برشام

تتكون المسامير الصلبة ببساطة من ساق ورأس يتم تشكيلهما باستخدام مطرقة أو مسدس مسامير . كما يمكن استخدام أداة ضغط أو تثبيت المسامير لتشكيل هذا النوع من المسامير. تُستخدم هذه الأداة بشكل أساسي مع المسامير القريبة من حافة المادة المراد تثبيتها، نظرًا لأن عمق إطارها يحد من قدرتها على العمل. لا تتطلب أداة ضغط المسامير شخصين، وهي عمومًا الطريقة الأكثر أمانًا لتركيب المسامير الصلبة.

تُستخدم المسامير الصلبة في التطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية وأمانًا فائقًا. ومن أبرز استخداماتها الأجزاء الهيكلية للطائرات ، حيث تُستخدم مئات الآلاف منها لتجميع هيكل الطائرة الحديثة. وتأتي هذه المسامير برؤوس مستديرة (عالمية) أو غاطسة بزاوية 100 درجة . وتشمل المواد الشائعة المستخدمة في صناعة مسامير الطائرات سبائك الألومنيوم (2017، 2024، 2117، 7050، 5056، 55000، V-65)، والتيتانيوم ، وسبائك النيكل (مثل مونيل ). بعض مسامير سبائك الألومنيوم شديدة الصلابة بحيث يصعب تثبيتها، لذا يجب تليينها بالمعالجة الحرارية ( التصليد بالترسيب ) قبل تثبيتها. أما مسامير سبائك الألومنيوم "المجمدة" فتتصلب مع مرور الوقت، ولذا يجب تلدينها وحفظها في درجات حرارة تحت الصفر (ومن هنا جاءت تسميتها "المجمدة") لإبطاء عملية التصلب. يمكن العثور على المسامير الفولاذية في الهياكل الثابتة مثل الجسور والرافعات وهياكل المباني .

يتطلب تركيب هذه المثبتات الوصول إلى جانبي الهيكل. تُثبّت المسامير الصلبة باستخدام أداة ضغط تعمل هيدروليكيًا أو هوائيًا أو كهرومغناطيسيًا ، أو حتى مطرقة يدوية . أما التطبيقات التي لا يمكن الوصول فيها إلا إلى جانب واحد، فتتطلب مسامير "عمياء".

كما يستخدم بعض الحرفيين المسامير الصلبة في صناعة النسخ الحديثة من الدروع والمجوهرات والأزياء المعدنية التي تعود إلى العصور الوسطى .

المسامير شبه الأنبوبية (المعروفة أيضًا بالمسامير الأنبوبية) تشبه المسامير الصلبة، إلا أنها تحتوي على ثقب جزئي (مقابل الرأس) في طرفها. يهدف هذا الثقب إلى تقليل القوة اللازمة للتثبيت عن طريق لف الجزء الأنبوبي للخارج. تبلغ القوة اللازمة لتثبيت مسمار شبه أنبوبي حوالي ربع القوة اللازمة لتثبيت مسمار صلب. يُفضل استخدام المسامير الأنبوبية أحيانًا في نقاط الارتكاز (المفاصل التي تتطلب حركة) لأن انتفاخ المسمار يقتصر على الذيل. تتراوح أنواع المعدات المستخدمة لتثبيت المسامير شبه الأنبوبية من أدوات النماذج الأولية إلى الأنظمة الآلية بالكامل. تشمل أدوات التثبيت الشائعة (من الأقل سعرًا إلى الأعلى): التثبيت اليدوي، والضغط اليدوي، والضغط الهوائي، والضغط بالقدم، والتثبيت بالصدم، وأخيرًا الروبوتات التي يتم التحكم فيها بواسطة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). أكثر الآلات شيوعًا هي آلة تثبيت المسامير بالصدم، وتُستخدم المسامير شبه الأنبوبية بكثرة في الإضاءة، والفرامل، والسلالم، والروابط، وقنوات التكييف والتهوية، والمنتجات الميكانيكية، والإلكترونيات. تتوفر هذه المسامير بأقطار تتراوح من 1.6 مم  إلى 9.5  مم (وتُعتبر الأحجام الأخرى خاصة جدًا)، ويصل طولها إلى  203  مم. تتوفر مجموعة واسعة من المواد والطلاءات، وأكثر المعادن الأساسية شيوعًا هي الفولاذ، والنحاس الأصفر، والنحاس، والفولاذ المقاوم للصدأ، والألومنيوم، وأكثر الطلاءات شيوعًا هي الزنك، والنيكل، والنحاس الأصفر، والقصدير. عادةً ما تُشمع المسامير الأنبوبية لتسهيل عملية التركيب. يحتوي المسمار الأنبوبي المُركّب على رأس من جهة، وثقب أعمى ضحل مكشوف من الجهة الأخرى.

المسامير العمياء، والمعروفة باسم مسامير "بوب" (POP هو الاسم التجاري للشركة المصنعة الأصلية، والتي تملكها الآن شركة ستانلي إنجينيرد فاستنينج، وهي قسم من شركة ستانلي بلاك آند ديكر )، هي مسامير أنبوبية الشكل مزودة بقضيب يشبه المسمار يمر عبر مركزها، ويحتوي على منطقة "مُقَصَّرة" أو ضعيفة بالقرب من الرأس. يتم إدخال مجموعة المسامير في ثقب محفور في الأجزاء المراد وصلها، وتُستخدم أداة مصممة خصيصًا لسحب القضيب عبر المسمار. تعمل قوة الضغط بين رأس القضيب والأداة على توسيع قطر الأنبوب على طوله، مما يؤدي إلى تثبيت الصفائح المراد ربطها إذا كان الثقب بالحجم المناسب. كما يعمل رأس القضيب على توسيع الطرف الأعمى للمسمار إلى قطر أكبر من قطر الثقب المحفور، مما يؤدي إلى ضغط الصفائح المثبتة بين رأس المسمار ورأس القضيب. عند بلوغ شد محدد مسبقًا، ينكسر القضيب عند منطقة التضييق. في المسامير الأنبوبية المفتوحة، قد يبقى رأس المندريل مغروسًا في الجزء المتمدد من المسمار أو لا، وقد ينفصل لاحقًا. أما المسامير الأنبوبية المغلقة، وهي أغلى ثمنًا، فتُصنع حول المندريل بحيث يبقى رأس المندريل دائمًا داخل الطرف المغلق بعد التركيب. ويمكن تركيب مسامير "الضغط" بالكامل مع إمكانية الوصول إلى جانب واحد فقط من القطعة أو الهيكل. ^{[ 4 ]}

قبل اختراع المسامير العمياء، كان تركيب المسمار يتطلب عادةً الوصول إلى جانبي القطعة: مطرقة مسامير من جهة وقضيب تثبيت من الجهة الأخرى. في عام ١٩١٦، قدّم هاميلتون نيل وايلي، وهو ضابط احتياط في البحرية الملكية ومهندس، طلب براءة اختراع لـ"وسيلة محسّنة لإغلاق المسامير الأنبوبية" (مُنحت في مايو ١٩١٧). ^{[ ٥ ]} في عام ١٩٢٢، انضم وايلي إلى شركة أرمسترونغ-ويتورث المحدودة ، وهي شركة بريطانية لتصنيع الطائرات، لتقديم المشورة بشأن تقنيات البناء المعدني؛ وهناك واصل تطوير تصميمه للمسمار، وحصل على براءة اختراع أخرى في عام ١٩٢٧ ^{[ ٦ ]} تضمنت مغزلًا قابلًا للسحب، مما سمح باستخدام المسمار بشكل أعمى . بحلول عام ١٩٢٨، أنتجت شركة جورج تاكر للحلقات المعدنية، في برمنغهام، إنجلترا، ^{[ ٧ ]} مسمارًا "كأسيًا" بناءً على هذا التصميم. تطلّب الأمر استخدام قالب GKN منفصل وجسم البرشام، حيث كان يتم تجميعهما يدويًا قبل استخدامهما في بناء طائرة سيسكين 3. وبالتعاون مع شركة أرمسترونغ-ويتورث، قامت شركة جيو تاكر بتعديل تصميم البرشام لإنتاج وحدة متكاملة تضم القالب والبرشام. ^{[ 8 ]} لاحقًا، طُوّر هذا المنتج من الألومنيوم وسُجّل كعلامة تجارية باسم برشام "POP". أنتجت شركة يونايتد شو ماشينري هذا التصميم في الولايات المتحدة، بينما كان مخترعون مثل كارل تشيري ولو هوك يجربون تقنيات أخرى لتوسيع البرشام الصلب.

تتوفر هذه المسامير برؤوس مسطحة، ورؤوس غاطسة، ورؤوس مستوية معدلة، بأقطار قياسية تبلغ 1/8 ، و 5 / 32 ، و 3 / 16 بوصة (3.2، 4.0، و4.8 مم) . تُصنع المسامير العمياء من سبائك الألومنيوم اللينة، والفولاذ (بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ)، والنحاس، ومونيل .   

وهناك أيضًاالمسامير العمياء الهيكلية ، المصممة لتحمل أحمال القص والشد. ^{[ 9 ]}

يتم تصنيع جسم البرشام عادةً باستخدام إحدى الطرق الثلاث التالية: السلك (الطريقة الأكثر شيوعًا)، والأنبوب (شائع في الأطوال الأطول، وعادةً ما يكون أقل قوة من السلك)، والصفائح (الأقل شيوعًا والأضعف بشكل عام).

تتوفر مجموعة واسعة من المسامير العمياء المتخصصة المناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية أو التطبيقات البلاستيكية. تشمل الأنواع الشائعة ما يلي:

• مسمار ثلاثي الطي: مسمار ينقسم إلى ثلاثة أجزاء متساوية مثل مسمار التثبيت . يُستخدم عادةً في المواد البلاستيكية اللينة حيث تكون هناك حاجة إلى مساحة واسعة على السطح الخلفي. يُستخدم في التصميمات الداخلية للسيارات والأسوار المصنوعة من الفينيل.
• البرشام الهيكلي (أ): برشام هيكلي خارجي مُثبَّت ميكانيكيًا، يُستخدم حيثما تكون الوصلة المقاومة للماء والاهتزازات ذات أهمية. يُستخدم عادةً في تصنيع أو إصلاح هياكل الشاحنات. يتطلب تركيب هذا البرشام قطعة أنفية خاصة.
• البرشام الهيكلي (ب): برشام هيكلي داخلي مُقفل ميكانيكيًا يُستخدم حيث يكون من المهم الحصول على وصلة مانعة لتسرب الماء ومقاومة للاهتزاز. يُستخدم عادةً في تصنيع أو إصلاح هياكل الشاحنات

يمكن استخدام المسامير الهيكلية العمياء ذات القفل الداخلي والخارجي في تطبيقات الطائرات، لأنها، على عكس أنواع المسامير العمياء الأخرى، لا يمكن أن تسقط أجزاؤها المثبتة، كما أنها مانعة لتسرب الماء. وبما أن الجزء المثبت في مكانه، فإن قدرتها على تحمل أحمال القص تضاهي أو تفوق قدرة المسامير الصلبة، ويمكن استخدامها كبديل لها في جميع هياكل الطائرات باستثناء تلك المعرضة لأشد أنواع الإجهاد.

تتطلب عملية التجميع التقليدية من المشغل تثبيت البرشام يدويًا في مقدمة الأداة ثم تشغيلها. مع ذلك، شهدت أنظمة التثبيت الآلي رواجًا كبيرًا في السنوات الأخيرة سعيًا لخفض تكاليف التجميع وتقليل الأعطال المتكررة. تتراوح تكلفة هذه الأدوات بين 1500 دولار أمريكي للأنظمة الهوائية ذاتية التغذية و50000 دولار أمريكي للأنظمة الروبوتية بالكامل.

على الرغم من شيوع استخدام المسامير العمياء الهيكلية التي تستخدم قالبًا مقفلًا، إلا أن هناك تطبيقات في صناعة الطائرات تستخدم أيضًا مسامير عمياء "غير هيكلية"، حيث تُستخدم قوة المسمار المخفضة، ولكن التي لا تزال قابلة للتنبؤ، بدون القالب كقوة تصميم. تعتمد إحدى الطرق التي شاع استخدامها بفضل كريس هاينتز من شركة زينيث للطائرات على استخدام مسمار مسطح الرأس (غاطس) يتم سحبه داخل قطعة أنفية مصنعة خصيصًا لتشكيله إلى مسمار برأس مستدير، مما يقلل بشكل كبير من التباين المتأصل في حجم الثقوب الموجود في صناعة الطائرات غير الاحترافية. تستخدم الطائرات المصممة بهذه المسامير قيم قوة المسمار المقاسة بدون القالب. ^{[ 10 ]}

تتشابه مسامير أوسكار مع المسامير العمياء في الشكل والتركيب، لكنها تحتوي على شقوق (عادةً ثلاثة) على طول العمود المجوف. تتسبب هذه الشقوق في انثناء العمود وتوسعه (على غرار أجنحة صامولة مسمار التثبيت) عند سحب المندريل داخل المسمار. يوفر هذا التوسع (أو الحافة) سطح ارتكاز واسعًا يقلل من احتمالية انفصال المسمار. يُعد هذا التصميم مثاليًا للتطبيقات ذات الاهتزازات العالية حيث يصعب الوصول إلى السطح الخلفي.

يُعدّ البرشام الأولمبي أحد أنواع برشام أوسكار، حيث يستخدم قالبًا من الألومنيوم يُسحب داخل رأس البرشام. بعد التركيب، يُزال رأس البرشام والقالب ليصبحا مستويين مع السطح، مما يُعطي مظهرًا يُشبه إلى حد كبير البرشام ذي الرأس الملحوم. تُستخدم هذه البرشام في إصلاح مقطورات إيرستريم لمحاكاة مظهر البرشام الأصلي.

البرشام الضاغط هو نوع من البرشام المخفي، يتميز برأس قصير بارز يُدقّ بالمطرقة لتوسيع طرفه المُدخل في الثقب. يُستخدم هذا النوع عادةً لتثبيت الألواح الخشبية، إذ لا يتطلب حفر ثقب كامل في اللوح، مما يُضفي مظهرًا جماليًا. كما يُمكن استخدامه مع البلاستيك والمعادن وغيرها من المواد، ولا يتطلب أي أدوات تثبيت خاصة سوى المطرقة، وربما قطعة داعمة (من الفولاذ أو أي مادة كثيفة أخرى) توضع خلف البرشام أثناء دقّه. يتميز البرشام الضاغط بقوة تثبيت أقل من معظم أنواع البرشام الأخرى. أما براغي التثبيت، والتي قد تُسمى أيضًا بالبرشام الضاغط، فتُستخدم عادةً لتثبيت لوحات الأسماء في الثقوب المغلقة. وتتميز هذه البراغي عادةً بخيوط حلزونية تُمسك بجوانب الثقب. ^{[ 11 ]}

تشبه هذه البراغي براغي التمدد، إلا أن عمودها ينكسر تحت السطح عند بلوغ الشد مستوىً كافياً. وقد يكون طرفها المغلق إما غائراً (مستوياً) أو على شكل قبة.

كان مسمار تشيري ذو القفل الاحتكاكي أحد الأشكال المبكرة للمسامير العمياء، وكان أولها استخدامًا واسع النطاق في صناعة الطائرات وإصلاحها. في الأصل، كان هذا النوع متوفرًا بنمطين: نوع ذو ساق مجوفة يُسحب من خلاله، ونوع ذاتي السد. لم يعد النوع ذو الساق المجوفة شائعًا، بينما لا يزال مسمار تشيري ذو القفل الاحتكاكي ذاتي السد يُستخدم في إصلاح الطائرات الخفيفة.

تتوفر مسامير التثبيت الاحتكاكية من نوع Cherry بنوعين من الرؤوس: رأس عالمي ورأس غاطس بزاوية 100 درجة. كما أنها تُورَّد عادةً بثلاثة أقطار قياسية: 1/8 بوصة ، 5/32 بوصة ، و 3 / 16 بوصة (3.2، 4.0، و4.8 مم) .   

لا يمكن استبدال مسمار التثبيت ذي الساق الصلبة بمسمار تثبيت ذي قفل احتكاكي بنفس المقاس. عند استخدام مسمار تثبيت ذي قفل احتكاكي لاستبدال مسمار تثبيت ذي ساق صلبة، يجب أن يكون قطره أكبر بمقاس واحد على الأقل، لأن مسمار التثبيت ذي القفل الاحتكاكي يفقد جزءًا كبيرًا من قوته إذا سقط ساقه المركزي نتيجة للاهتزازات أو التلف.

التثبيت الذاتي بالمسامير (SPR) هو عملية ربط مادتين أو أكثر باستخدام مسمار مصمم هندسيًا. ^{[ 12 ]} على عكس المسامير الصلبة والمغلقة وشبه الأنبوبية، لا تتطلب المسامير ذاتية الثقب ثقبًا محفورًا أو مثقوبًا. ^{[ 13 ]}

تُصنع مسامير التثبيت السطحي (SPRs) بالتشكيل على البارد على شكل نصف أنبوبي، وتحتوي على ثقب جزئي في الطرف المقابل لرأسها. يتميز طرف المسمار ببروز مشطوف يساعده على اختراق المواد المراد وصلها. يقوم جهاز تثبيت مسامير هيدروليكي أو كهربائي بدفع المسمار داخل المادة، بينما يوفر قالب التشكيل تجويفًا لتدفق مادة الصفيحة السفلية المزاحة. يمكن الاطلاع على وصف عملية التثبيت السطحي هنا: عملية التثبيت السطحي .

يخترق البرشام ذاتي الثقب مادة الصفيحة العلوية بالكامل، بينما يخترق الصفيحة السفلية جزئيًا فقط. ولأن طرف البرشام لا يخترق الصفيحة السفلية، فإنه يوفر وصلة محكمة الإغلاق ضد الماء أو الغاز. وبفعل قالب التشكيل، يتسع طرف البرشام ويتشابك مع الصفيحة السفلية مكونًا زرًا منخفض الارتفاع.

يجب أن تكون المسامير أكثر صلابة من المواد المراد وصلها. ^{[ 14 ]} تُعالج حراريًا لتصل إلى مستويات صلابة متفاوتة تبعًا لمرونة وصلابة المادة. تتوفر المسامير بأقطار وأطوال مختلفة حسب المواد المراد وصلها؛ وتكون رؤوسها إما غائرة أو مسطحة.

بحسب تصميم آلة تثبيت المسامير، سواءً كانت هيدروليكية أو مؤازرة أو ذات شوط أو بمسافة بين رأس المسمار والقالب أو بنظام التغذية، قد تصل مدة الدورة إلى ثانية واحدة. تُغذى المسامير عادةً إلى رأس آلة التثبيت من شريط، وتأتي على شكل علب أو بكرات للإنتاج المستمر.

يمكن أن تكون أنظمة التثبيت يدوية أو آلية حسب متطلبات التطبيق؛ جميع الأنظمة تتمتع بمرونة عالية من حيث تصميم المنتج وسهولة دمجها في عملية التصنيع.

تجمع تقنية SPR مجموعة متنوعة من المواد المختلفة مثل الفولاذ والألومنيوم والبلاستيك والمواد المركبة والمواد المطلية مسبقًا. ^{[ 15 ] [ 16 ]} تشمل مزاياها انخفاض استهلاك الطاقة، وانعدام الحرارة والأبخرة والشرر والنفايات، وجودة عالية قابلة للتكرار.

تُستخدم المسامير الضاغطة عادةً لأغراض وظيفية أو تزيينية في الملابس والإكسسوارات وغيرها. تتكون من نصفين، ذكر وأنثى، يُضغطان معًا عبر فتحة في المادة. تتميز المسامير ذات الغطاء المزدوج بأغطية جمالية على كلا الجانبين. أما المسامير ذات الغطاء المفرد، فلها غطاء على جانب واحد فقط، بينما يكون الجانب الآخر منخفضًا مع وجود فتحة ظاهرة. تُستخدم مسامير أدوات المائدة عادةً لتثبيت مقابض شفرات السكاكين وغيرها من الأدوات.