Изготовление высокопрочного крепежа: применение и классы прочности усиленных болтов, винтов, шпилек, гаек и шайб

Компания НПО «Инжиниринг» занимается изготовлением высокопрочного крепежа под заказ. Производство болтов, гаек, шпилек и других может быть выполнено двумя путями: по предоставленным чертежам или по детали-образцу с согласованными требованиями и характеристиками. НПО производит крепеж независимо от его сложности, диаметра и стандарта. Наши специалисты оговаривают с Заказчиком каждый этап производства, составляют оптимальный технологический процесс, производят максимальный фронт работ, который обеспечит точное соответствие заказываемых изделий полученному ТЗ.

Создание долговечной выносливой техники невозможно без особо прочного крепежа. К примеру, современные автомобили бытового использования, трактора, комбайны да и любая другая техника часто не выдерживает даже гарантийного срока эксплуатации из-за крепежных деталей низкой прочности. Но ситуация постепенно налаживается не только за счет импорта высокопрочного крепежа, но и из-за того, что многие компании налаживают выпуск высокопрочного крепежа по российским и европейским стандартам.

Машиностроительный крепеж изготавливается под различное назначение и выполняет самые разные задачи: от простого формирования целостности конструкции до восприятия основной несущей силовой нагрузки на сборку. В зависимости от назначения и сферы применения метизы изготавливают различных классов прочности, это подразумевает использование:

• разных марок сталей и сплавов;
• различные размеры крепежа;
• пошаговое выполнение определенных технологических процедур.

Почему такие различия? Потому что с одной стороны нет надобности использовать высокопрочные болты для крепления козырька на даче, а с другой – недопустимо использовать болты низкого класса прочности в ответственных конструкциях башенных или козловых кранов – для этого применяются исключительно высокопрочные болты, изготовленные по ГОСТ 7817-70. Отсюда пошло и народное название такого крепежа: "крановые болты". Желание сэкономить и использовать обычные болты подешевле, или "крановые болты", но изготовленные из низкопрочных сталей, приводит к необратимым последствиям.

Отличие высокопрочного крепежа

Главное отличие высокопрочных изделий от крепежа общего назначения заключается в особых физико-механических свойствах, которые дают возможность метизам воспринимать более тяжелые нагрузки: болт высокого класса прочности 12.9 разорвется при нагрузке 1200 Н/мм², а аналогичный по диаметру, но более низкого класса 4.8 – при 420 Н/мм², то есть при нагрузке в 2.7 раза меньшей.

Помимо повышенной стойкости к нагрузкам, крепеж высокого класса прочности дает ряд преимуществ:

• использование шпилек меньшего диаметра приводит к уменьшению размера монтажных отверстий, и повышение суммарной прочности металлоконструкций. Помимо этого, замена обычных метизов на более прочные позволяет сократить количество точек крепления, снизив тем самым затраты на крепеж; снижение расхода металла изделий и конструкций, при сохранении надежности крепежных узлов. Это достигается путем использования меньших по размеру винтов, но рассчитанных на более высокие нагрузки;
• возможность применения техники в различных климатических условиях. Высокопрочные болты северного исполнения могут эксплуатироваться в условиях сурового климата до -60°С (маркировка «ХЛ») или средних холодных температур до -40°С (маркировка «У»);
• возможность применения в конструкциях, эксплуатируемых в слабо-, средне-, сильноагрессивных средах с использованием защитных металлических или лакокрасочных покрытий;
• способность воспринимать постоянные, переменные и другие виды нагрузок (подвижные, вибрационные, динамические, сейсмические); создание сдвигоустойчивых соединений. В обычном болтовом соединении при нагрузке на сдвиг происходит смещение соединяемых элементов, равное величине зазора между шпилькой и стенкой отверстия. Высокопрочный болткомплект позволяет стянуть элементы с большим усилием, благодаря чему между ними возникает трение, исключающее сдвиг. Такое соединение называется фрикционным.

Классы прочности высокопрочного крепежа

Крепеж производятся из различных углеродистых сталей, а разным сталям соответствуют разные классы прочности. Однако иногда из одной и той же стали можно изготовить болты различных классов прочности, используя при этом соответствующие способы обработки заготовки или дополнительную термическую обработку (закалку).

Например, из Стали 35 можно изготовить болты нескольких классов прочности:

• 5.6 - если изготовить болты методом точения на токарном и фрезерном станке;
• 6.6 и 6.8 - получатся при изготовлении болтов методом объёмной штамповки на высадочном прессе;
• 8.8 - если полученные перечисленными способами болты подвергнуть термической обработке - закалке.

Класс прочности для болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей обозначают двумя цифрами через точку, он содержит 11 классов прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9

Первая цифра маркировки болта обозначает 0,01 часть номинального временного сопротивления – это предел прочности на растяжение, измеряется в МПа или Н/мм². Также эта цифра обозначает ≈ 0,1 часть номинального временного сопротивления, если измеряется предел прочности на растяжение в кгс/мм².

Пример 1: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел прочности на растяжение

5/0,01=500 МПа (или 500 Н/мм²; или ≈50 кгс/мм²)

Вторая цифра маркировки обозначает 0,1 часть отношения предела текучести (напряжения, при котором уже начинается пластическая деформация) к номинальному временному сопротивлению (пределу прочности на растяжение). Таким образом для шпильки класса прочности 10.9 второе число означает, что у шпильки, относящейся к этому классу, минимальный предел текучести будет равен 90% от значения предела прочности на растяжение, то есть будет равен: (10/0,01)×(9×0,1)=1000×0,9=900 МПа (или Н/мм²; или ≈90 кгс/мм²).

Пример 2: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел текучести

500х0,8=400 МПа (или 400 Н/мм²; или ≈40 кгс/мм²)

Значение предела текучести – это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, винта или шпильки, при превышении которой происходит невосстанавливаемая деформация. При расчетах нагрузки на болты, винты или шпильки используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, то есть, с двукратным или трехкратным запасом прочности соответственно.

Классы прочности и марки сталей для болтов, винтов и шпилек

Примечания:
* применительно к номинальным диаметрам до 16 мм.
** применительно к номинальным диаметрам больше,чем 16 мм.

В таблице приведены самые распространенные в производстве и рекомендованные марки сталей. Но компания НПО «Инжиниринг» использует в работе и другие стали и сплавы, если их применение продиктовано дополнительными требованиями к крепежу на чертежах Заказчика.

Существуют специальные стандарты на высокопрочные болты узкоотраслевого применения, имеющие свою градацию прочности. Например, стандарты на высокопрочные болты с увеличенным размером "под ключ", применяемые в мостостроении. В гаражных условиях и на производстве их называют "мостовые болты": ГОСТ 22353-77.

Прочность болтов согласно этим стандартам обозначается значением временного сопротивления на разрыв (границы прочности) в кгс/см²: то есть, 110, 95, 75 и т.д.

Такие болты могут производиться в двух исполнениях:

Исполнение У – для климатических областей с максимально низкой температурой до -400С - буква У не обозначается в маркировке

Исполнение ХЛ – для климатических областей с максимально низкой температурой от -400С до -650С – обозначается в маркировке на головке болта после класса прочности.

В производстве высокопрочных болтов по данным стандартам используются также стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА. Применением указанных сталей позволяет добиться еще более высокой прочности.

Перед внедрением высокопрочного крепежа в той или иной проект необходимо произвести точный расчет болтовых соединений с учетом силовой нагрузки и их прочностных характеристик. Справиться со всеми этими задачами вам поможет компания НПО «Инжиниринг» вместе со своими высококвалифицированными сотрудниками.

В отечественной промышленности объем использования высокопрочных крепежных изделий меньше, чем в развитых зарубежных странах. Это связано с отсутствием достаточной информации о преимуществах и эффективности их применения, а также технической литературы и справочных данных для их практического использования.

Критерии отбора крепежа высокой прочности

На что стоит обратить внимание при проектировании конструкций:

• крепежная продукция должна быть равна или превышать по прочности материал основной конструкции;
• замену одних деталей крепления на другие вправе производить только специалист после проведения соответствующих расчетов.
• несущая способность крепежа должна соответствовать поставленной задаче, а антикоррозийная защита – соответствовать эксплуатационным условиям;
• при проектировании необходимо учитывать совместимость металла конструкции и метиза во избежание гальванической коррозии в местах соединения;
• не стоит приобретать высокопрочные метизы у поставщиков с сомнительной репутацией;
• перед покупкой желательно провести визуальный контроль для выявления возможных дефектов.

Применение высокопрочного крепежа

Высокопрочный крепеж получил широкое применение в различных сферах машиностроения и строительства:

• строительные металлоконструкции;
• строительная техника: экскаваторы, бульдозеры, краны;
• сельскохозяйственная техника и грузовой транспорт: трактора, тягачи, прицепы;
• промышленное и энергетическое оборудование: станки, генераторы, турбины, насосы.

Стяжку болтами применяют для изделий, испытывающих постоянные динамические и сдвиговые нагрузки. Из наиболее показательных частных случаев можно выделить железнодорожные мосты и тяжелое крановое оборудование.

Кроме строительной сферы, преимущества высокопрочного крепежа оценили и при сборке тяжелонагруженного ответственного оборудования атомных электростанций. Там предпочтение отдают в большей мере шпилечным соединениям. Они лучше проявляют себя при работе на фланцах под влиянием повышенных температур.

Высокопрочные болты, шпильки, винты – это особый вид метизов, на которые возлагается большая ответственность за надежность и долговечность автомобилей, станков, грузоподъемной техники, мостов, эстакад, портовых сооружений, спортивных арен, других масштабных строительных объектов. А технология изготовления высокопрочного крепежа – это очень тонкая процедура, невыполнение которой приводит к выпуску брака. Например, одним из самых неустойчивых областей болтов является переход резьбы в шляпку. При некачественном производстве в этом месте сразу же появляются трещины и сколы.

В НПО «Инжиниринг» вы можете заказать изготовление крепежа любой сложности. Компании обладает современным и высокоточным оборудованием высокого класса и профессиональным коллективом, которые выполнят техническое задание Заказчика на высоком уровне в самые кратчайшие сроки. Обращаясь в нашу компанию, можно быть гарантированно уверенными, что любая работа будет выполнена так, как это требуют ГОСТы и стандарты.