Trong công thức mô men siết của VDI 2230, ba số hạng chia nhau toàn bộ công bạn bỏ ra: bước ren, ma sát ren, ma sát mặt tựa. Chỉ số hạng đầu sinh ra lực kẹp, và nó chiếm khoảng 12%. Gần 90% mô men siết bị ma sát nuốt mất. Điều đó nghĩa là hệ số ma sát không phải chi tiết phụ trong bài toán — nó là bài toán.
Tiêu chuẩn tách rõ hai hệ số vì chúng có thể rất khác nhau trên cùng một bulong:
ISO 16047 định nghĩa cách đo cả hai trên bộ đôi thật, cùng với hệ số tổng μtot. Đây là lý do nhà sản xuất bulong có phủ chất lượng tốt công bố dải μ kèm sản phẩm: không có con số ấy thì mô men siết chỉ là phỏng đoán.
VDI 2230 xếp các tổ hợp vật liệu – lớp phủ – chất bôi trơn vào năm nhóm. Dải rộng vì bản thân ma sát vốn phân tán:
| Nhóm | Dải μ | Trường hợp điển hình |
|---|---|---|
| A | 0,04 – 0,10 | Có bôi trơn mạnh: mỡ MoS₂, chất chống kẹt gốc nickel, sáp lớp phủ chuyên dụng. |
| B | 0,08 – 0,16 | Thép mạ kẽm điện phân, kẽm lamellar, phốt phát hóa; dầu bảo quản nhẹ. Đây là nhóm phổ biến nhất trong cơ khí. |
| C | 0,14 – 0,24 | Thép đen khô, bề mặt gia công thô, thép trên gang. |
| D | 0,20 – 0,35 | Inox trên inox không bôi trơn, kẽm nhúng nóng khô, bề mặt phun bi. |
| E | lớn hơn 0,30 | Cặp vật liệu dính bám mạnh, bề mặt nhám nặng — vùng dễ kẹt ren. |
Điều kiện áp dụng: nhóm chỉ là gợi ý khởi đầu để tính sơ bộ. VDI 2230 nêu rõ, mối ghép quan trọng phải xác định μ bằng thực nghiệm theo ISO 16047 trên đúng bộ đôi sẽ dùng, chứ không tra bảng.
Lấy M10 × 1,5 cấp 8.8, đặt mô men cố định 57 Nm theo bảng tra, rồi cho ma sát chạy trong nhóm B (0,08 – 0,16). Tính ngược lực kẹp từ công thức VDI 2230:
| μG = μK | Tổng số hạng (mm) | Lực kẹp thực FM (kN) | So với mục tiêu 28,6 kN |
|---|---|---|---|
| 0,08 | 1,23 | 46,3 | +62% — vượt cả tải thử |
| 0,12 | 1,72 | 33,1 | +16% |
| 0,14 | 1,97 | 28,9 | đúng mục tiêu |
| 0,16 | 2,21 | 25,8 | −10% |
Đọc bảng này chậm một chút, vì nó giải thích phần lớn các sự cố khó hiểu ngoài hiện trường. Cùng một cần lực đã hiệu chuẩn, cùng một giá trị cài đặt, chỉ khác chỗ ren được bôi trơn hay không, lực kẹp chênh nhau gần gấp đôi. Đầu bảng là bulong đứt hoặc chảy dẻo trong lúc siết dù người thợ làm đúng số. Cuối bảng là mối ghép lỏng lẻo dù biên bản nghiệm thu ghi đủ mô men.
Bề mặt tương đối trơn, μ thường rơi vào nhóm B. Chiều dày lớp phủ làm hẹp khe hở ren, nên ISO 4042 quy định lớp phủ phải nằm trong dung sai ren — chi tiết ở bài lớp phủ và dung sai ren. Với bulong cấp bền cao, ISO 4042 còn ràng buộc yêu cầu khử giòn hydro sau khi mạ.
Lớp kẽm dày và nhám, ma sát cao và phân tán rộng hơn — thường rơi vào nhóm C hoặc D nếu không xử lý. Vì thế nhiều nhà sản xuất phủ thêm sáp hoặc chất bôi trơn lên đai ốc nhúng nóng để kéo μ về dải ổn định. ISO 10684 cũng quy định đai ốc phải được taro lớn hơn (oversize) sau khi mạ để bù chiều dày kẽm, nghĩa là bộ đôi nhúng nóng không lắp lẫn với bulong mạ điện phân.
Lớp phủ dạng vảy kẽm – nhôm trong nền hữu cơ, thường có lớp phủ trên tích hợp chất bôi trơn. Ưu điểm với người tính toán: nhà sản xuất công bố được dải μ hẹp và ổn định, thường quanh 0,09–0,14, nên siết bằng mô men chính xác hơn hẳn. Ngoài ra quy trình không dùng điện phân nên không đưa hydro vào thép — lựa chọn hợp lý cho bulong cấp 10.9 trở lên.
Đây là trường hợp xấu nhất cho việc siết bằng mô men: ma sát cao, phân tán rộng, và có thêm cơ chế kẹt ren (galling) làm mô men đọc được tăng vọt mà lực kẹp không tăng tương ứng. Người thợ thấy cần lực kêu tách nên tin là đã đủ lực, trong khi thực tế bulong chỉ đang mài ren.
Tóm lại: mô men siết là đại lượng dễ đo nhưng liên hệ yếu với thứ ta thực sự cần. Ma sát là cầu nối giữa hai đại lượng, và cầu ấy lung lay. Kiểm soát ma sát — hoặc bỏ qua nó bằng cách đổi phương pháp siết — là bước nâng chất lượng mối ghép rẻ nhất mà một nhà máy có thể làm.
Không nên dùng chung một giá trị. Thép đen khô thường rơi vào nhóm ma sát C (0,14–0,24) còn mạ kẽm điện phân rơi vào nhóm B (0,08–0,16) theo VDI 2230. Cùng một mô men, bulong mạ kẽm sẽ đạt lực kẹp cao hơn. Nếu bảng tra được lập cho ma sát 0,14 thì nó gần đúng với thép đen và hơi thấp lực với hàng mạ kẽm bôi trơn tốt.
Vì hai lý do cộng lại. Thứ nhất, inox A2/A4 có giới hạn chảy thấp hơn thép 8.8 nên mô men cho phép nhỏ hơn — phải tra ISO 3506-1 chứ không dùng bảng của ISO 898-1. Thứ hai, kẹt ren làm mô men tăng vọt vì ma sát chứ không vì lực kẹp, cần lực báo đủ trong khi bulong đang bị xoắn tới đứt.
Chỉ khi bạn đồng thời giảm mô men. Bôi trơn kéo hệ số ma sát xuống nhóm A (0,04–0,10), giữ nguyên mô men sẽ làm lực kẹp vượt xa mục tiêu, có trường hợp vượt cả tải thử. Nếu quy trình yêu cầu bôi trơn thì mô men phải tính lại theo hệ số ma sát của chính chất bôi trơn đó, và giá trị ấy phải ghi trên bản vẽ.
Theo ISO 16047: bắt bulong qua một cảm biến lực (load cell) đo lực kẹp đồng thời với cảm biến mô men, rồi giải ngược công thức để ra hệ số ma sát ren và ma sát mặt tựa. Phép đo phải làm trên đúng bộ đôi bulong – đai ốc – vòng đệm và đúng lớp phủ sẽ dùng, vì mỗi tổ hợp cho một kết quả khác.