Виды прогрессивного крепежа

Прогрессивными принято называть крепежные детали, имеющие по сравнению с обычными соединительными элементами дополнительные функциональные качества. В частности, они могут высверлить для себя гнездо и накатать в нем витки резьбы, самостопориться, то есть надежно фиксироваться без использования дополнительных элементов и т.д. Их использование обеспечивает снижение уровня трудоемкости сборочных работ, а также последующего техобслуживания. Еще одним плюсом такого подхода является высокая надежность сформированного соединения за счет повышенной прочности прогрессивного крепежа.

Функции

Перечень основных функций крепежных деталей рассматриваемого вида включает следующие позиции:

скрепление компонентов конструкции и сборочных единиц;
создание усилия затягивания и его сохранение в требуемом диапазоне в ходе эксплуатации узла.

Но весомый вклад в факт востребованности прогрессивного крепежа вносят дополнительные функции. Они продуцируют новые свойства, за счет которых появляется возможность успешно решать множество актуальных задач. Эти дополнительные функции с достаточной степенью условности формируют такие 3 группы:

технологические. Позволяют в ходе сборочных работ:

отбортовать монтажное отверстие и сформировать в нем резьбовую спираль;
удалить при ввинчивании частицы материала основания, образовавшиеся в ходе нарезки витков;
осуществить зачистку опорной поверхности;
обеспечить достаточную герметизацию соединения;

сборочные. Способствуют:

надежной передаче момента вращающего усилия;
удобству проникновения в отверстие;
плотному перекрытие гнезда;
осуществлению монтажа, когда доступ возможен только с одной стороны;
не выпадению крепежных элементов в ходе разборки конструкции;

конструкционные. Обеспечивают:

создание напряжения оптимального уровня на сопрягаемых поверхностях;
отсутствие необходимости использования вспомогательных деталей;
стопорение соединения.

Разновидности прогрессивного крепежа

В различных отраслях машиностроительного комплекса сегодня используется много видов прогрессивного крепежа. Рассмотрим из них лишь наиболее популярные.

Фланцевые соединительные детали

Во начале второй половины ХХ века в сфере крепежа произошло знаковое событие: шайбы были соединены с гайками и шляпками болтов. Выбор диаметра фланцев примерно равным этому показателю обычных шайб, был сделан не случайно. Разработчики основывались на доказанном факте, что оптимальный диапазон контактных напряжений под головками стержневых соединительных элементов, характеризующихся классом прочности 8.8, – от 170 МПа до 180 МПа.

Для реализации соединений:

стало требоваться меньшее количество деталей;
понизилась трудоемкость процесса сборки конструкций;
появилась возможность перехода на крепежные элементы, выполненные по нормам более высоких классов прочности, и с уменьшенными размерами.

Нормируется производство фланцевого прогрессивного крепежа на территории нашей страны несколькими стандартами. В частности, на гайки с шестью гранями распространяются положения ГОСТа P 50592-93. А изготовление фланцевых болтов с головкой такой же формы ведется в соответствии с требованиями ГОСТа P 55739-2013. У метизов обоих видов с прочностными характеристиками не ниже класса 8.8, опорная поверхность фланца зачастую выполняется с поднутрением. Такое конструктивное решение способствует улучшению стопорящих качеств.

Для лучшего понимания отличий свойств крепежных деталей разных исполнений рассмотрим диаграмму, на которой представлены контактные напряжения, фиксируемые под шляпками болтов, соответствующих требованиям класса прочности 8.8.

В ходе затягивания скрепления уровень контактных напряжений ω_н под уменьшенной шестигранной шляпкой болтов значительно превышает граничную текучесть материала подлежащих соединению элементов конструкции (на диаграмме – это пунктирные линии). При переходе со стержневых крепежных деталей данного типа с прочностными характеристиками класса 6.8 на изделия класса 8.8, усилие затяжки увеличивается примерно в полтора-три раза. В большинстве случаев это вызывает возникновение местных деформаций на сопрягаемых компонентах. В результате ослабление соединения прогрессирует ускоренными темпами.

Гайки самостопорящиеся

Фиксацию соединения, образованного гайками данного вида, обеспечивают дополнительные силы трения. Возникают они между подвергшимися деформации сегментами резьбы самой гайки либо неметаллического вкладыша и резьбой, накатанной на стержневом крепежном элементе. Деформированный участок предотвращает свободное (без приложения внешнего усилия) раскручивание созданного скрепления.

gayki samostoporyaschiesya.jpg

Данное явление принято называть «преобладающим моментом»:

откручивания после прекращения воздействия усилия затягивания либо
навинчивания гайки на стержень болта до приложения необходимого момента затяжки;

Численное значение этого показателя измеряется в ходе вращения гайки. Для обеспечения надежной фиксации соединения нет необходимости в использовании шплинтов, разнообразных шайб (тарельчатых, одно- и двухвитковых) и т.д. Производство самоконтрящихся гаек с полимерным вкладышем должно вестись отечественными производителями в соответствии с положениями ГОСТа P ИCO 2320-2009.

Существуют подобные метизы с таким же функционалом и цельнометаллические. Их технические характеристики прописаны в стандарте DIN 6925. Увеличение в соединении силы трения обеспечивается определенным искажением резьбы на относительно небольших сегментах посредством операции «обжатия». Выполняться она может:

параллельно либо под некоторым углом по отношению к оси резьбовой накатки со стороны торцевого выступа или обычного плоского торца;
радиально направленной относительно торцевого выступа либо граней.

Для обеспечения гаек функцией самостопорения они оснащаются также пружинными резьбовыми вставками. Например, у таких крепежных деталей, поступающих в продажу под наименованием HelіCoіl® plus Scrеwlоck, имеется виток, обжатый на многогранник либо эллипс. Эти вставки придают зажиму гайки на стержневой резьбе эластичность не в ущерб надежности. Изготавливаться крепежные элементы данного вида могут и с фланцами. Благодаря такой конструкции повышается надежность стопорения, поскольку при отвинчивании для начала передвижения увеличивается необходимое усилие.

Крепежные детали резьбовыдавливающие

Эти элементы прогрессивного крепежа способны выдавливать в ходе сборки резьбовую нить в гладком гнезде и обеспечивать выполнение функции стопорения сформированного соединения. Резьбовыдавливающие винты демонстрируют особую эффективность в отбортованных гнездах в листовых компонентах конструкций. Так, по сравнению с технологией скрепления, предусматривающей предварительное формирование резьбы, прочность соединения возрастает на 20-30 процентов.

Диаметр отверстия, в которое будет устанавливаться винт (обозначение D_о), определяется по формуле

D_о ≈ 1,03×d, где

d – средний диаметр резьбовой накатки на стержне данной крепежной детали.

Для установки в гладкое гнездо используются те же шуруповерты, что и для обычных винтов. Причина такой своего рода унификации монтажного инструмента кроется в отличиях вращающих моментов затягивания резьбового соединения и формообразования резьбы. Второй всегда меньше первого.

Резьбовыдавливающий крепеж в обязательном порядке должен пройти процедуру термической обработки. К ее результату выдвигаются следующие требования:

твердость, определяемая по методике Виккерса, не меньше 450 НV;
минимальная глубина нитроцементации – 0,08-0,28 миллиметров.

Наибольшее распространение получили резьбовыдавливающие детали, на стержне которых имеется метрическая резьба т.н. лобулярной конфигурации (в контексте крепежа это – трехгранная форма). Как выглядит сечение стержня и заходный сегмент не его наконечнике, можно узнать, изучив рисунок.

Литерами на нем обозначены:

D – диаметр описанной вокруг профиля окружности;
С – размер лобулярного сечения стержня. Вычисляется по формуле С = R₁+ R₂, где R₁ – это радиус вершины стержня, а R₂ – обозначение его радиуса основания;
k – параметр, характеризующий степень некруглости профиля. Чем его значение больше, тем момент вращающего усилия формирования резьбы меньше. Здесь имеет место еще один значимый фактор, связанный с некруглостью профиля. Чем больше отклонение его конфигурации от идеального круга, тем площадь поверхности соприкосновения резьбы на стержне винта с нарезкой, проделанной в подлежащем креплению объекте, меньше. Соответственно, и прочность соединения тоже ниже;
D₂ – диаметр резьбы средний;
D₁ – диаметр резьбы внутренний.

Прогрессивный стержневой крепеж со звездообразным шлицем/приводом

Для передачи момента вращающего усилия важное значение имеет площадь контакта рабочего фрагмента инструмента, применяемого для монтажа, и привода соединительной детали. При всех прочих равных условиях шлиц звездообразной конфигурации обладает наибольшим значением этого параметра. Поэтому он, как говорят профессионалы, «зализывается» и приходит в негодность реже, чем углубления иных форм. Но самое главное – это способность звездообразного шлица передавать наибольший момент вращающей силы.

Еще одним несомненным преимуществом крепежа с таким приводом в сравнении с шляпкой с шестью гранями является совокупность следующих факторов (см. рис.):

sterzhnevoy krepezh.jpg

экономия недешевого металла;
снижение массы шляпок;
ощутимое уменьшение размеров создаваемой конструкции, необходимых для того, чтобы разместить шляпку стержневого прогрессивного крепежа и используемого для монтажа инструмента.

На территории нашей страны действуют три Государственных стандарта, касающиеся привода прогрессивного крепежа.

ГОСТ P ИCO 10644-2007. Здесь прописаны размеры и конфигурация звездообразного углубления.
ГОСТ P 52854-2007. Нормами этого стандарта установлены размерные параметры и механические свойства, которыми должны характеризоваться болты со шляпкой звездообразной конфигурации и небольшим фланцем.
ГОСТ P 52855-2007. В данном нормативном документе прописаны требования к болтам тоже со звездообразной шляпкой, но отличающихся наличием в конструкции крупного фланца.

Самонарезающие винты

Данным крепежным деталям присуща высокая степень технологичности работ, связанных с созданием соединения. Это – возможность формирования отверстия непосредственно в ходе операции по сборке конструкции, отсутствует необходимость использовать гайку, а также потребность в нарезке в отверстии резьбы.

При создании проектов отечественным разработчикам нужно руководствоваться положениями следующих стандартов:

ГОСТ P ИCO 1478-93. Устанавливает конструктивные особенности и геометрические размеры резьбовой накатки, и, кроме того, конфигурацию концов стержней самонарезающих винтов;
ГОСТ P ИCO 2702-93. Здесь прописаны требования, выдвигаемые к механическим характеристикам данных крепежных деталей.

Надежное соединение листовых элементов конструкций посредством самонарезающих винтов предполагает корректное определение диаметра монтажных отверстий. Этот показатель является величиной производной от совокупности следующих факторов: марка стали, требуемая глубина отверстия, толщина плиты/листа.

Сегодня соединения реализуются тремя основными вариантами (см. рис.). Кратко рассмотрим их особенности.

Вариант №1. В данном случае соединятся листы толщиной Н, превышающей шаг резьбы (обозначим данный параметр литерой Р). Для этого высверливаются отверстия: в верхней листовой детали диаметром D>d_ндр. (d_ндр. – внешний/наружный диаметр винтовой резьбы); в нижнем листе – с диаметром D<d_ндр.
Вариант №2. Когда Н<(1…2)×Р нужно высверливать отверстие с диаметром, превышающим лишь незначительно внутренний диаметр нарезки на винте.
Вариант№3. Предполагает отбортовку отверстия в нижнем листе. Это решение – одно из самых рациональных. Устойчивость соединения к воздействию нагрузки на вырывание крепежной детали в данном случае возрастает в полтора-почти два раза.

Винты сверлящие

Конец резьбового отрезка винтов данного типа выполнен в виде сверла. Выбирать его диаметр необходимо с учетом суммарной толщины скрепляемых пластин. Соответствующая информация приведена в таблице. Единица измерения – миллиметры.

Резьба	Общая толщина пластин. Max; min	Диаметр отверстия	Диаметр сверла	Внутренний диаметр резьбы
ST6,3	6,0; 2,0	5,9	5,8	4,88
ST5,5	5,2; 1,8	4,9	4,8	4,17
ST4,8	4,4; 1,8	4,2	4,1	3,53
ST4,2	3,0; 1,8	3,7	3,6	3,1
ST3,9	2,4; 0,7	3,2	3,1	2,92
ST3,5	2,2; 0,7;	2,9	2,8	2,64
ST2,9	1,9; 0,7	2,4	2,3	2,18

Вытяжные заклепки

Применяются вытяжные заклепки для создания неразъемного соединения при наличии доступа к скрепляемым деталям только с одной стороны Конструкция крепежного элемента данного типа включает стержень и, собственно, тело.

vytyazhnie zaklepki.jpg

Принцип работы несложен. Метиз вставляется в предварительно высверленное сквозное отверстие в обеих сопрягаемых пластинах. Затем губки пневматического пистолета упираются в поверхность головки и, обжав стержень, протягивают его по полости тела. Это перемещение сопровождается деформированием головкой самого тела, в результате чего скрепляемые листы стягиваются. Когда усилие стягивания достигнет максимума, стержень обламывается и удаляется (см. рис.).

Заключение

Подводя итоги, необходимо отметить, что стоимость прогрессивного крепежа выше, чем традиционного. Данное явление вполне обосновано. Детали этого типа способны выполнять большее количество полезных функций по сравнению обычными соединительными элементами. Отказ от применения устаревшего крепежа упрощает комплектацию необходимой оснасткой рабочих мест специалистов-сборщиков. Кроме того, сокращаются транспортные расходы. Ведь количество деталей, требуемых для реализации надежных скреплений, значительно уменьшается.

Товары каталога:

	Гвоздь винтовой чертеж (ГОСТ) 7811-7070 неполный винт
	Гровер DIN 127
	Заклепка вытяжная комбинированная DIN 7337
	Круги отрезные по металлу
	Анкерный болт с кольцом