม กับทางเลือกทั่วไป

นัตแบบรีเวทหัวแบนตัวครึ่งหกเหลี่ยมให้ข้อได้เปรียบที่แท้จริงเมื่อเทียบกับนัตแบบรีเวทตัวกลมมาตรฐานและแบบเจาะร่องเอียง (countersunk) ซึ่งมีใช้มานานหลายปี รูปร่างที่ไม่เหมือนใครนี้ให้ค่าความต้านทานแรงบิดที่ดีกว่าประมาณ 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ตามผลการทดสอบการสั่นสะเทือนตามมาตรฐาน ISO 16750-3 ซึ่งเราทุกคนรู้จักดี นอกจากนี้ หัวแบนยังวางสนิทแนบกับพื้นผิวโดยไม่ยื่นออกมาเหนือพื้นผิวเหมือนนัตแบบเจาะร่องเอียงทั่วไป คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้งานกับวัสดุบางที่มีความหนาน้อยกว่า 1.5 มม. โดยนัตแบบรีเวททั่วไปไม่สามารถรับแรงได้ดีพอในสถานการณ์เช่นนี้ ซึ่งงานวิจัยของ ASM International เมื่อปีที่แล้วระบุว่ามีอัตราการล้มเหลวจากการดึงทะลุ (pull through testing) สูงขึ้นประมาณ 22 เปอร์เซ็นต์

สิ่งที่ทำให้ตัวยึดแบบครึ่งหกเหลี่ยม (half-hex body) มีประสิทธิภาพสูงคือคุณสมบัติการล็อกเชิงกล (mechanical interlock) ซึ่งป้องกันไม่ให้เกิดการหมุนเมื่อเกิดแรงสั่นสะเทือนภายใต้ภาระแบบไดนามิก ขณะที่การออกแบบตัวยึดแบบทรงกลม (round body) ไม่เหมาะสมสำหรับความเครียดประเภทนี้ เนื่องจากเริ่มเลื่อนไถลที่ระดับแรงบิดที่ต่ำกว่าจริงถึง 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ เมื่อพิจารณาในแง่การติดตั้ง ยังมีข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่งที่ควรกล่าวถึง คือ แรงที่ใช้ในการแทรกตัวลดลงประมาณหนึ่งในสี่เมื่อเทียบกับรุ่นหกเหลี่ยมเต็ม (full hex versions) เนื่องจากการจัดแนวของชิ้นส่วนในระหว่างการติดตั้งซึ่งมีลักษณะเป็นทรงกระบอกบางส่วน วิศวกรที่ต้องพิจารณาหลายปัจจัยพร้อมกัน เช่น ความสามารถในการต้านทานการสั่นสะเทือน การประหยัดวัสดุ และการบรรลุผิวเรียบเสมอกับพื้นผิวอย่างสวยงาม จะพบว่าการออกแบบนี้สามารถแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นกับตัวยึดแบบดั้งเดิมมาเป็นเวลานาน ทั้งนี้ ยังคงรักษาประสิทธิภาพไว้อย่างเต็มเปี่ยมโดยไม่ต้องเสียแลก

คำแนะนำด้านการประยุกต์ใช้เป้าหมายสำหรับการติดตั้งน็อตยึดแบบรีเวท (rivet nut) หัวแบน ตัวลำตัวครึ่งหกเหลี่ยม

การประกอบชิ้นส่วนที่มีความหนาต่ำ: แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุพื้นฐานแบบอลูมิเนียม แมกนีเซียม และคอมโพซิตที่มีความหนาน้อยกว่า 1.5 มม.

เมื่อทำงานกับวัสดุที่บางมาก เช่น แผงตัวถังอลูมิเนียมที่มีความหนาอยู่ระหว่าง 0.8 ถึง 1.2 มม. หรือชิ้นส่วนยึดอุปกรณ์จากแมกนีเซียม หรือวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ น็อตรีเวทแบบหัวแบนและตัวน็อตครึ่งหกเหลี่ยมจะโดดเด่นเป็นพิเศษ เนื่องจากสามารถหยุดการบิดเบี้ยวของพื้นผิวได้ขณะติดตั้ง ผู้ปฏิบัติงานควรใช้เครื่องมือไฮดรอลิกสำหรับติดตั้งที่ให้แรงต่ำ (ไม่เกิน 3 กิโลนิวตัน) เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุฐานเกิดการโก่งตัว รูปแบบการติดตั้งแบบเรียบกับพื้นผิว (flush mount) จะทำให้ได้พื้นผิวที่เรียบลื่นและเหมาะต่อการไหลของอากาศ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญยิ่งสำหรับชิ้นส่วนอากาศยาน ขณะเดียวกัน ตัวน็อตครึ่งหกเหลี่ยมสามารถเข้าพอดีกับรูที่เจาะไว้ล่วงหน้าได้อย่างแน่นหนา โดยไม่จำเป็นต้องเข้าถึงด้านหลังของวัสดุ ทั้งนี้ การทำงานกับโลหะผสมแมกนีเซียมต้องระมัดระวังเป็นพิเศษ เพราะการเคลือบยาหล่อลื่นป้องกันการยึดติด (anti-galling paste) ลงบนเกลียวจะช่วยป้องกันปัญหาการเชื่อมเย็น (cold welding) ได้ และเมื่อจัดการกับวัสดุคอมโพสิต การเปลี่ยนไปใช้แท่งดัน (mandrel) ที่เคลือบด้วยเพชร (diamond coated) จะส่งผลต่างอย่างมากในการลดความเสี่ยงของการแยกชั้น (delamination) ระหว่างการดำเนินการอัด (compression operations)

สภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง: เกณฑ์การเลือกใช้สำหรับโมดูลโครงสร้างในยานยนต์ ยานพาหนะไฟฟ้า (EV) และอวกาศ

ในการใช้งานที่มีการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง เช่น ถาดแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้า (EV) หรือช่องติดตั้งระบบอิเล็กทรอนิกส์บนอากาศยาน ควรให้ความสำคัญกับการยึดเกาะเชิงกลแบบครึ่งหกเหลี่ยม (half-hex body) มากกว่าสลักเกลียวแบบตัวเรือนทรงกลม (round-body alternatives) เกณฑ์หลักในการเลือกใช้มีดังนี้:

• ความต้านทานต่อแรงบิด : การยึดเกาะแบบหกเหลี่ยมสามารถทนต่อทอร์กจากการสั่นสะเทือนได้สูงกว่าสลักเกลียวแบบตัวเรือนทรงกลมถึง 30% (ตามมาตรฐาน ISO 16750-3)
• ความเข้ากันได้ของวัสดุรองรับ : ผ่านการตรวจสอบและยืนยันแล้วว่าใช้งานได้ดีกับข้อต่อแบบผสมระหว่างเหล็กกับอลูมิเนียมในชิ้นส่วนแชสซี
• ความต้านทานการกัดกร่อน : ควรระบุรุ่นที่ทำจากสแตนเลสสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีการพ่นละอองเกลือ (ตามมาตรฐาน ASTM B117)
  สามารถนำไปใช้งานได้กับโครงใต้ท้องรถยนต์ (subframes) จุดยึดฝาครอบแบตเตอรี่ และโครงยึดสำหรับดาวเทียม ซึ่งต้องรับโหลดแบบเป็นรอบ (cyclic loads) ที่มีค่าเร่งเกิน 5G ทั้งนี้ รูปทรงหัวแบนยังช่วยรักษาสมบูรณ์ของซีลไว้ได้ในห้องที่มีแรงดัน

คำถามที่พบบ่อย

ข้อได้เปรียบหลักของสลักเกลียวแบบรีเวทหัวแบนแบบครึ่งหกเหลี่ยมคืออะไร?

น็อตยึดแบบรีเวทหัวแบนพร้อมตัวเรือนรูปหกเหลี่ยมครึ่งหนึ่ง ผสานการออกแบบให้เรียบเสมอกับพื้นผิว (flush-mount) เข้ากับรูปร่างหกเหลี่ยมที่ต้านแรงบิดได้ดี จึงให้ความต้านทานต่อแรงบิดที่เหนือกว่า และแก้ไขปัญหาทั่วไป เช่น การคลายตัวจากแรงสั่นสะเทือน และการขัดขวางในพื้นที่จำกัด

ตัวยึดนี้จัดการกับปัญหาที่เกิดขึ้นกับวัสดุบางอย่างไร?

หัวแบนกว้างช่วยลดแรงกดบนพื้นผิวลง 40% จึงป้องกันการบิดเบี้ยวของวัสดุฐานบาง (≤1.5 มม.) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ โครงสร้างรูปหกเหลี่ยมครึ่งหนึ่งยังให้การยึดเกาะเชิงกลที่แข็งแรง เพื่อทนต่อแรงดึงทะลุ (pull-through forces) ได้สูงสุดถึง 1200 นิวตัน

เหตุใดจึงนิยมใช้ตัวเรือนรูปหกเหลี่ยมครึ่งหนึ่งในสภาพแวดล้อมที่มีแรงสั่นสะเทือนสูง?

ด้วยระบบล็อกเชิงกลที่เหนือกว่าซึ่งทำงานที่จุดยึด 6 จุด ตัวเรือนรูปหกเหลี่ยมครึ่งหนึ่งสามารถต้านแรงบิดจากแรงสั่นสะเทือนได้ดีกว่าตัวเรือนทรงกลมถึง 30% จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานแบบพลศาสตร์ เช่น ในยานยนต์ไฟฟ้า (EV) และโครงสร้างทางอากาศยาน

วัสดุฐานใดบ้างที่เข้ากันได้ดีที่สุดกับน็อตยึดแบบรีเวทหัวแบนพร้อมตัวเรือนรูปหกเหลี่ยมครึ่งหนึ่ง?

ตัวยึดนี้ใช้งานได้ดีกับวัสดุอลูมิเนียม แมกนีเซียม และวัสดุคอมโพสิตที่มีความหนาไม่เกิน 1.5 มม. โดยให้ความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้นโดยไม่ทำให้พื้นผิวเสียรูปหรือต้องเข้าถึงด้านหลัง