Ar medžio varžtais galima naudoti kitose medžiagose, išskyrus medį?

Medžio varžtų konstrukcijos ir paskirties supratimas

Kas yra medžio varžtai? Funkcinė apibrėžtis

Medžio sraigščiai yra specialiai sukurti tvirtinimo elementai, kurie puikiai tinka medžio dalių tvirtam sujungimui. Juos išskiria aštrūs galiukai ir šiurkštus įvorės paviršius, kurie įsiveržia į medį, o ne tiesiog jį perkerta. Dėl šio suspaudimo efekto jie laiko apie 30 procentų geriau minkštesniame medyje nei įprasti sraigščiai. Todėl amatininkai renkasi medžio sraigtus renkant daiktus, tokius kaip knygų lentynos, virtuvės spintelės ar net namo rėmo dalys, kur būtina išlaikyti medžio vientisumą ir stiprumą.

Standartinių medžio sraigtų medžiaga ir įvorės konstrukcija

Standartiniai medžio sraigtai dažniausiai pagaminti iš cinkuoto plieno arba nerūdijančio plieno, kad būtų užtikrintas atsparumas korozijai (2024 metų tvirtinimo elementų analizė). Skirtingai nuo metalinių sraigtų su 60° sriegio kampu, medžio sraigtai turi ryžtingą 25–30° profilį, kuris padidina fibrozinių medžiagų sukibimą 42 % (mechaninio sukibimo tyrimas).

Kaip medžio sraigtų geometrija optimizuoja sukibimą su fibrozinėmis medžiagomis

Sutankuojantys kotai sumažina medžio skilimą palaipsniui perkeldami medžio pluoštelius, o palaipsniui didėjantis sriegio žingsnis sukuria suspaudimo zonas. Toks dizainas pasiekia 80 % visiškos ištraukimo stiprumo vos pasiekus vieną trečdalį įsukimo gylis, todėl jis yra labai veiksmingas ąžuole, pušyje ir kompozitiniuose medžio produktuose.

Medvarčių naudojimas įprastuose ne mediniuose medžiagose: taikymo sritys ir apribojimai

Medvarčių našumas MDF, faneroje ir drožlių plokštėse

Kai kalbama apie techninius medžio produktus, medžio varžtai visuose atvejais tiesiog neveikia nuosekliai. Vidutinės tankio fanerai (MDF) šiurkščią gija turintys varžtai pirmiausia turi būti įgręžti, jei norime išvengti medžiagos skilimo. Be to, jie laiko tik apie tris ketvirtadalius to, ką laikytų tikroje medienoje, pagal 2023 m. Sudėtinių medžiagų instituto atliktus tyrimus. Fanera veikia geriau dėl jos sluoksniavimo, tačiau geras sukibimas vis dar reikalauja didesnio įsukimo gylio nei pati plokštė paprastai turi. Kalbame apie maždaug 40 % ilgesnį ilgį saugumo sumetimais. Visiškai kita yra pluoštas. Dėl šios medžiagos dervų varžtų gijos nusidėvi greičiau nei įprastoje medienoje – gal net iki trečdalio greičiau. Todėl daugelis specialistų drėgnose vietose, kur korozija tampa tikra problema, pereina prie nerūdijančio plieno.

Medžio sriegiai plastikuose ir gipso plokštėse: įgyvendinamumas ir ilgalaikis laikymas

Medžio sriegiai tinka tvirtinti PVC apdailą arba gipso plokštes, jei nėra kitos išeities, tačiau jų siaurėjantys galai ilgainiui tiesiog stumia plastiko molekules. Po maždaug metų jie praranda beveik pusę savo tvirtumo, teigia 2022 m. „Fastener Engineering Journal“ tyrimas. Kalbant konkrečiai apie gipso plokštes, dvigubai sriegiuoti varžtai pasirodo gerokai geriau nei įprasti medžio sriegiai. Tyrimai rodo, kad jie atlaiko kartotinę apkrovą tris kartus geriau nei standartiniai variantai. Jei dirbate su plastikinėmis medžiagomis, ieškokite varžtų su apvaliu galu ir ypač 25 laipsnių kampu sriegyje. Tai padeda užkirsti kelią įtrūkimams, ko dauguma medžio sriegių visiškai neturi.

Kodėl medžio sriegiai nepavyksta betone, mūryje ir metale be modifikacijų

Medžio sriegių sriegių šonkaulių kampas (<60°) nepakankamas mineralinėms medžiagoms. Testavimas parodė:

• 83 % mažesnė sukibimo jėga betone lyginant su mūro tvirtinimais
• Dvigubai didesnis korozijos greitis neapdorotuose metaliniuose sujungimuose
• Visiškas sriegio nulupimas skiedros siūlėse, veikiant apkrovai, mažesnei nei 150 svarų

Ar medžio varžtai tinka naudoti konstrukcijose, kurios laiko apkrovą, dirbant su dirbtiniais medžiagomis?

Dirbant su sintetinėmis medžiagomis, medžio varžtai neturėtų būti apkraunami daugiau nei apie 30 % nuo jų nurodytos apkrovos, nebent būtų naudojamas epoksidinis stiprinimas. Pastarieji struktūrinio vertinimo duomenys tai patvirtina gana ryškiai. Auditas parodė, kad beveik 7 iš 10 šių jungčių su skirtingomis medžiagomis sugedimų atsirado todėl, kad įprasti medžio varžtai buvo perkrauti jų skersinės apkrovos ribose. Tai nemažas skaičius, atsižvelgiant į saugos rezervus. Visoms konstrukcijoms, kurios turi nešti didelę apkrovą ar įtampą, šiuo metu dauguma specialistų renkasi hibridinius varžtus. Šie specialūs tvirtinimo elementai turi modifikuotą antgalio formą ir vientisesnį sriegį viso ilgio, kas ypač svarbu užtikrinant didesnę sukibimo jėgą, kai susijungia skirtingos medžiagos.

Skirtingų medžiagų sujungimas: kada ir kaip efektyviai naudoti medžio sriegius

Medžio tvirtinimas prie metalo: praktinės taikymo sritys ir iššūkiai

Medžio sriegiai gana gerai tinka plonoms metalinėms detalėms, kurių storis mažesnis nei apie 1,2 mm, tvirtinti prie medinių konstrukcijų. Pavyzdžiui, baldų komplektuojamiesiems arba stogo dangai, dedamai ant medinių skersinių. Šiurkštūs sriegiai faktiškai suspaudžia medžio pluoštus, tuo pačiu užtikrindami pakankamą sukibimą su minkštesniais metalais. Tačiau yra vienas svarbus niuansas. Pagal 2022 m. ASTM standartus, metalas temperatūrai kylant vienu laipsniu, plečiasi apie 2–3 kartus greičiau nei medis. Tai reiškia, kad laikui bėgant ryšiai gali pradėti atsileisti. Kitas dalykas, į kurį verta atkreipti dėmesį, – galvaninė korozija. Kai neapdoroti plieniniai varžtai sujungia skirtingas medžiagas, tokius kaip aliuminis ir ąžuolas, ypač drėgnose aplinkose, ilgainiui tokia korozija tampa tikra problema.

Ankstesnio gręžimo ir vadovaujančiųjų skylių strategijos mišrių medžiagų sujungimams

Kai dirbama su skirtingomis medžiagomis kartu, iš anksto išgręžus vadovaujančiąsias skyles išsprendžiamos dvi pagrindinės problemos, kurių niekas nenori vėliau – medžio plyšimas ir tinkamas tarpusavio suderinimas tarp medžiagų, kurios nėra vienodo kietumo. Jungtims, kuriose metalas susiliečia su medžiu, rekomenduojama išgręžti skylę per metalinę dalį apie pusę milimetro didesnę už faktinį sriegio strypą. Tada tęskite šią skylę giliau į medinę dalį, kol ji pasieks maždaug septyniasdešimt procentų to, kas vadinama sriegio šaknies skersmeniu. Papildomas tarpas metale leidžia daliems laisvai sujungti be trinties, tuo pat metu išlaikant pakankamą sukibimą medyje, kad ateityje niekas neišsijunktų.

Atvejo analizė: aliumininio profilio tvirtinimas prie medinių rėmų naudojant dangomis padengtus medvarščius

Neseniai atliktas 2023 metų tyrimas nagrinėjo, kaip gerai skirtingi sraigštai išlaiko savo tvirtumą lauke. Epoksidiniais dengti medžio sraigštai išlaikė apie 89 % jų pradinės spaustuvės galios po pusės metų laikomi lauke, net tada, kai buvo pritvirtinti plonos aliuminio apdailos prie pušinių rėmų. Tuo tarpu įprasti nenužulgti sraigštai susilpnėjo iki tik 58 % stiprumo, nes labai supuvo. Kodėl veikia epoksidinis dengimas? Jis neleidžia drėgmei patekti ir taip pat veikia kaip izoliatorius, kuris padeda išvengti erzinančių galvaninių reakcijų tarp metalų. Šie dengti sraigštai tinka paprastiems darbams namuose, tačiau tiems, kurie dirba su didelėmis apkrovomis ar srityse, kur daug vibracijų, reikėtų naudoti tvirtinimo elementus, specialiai sukurtus aliuminio taikymui.

Medžio sraigštai prieš specialius tvirtinimo elementus: teisingo pasirinkimo priėmimas ne mediniams pagrindams

Medžio sraigštų palyginimas su mašininiais sraigštais ir veržliarakčiais metalo taikymuose

Medžio varžtai tiesiog neveikia, kai dirbama su metalo prie metalo sąjungomis arba bet kuo, kas turi išlaikyti didelę apkrovą. Mašininiai varžtai veikia kitaip, nes jie įsukami į jau suveržtas skyles, o atskirų tipų veržtai yra specialiai sukurti konstrukciniams plieno sujungimams. Medžio varžtai tiesiog neturi tinkamos sriegio tankio ar pakankamai stiprių kotų šioms užduotims. Kai kurie bandymai parodė, kad medžio varžtai gali išlaikyti tik apie trečdalį to, ką išlaiko tokio pat dydžio mašininiai varžtai plieno taikymuose. Be to, kai dalykai pradeda judėti ar vibruoti, medžio varžtai linkę lenktis ir deformuotis daug lengviau nei jų metaliniai atitikmenys.

Kada pereiti nuo medžio varžtų prie alternatyvų dirbtiniuose ar trapiuose medžiagose

Specialūs tvirtinimo elementai būtini keturiose situacijose:

• Žemos tankio pagrindai (PVC, polistirolas): svyravimo tvirtinimo elementai arba klijavimo varžtai užtikrina 2–3 kartus didesnį laikymąsi
• Aplinkos su dideliu virpėjimu : Sriegio fiksavimo mašininiai varžtai sumažina atsukimą 67 % (NIST 2023)
• Betonas/mūras : Atitvaros tvirtinimo tvirtinimai atlaiko 4,8 kN, o medžio sriegiai – tik 0,6 kN maksimalią apkrovą
• Guoliniai metaliniai sujungimai : 5 klasės tvirtinimo varžtai užtikrina 150 % didesnę skersinę stiprumą lyginant su dengtais medžio sriegiais

Hibridinių sriegių kilimas, sukurtų daugiakomponentėms konstrukcijoms

Šiuolaikiniai hibridiniai sriegiai sujungia medžio sriegio geometriją su automatiškai gręžiančiais metalo galais ir polimerams atspariomis dangomis. Tokios konstrukcijos sumažina montavimo laiką 40 % sumontuojant mišrių medžiagų konstrukcijas, išlaikydamos 85 % tradicinio medžio sriegio našumą medienoje. Cinko-nikelio anti-korozinė danga (atsparumas druskos purškimui ilgiau nei 5 000 valandų) leidžia naudoti juos lauko sąlygose jungiant medį su aliuminiu.

Pramonės paradoksas: kodėl medžio sriegiai lieka populiariais, nepaisant medžiagų neatitikimo rizikos

Nepaisant to, kad 22 % ne-medinių taikymų atvejų jie netinka (pagal ASTM F2328 apklausą), medžio sriegiai vis dar plačiai naudojami dėl:

1. 62 % rangovų juos saugo vien tik dėl kainos efektyvumo
2. Greitojo prijungimo grąžtai leidžia 50 % greitesnį montavimą lyginant su specializuotais tvirtinimo elementais
3. Hibridinės dangos paslepia prastą pagrindo atitiktį mažo apkrovimo aplikacijose

Geriausios praktikos naudojant medvarščius ne mediniuose taikymuose

Paviršiaus paruošimo ir gręžimo technikos ne mediniams pagrindams

Medvarščiai geriausiai veikia dirbtiniuose medžiagose, tokiuose kaip MDF plokštės ar gipskartoniai, jei iš anksto išgręžiame pilotines skyles. Pagrindinė taisyklė? Pradines skyles darykite apie 70–80 procentų storio nuo varžto koteliuko. Tai padeda išvengti medžiagos įtrūkimų, bet vis tiek leidžia varžtui tvirtai laikytis. Dirbant su plastikinėmis medžiagomis, ypatingai svarbūs yra specialūs kūginiai grąžtai, primenantys pačių medvarščių galus. Jie geriau paskirsto slėgį, todėl medžiaga nesulūžta esant apkrovai. Pagal praėjusiais metais atliktus tyrimus apie skirtingų tvirtinimo detalių našumą, tokių pilotinių skylių gręžimas padidina varžtų laikymosi gebą lengvosiose medžiagose apie trečdalį, lyginant su tiesioginiu jų įvaržimu be paruošimo.

Tinkamo dangos sluoksnio ir korozijos atsparumo pasirinkimas mišrių medžiagų aplinkose

Medvaržtis, padengti cinku arba fosfatuota danga, ilgiau tarnauja nuo 3 iki 5 metų be rūdijimo palyginti su įprastais plieniniais, kai jie yra veikiami drėgmės. Tai tampa svarbu tvirtinant skirtingas medžiagas, pvz., aliumininius rėmus prie medinių terasų, kur atsiranda galvaninė korozija. Nerūdijančio plieno variantai šiuo atveju puikiai tinka, nes sustabdo tokio tipo koroziją ir išlaiko tvirtą sukibimą net po beveik dviejų metų laiko praleisto lauke, išlaikant apie 92 % pradinės sukibimo jėgos. Naujausi 2024 m. išleisto Medžiagų suderinamumo ataskaitos duomenys rodo, kad epoksidinė danga yra geriausias pasirinkimas projektams, vykdomiems arti vandens ar naudojant plastikines dalis kartu su presuotu medžiu.

Lipnių naudojimas, kad padidinti tvirtumą trapiose ar mažo tankio medžiagose

Dirbant su drožlių plokšte ar poringomis betono medžiagomis, derinant medvaržtius su poliuretano kliju, galima žymiai pailginti sąjungų tarnavimo laiką – pagal bandymus, apie 40–60 procentų. Triukas yra toks: pirmiausia reikia ant abiejų pusių užtepti klijų, tada įsukti varžtą. Taip susidaro tai, ką inžinieriai vadina vienu metu mechanine ir cheminėmis jungtimis. Taikymams, kuriuose pastoviai kinta temperatūra, pvz., kai jungiamas medis su aliuminio detalėmis, ypatingai gerai pasirodo klampiaelastingi klijai. Šie specialūs klijai kompensuoja skirtingą medžiagų išsiplečimą ir susitraukimą. Laboratorinių tyrimų duomenys rodo, kad tokie klijai sumažina varžtų apkrovą apie 28 % greitintų senėjimo eksperimentų metu, kurie imituoją daugelio metų realias sąlygas.

Šios technikos leidžia medvaržtams patikimai veikti už jų numatytojo taikymo ribų, jei montuotojai atsižvelgia į medžiagos elgseną ir aplinkos veiksnius.

DUK

Ar medžio sriegiai gali būti naudojami metalinėse paviršiuose?

Medžio sriegiai nėra tinkami metaliniams paviršiams, nes jiems trūksta reikiamo sriegio tankumo, būtino metalo taikymui. Geriau naudoti mašininius sriegius arba vinis.

Kaip galima sustiprinti medžio sriegius dirbtiniuose medžiagose?

Dirbtinėse medžiagose medžio sriegius reikėtų naudoti su epoksidiniu stiprinimu, kad nebūtų viršytos jų skersinės apkrovos ribos.

Kodėl naudojant medžio sriegius ne medžiagose reikia gręžti įvorės skylių?

Įvorės skylės padeda išvengti plyšimų ne medžiagose ir užtikrina tarpusavyje skirtingų medžiagų tinkamą suderinamumą.