Винты и болты резьбовыдавливающие

Известно, что общепринятый способ соединения деталей и узлов, осуществляемый обычными винтами и болтами, имеет определённый недостаток: в отверстии детали требуется предварительно нарезать резьбу, что связано с затратами на резьбонарезной и контрольный инструмент, рабочую силу и прочее. К тому же допуски на стандартную резьбу не позволяют получить при сборочных работах плотного прилегания резьбы винта и отверстия, что нередко приводит к ослаблению соединения при переменных нагрузках на узел. Это обстоятельство способствовало поиску новых технических решений.
В технической литературе, каталогах зарубежных фирм, на выставках время от времени можно увидеть публикации и образцы крепёжных деталей, способных образовывать резьбу в гладком отверстии во время сборки, известных в мире под товарным знаком «Taptite» (Тептайт).

Конструкции резьбообразующих винтов появились в начале прошлого века, когда были выданы первые патенты на соответствующие изобретения в США. Они касались винтов, которые нарезали резьбу по мере ввёртывания в отверстие с отходом металла в стружку. Сейчас такие винты известны как резьбонарезающие или зачистные. Вслед за ними появились патенты на крепёжные детали образующие резьбу в отверстии путем ее выдавливания без образования стружки, т.е. резьбовыдавливающие, о которых и пойдёт речь в настоящей статье.

Это относительно новые детали для отечественного рынка крепежа и пока применяемые недостаточно. Раскатывая резьбу в отверстии, они позволяют не только совместить сборку с получением резьбы в отверстии без её контроля, но и обеспечить стопорение резьбового соединения. Отверстия под резьбовыдавливающие детали можно получать сверлением, пробивкой или при отливке. Эффективно применение резьбовыдавливающих винтов в отбортованных отверстиях листовых деталей, т.к. прочность соединения по сравнению с нарезкой резьбы увеличивается на 20- 30%. Диаметр отверстия под винт делают чуть больше среднего диаметра резьбы (? 1,03 dср). Он зависит от материала и глубины ввинчивания в отверстие. Установка в гладкое отверстие осуществляется теми же винтовёртами, что и обычные винты, т.к. крутящий момент формообразования резьбы всегда меньше момента затяжки резьбового соединения.

Самые выгодные предложения !


Каталог винтов	Каталог болтов

Разработчиком и патентовладельцем данной конструкции и многих других подобных на ее основе, является фирма США «Research Engineering & Manufacturing Inc.», владеющая более 150 патентами в США и других странах мира. Конструкции, технологии и инструмент для их изготовления описаны в патентах США № 3195156 НКИ 10-10, № 3681963 НКИ 72-88, № 3918345 НКИ 85-45 и других.

Наиболее применяемая конструкция резьбовыдавливающих винтов и болтов имеет метрическую (при необходимости – дюймовую) резьбу на стержне «лобулярной» формы, названной, по сложившейся в нашей практике терминологии «трёхгранной». На рис. 1 показано поперечное сечение стержневой части, где
D – диаметр окружности, описывающей профиль, равный номинальному диаметру резьбы и имеющий допуск близкий к полю допуска гайки – 6Н;
C – размер трёхгранного профиля сечения стержня, замеренный по любой произвольной оси, равен сумме радиусов, образующих профиль: C=R1+R2 , где R1 – радиус вершины профиля, R2 – радиус основания профиля;
k – некруглость профиля, характеризующая отклонение профиля от круга (величина затыловки профиля). Большей величине «k» соответствуют меньшие крутящие моменты резьбообразования и наоборот. Чем больше отклонение профиля от круга, тем меньше площадь сцепления резьбы профиля с резьбой сформированной в изделии, что оказывает влияние на прочностные характеристики соединения.
Важным элементом резьбовыдавливающих крепёжных деталей является заходная часть с плавным сбегом резьбы. На рис. 2 приведены сечения основных конструкций, где D1 – внутренний диаметр резьбы, а D2 - средний:
а). Неполный профиль витков резьбы имеет уменьшающуюся высоту резьбовых ниток. Его называют «тип Х» Он наиболее прост в изготовлении, т.к. не требует специального накатного инструмента. Из-за переменной геометрии рабочих вершин на заходной части резьбы, момент резьбообразования выше по отношению к другими формами заходов, но в пределах достаточных для достижения необходимых эксплуатационных характеристик изделий.

б). Полнопрофильный резьбовой контур только в отношении вершин (напоминает элементы конической резьбы). Его называют «тип W». Изготовление требует специального накатного инструмента. Заход обеспечивает меньший момент резьбообразования по отношению к неполному профилю. Это наиболее часто применяемая конструкция.

в). Иной вид заходной части - «Duo-Taptite» («Дуо-Тептайт»), т.е. двойной (патент США № 4040328 НКИ 85-46) создан в целях улучшения стопорящих свойств на основе резьбы «Taptite». Она имеет на резьбовом стержне трех участков: заходного конусного, среднего центрирующего (1,5-2 переходных витка) и основного стопорящего. Заходный участок имеет более выраженную «трехгранность» с наибольшей величиной некруглости «k». На стопорящем участке величина некруглости «k» наименьшая (рис. 3). Преимущество данной конструкции состоит в снижении крутящего момента начального резьбообразования в гладком отверстии и в повышении стопорящих свойств детали. Конструкция сложнее в изготовлении, требует специального накатного инструмента, несколько больше длина и масса стержня детали. В то же время снижение величины «k» на стопорящем участке, увеличивает площадь контакта сопрягаемых деталей в гнезде, что обеспечивает высокие стопорящие свойства.

Резьбовыдавливающие болты и винты названных видов выпускают многие фирмы мира. Американская группа фирм «MRC Industrial Group Inc.» начала производство последнего поколения деталей «Taptite 2000» - «Taptite Trilobular». Фирма «Bulten AB», Швеции выпускает широкую номенклатуру изделий, а «Diing Sen Fasteners Industrial Co. Ltd.», Тайвань - винты М2 – М8 с длиной стержня от 4.5 до 50 мм. из углеродистых и нержавеющих сталей. Некоторые фирмы на основе резьбы «Taptite» разработали свои конструкции для соединения разных материалов и условий эксплуатации. Например, французская «Gobin Daude» создала винты под названием «Trigob» и выпускает их размерами М2-М8 с длинной стержня до 10 диаметров. Нашли распространение резьбовыдавливающие винты с выступами на вершинах резьбового витка на заходном участке стержня, или по всей его длине. Одна из конструкций известна под товарным знаком «Swageform», разработана американской фирмой «Parker Kalon Corp.», патент США № 3643722 НКИ 151-22. Другая конструкция, патент Франции № 2101694 МКИ F16B 25/00, известная под названием «Rolok», выпускается французской фирмой «Simaf». Резьбовой стержень в сечении имеет фигурный профиль с тремя резьбообразующими выступами особой формы по всей длине стержня. Известны резьбовыдавливающие винты с трех-пяти дугообразным профилем на конце резьбового стержня, производимые фирмами США и известные как TR-3, TR-4, TR-5. Необходимо отметить, что производство и применение резьбовыдавливающих крепёжных деталей увеличивается. По данным названной группы компаний «MRS» США крепёжные детали «Taptite» сейчас применяют многие крупные компании во всём мире и в значительных количествах, включая такие фирмы, как Chrysler, Ford Motor Cо, General Motors, Nokia и др. Такие крепёжные детали можно увидеть не только в современных автомобилях, но и в приборах, бытовой технике, игрушках выпускаемых в Америке, Западной Европе, а теперь и в Юго-Восточной Азии. На резьбовыдавливающие крепёжные детали разработаны национальные и международные стандарты, например, SAE 581-09.1997, DIN 7513, DIN EN ISО 887, 7046, 7047, 7048 и др.

Рассмотрим характерные примеры применения резьбовыдавливающего крепежа. На рис. 4 показаны примеры замены креплений фанерных панелей пола в автобусах ЛиАЗ- 5256 вместо специальной точёной заклёпки диаметром 6 мм с гвоздём-сердечником (а) и ПАЗ-3205 вместо болта и гайки М8 с шайбой пружинной (б). Унифицированное соединение производиться винтами резьбовыдавливающими СпМ6х30 с потайной головкой и крестообразным шлицем (в). Применяемость на автобус: 330 и 75 винтов соответственно. До внедрения нового крепежа сборка проводилась следующим образом. На ЛиАЗе один рабочий сверлил отверстие, второй устанавливал заклёпку и молотком забивал в неё сердечник для раскрытия конца. Соединение неплотное, трудно разбирается. На ПАЗе первый рабочий сверлил отверстие, вставлял в него болт с низкой полукруглой головкой и квадратным подголовком, удерживал его (наступал на головку ногой), второй, находящийся под автобусом, ставил шайбу, наживлял гайку и затягивал её винтовёртом. На обоих заводах факт применения прогрессивного крепежа был положительно воспринят сборщиками, позволил улучшить условия труда, снизить шум и вибрацию, повысилась надёжность креплений, улучшилась ремонтопригодность – разборка и повторная сборка при ремонте проходит без проблем. Конструкция соединения стала проще и дешевле - один винт заменил 2 и 3 детали. Унифицированное крепление было испытано и применялось некоторое время также Львовским, Мичуринским, Курганским и рядом других автобусных заводов.

Резьбовыдавливающие винты СпМ4х12 и СпМ4х20 с полупотайной головкой и крестообразным шлицем применили для монтажа внутренней обшивки салона на автобусах ЛиАЗ-5256 (?1000 штук на автобус). Установка винтов осуществляется через отверстия в декоративных накладках (рис. 5). Применявшиеся ранее самонарезающие винты не обеспечивали долговечности крепления панелей, особенно потолочных, уже через тысячу километров пробега автобуса усилие затяжки винтов снижалось и они под влиянием вибрации выпадали. Долговечность соединений с резьбовыдавливающими винтами объясняется их стопорящими свойствами.

На Горьковском автозаводе первые резьбовыдавливающие болты с шестигранной головкой и фланцем СпМ6х16 были применены с начала производства автомобилей семейства ГАЗель в креплениях фиксаторов боковой двери. Болты устанавливают в листовые элементы кузова толщиной 2-2,5 мм в отбортованные отверстия диаметром 5,4+0,1 мм. Высота отбортовки 2,5-3 мм. Количество болтов на автомобиль – 8 шт. Винты СпМ6х22 с потайной головкой увеличенного диаметра и звездообразным шлицем были применены в сборке мебели в санитарной ГАЗели, несколько лет выпускавшейся ГАЗом. Винты(120 шт. на машину) устанавливали в отбортованные отверстия угловых стяжек. В обоих случаях прогрессивные крепёжные детали позволили отказаться от применения приварных гаек.
Первые внедрения резьбовыдавливающих крепёжных деталей на ГАЗе проводились при непосредственном участии специалистов завода-изготовителя – АО «Завод Красная Этна». Позднее конструкторы и технологи-сборщики автозавода взяли инициативу на себя – резьбовыдавливающий крепёж стали применять во многих узлах автомобилей. Винты с фасонной головкой и фланцем СпМ6х12 применяют в качестве резьбозачистных в гайках приварных и закладных пластинчатых (рис. 6 - а, б), в креплениях обшивки дверей и ручек на автомобилях ГАЗ 3302 (ГАЗель), в узлах установки замков дверей и их приводов в автомобилях «Волга». На этой же машине болтами с шестигранной головкой и фланцем СпМ6х40 и СпМ6х16 к лонжеронам крепят приводы систем управления двигателем и жгуты проводов. Болты СпМ6х16 применены для крепления ловителя задней двери «Соболя-Баргузина» (рис. 6, в) и т. д.

Использование резьбовыдавливающего крепежа (как и любого другого) связано с необходимостью правильного проектирования сопрягаемых деталей (марки материалов, прочностные характеристики, толщина или глубина ввинчивания, диаметры отверстий, режимы сборки и др.). Основные рекомендации приведены в таблицах [2]. Публикации в журналах, демонстрация на региональных и международных выставках, доклады на научно-практических конференциях автопрома привлекли внимание разработчиков и производителей новой техники к данному виду крепёжных изделий. Остановимся на характерных примерах.

Таблица 1.
Диаметры отверстий в деталях из углеродистой стали (НВ 110-130)

Размер резьбы	Толщина детали (глубина завинчивания), мм
	До 1,5	1,5-2,5	2,5-4,0	4,-6,5	6,5-10,0	Св. 10,0
	Диаметр отверстия, D+0,1, мм
М3	2,7	2,75	2,8
М4	3,6	3,65	3,65	3,7
М5		4,55	4,6	4,65	4,7
М6		5,45	5,5	5,55	5,6	5,65
М8			7,3	7,4	7,45	7,55

Таблица 2
Размеры отверстий с отбортовкой в листе (рис. 7) из углеродистых сталей (НВ 110-130)

Размер резьбы	Диаметр отверстия, D+0,1,мм	Толщина листового материала, t, мм
		До 1,0	1,0-1,5	1,5-2,0	2,0-2.5	2,5-3,0	3,0-4,0
		Высота отбортовки, Н, мм
М3	2,7	1,2	1,2	1,3	1,3
М4	3,6	1,3	1,4	1,5	1,5	1,6
М5	4,55		1,6	1,8	2	2,3	2,5
М6	5,45		1,9	2,1	2,4	2,6	2,8
М8	7,3			2,6	3	3,2	3,5

На заводе «Нижегородский Теплоход», г. Бор Нижегородской области винты с цилиндрической скруглённой головкой и крестообразным шлицем СпМ4х16 и СпМ5х20 были применены для монтажа внутренней обшивки технических морских судов (24,5 тыс. шт. винтов на одно судно). Оцинкованный стальной лист крепили к каркасу из горячекатаного проката (уголок, швеллер). Листы в узлах креплений на стыках устанавливали в нахлёстку по 2-3 слоя. Сборщики работали парами. Один сверлил отверстие в листах и каркасе, второй завинчивал резьбовыдавливающий винт. Отпала необходимость закупок метчиков и нарезки резьбы, вдвое возросла производительность труда, снизилась себестоимость сборки.

На Калужском заводе «Автоприбор» корпуса (в форме коробки) коммутаторов зажигания изготавливают литьём из алюминиевого сплава ЦАМ 4-1. Крышку и платы крепили к корпусу десятью винтами М4х12, М3х10, М3х7 с цилиндрической скруглённой головкой и крестообразным шлицем типа Н № 2 и 1 соответственно. Глухие отверстия под М4 получают в отливке, под М3 сверлят на заданную глубину, резьбу нарезали метчиками непосредственно на сборочном конвейере. Проблематичность и высокая трудоёмкость нарезки резьбы в цветных сплавах, тем более в глухих отверстиях, хорошо известны – надо удалять стружку (продувать сжатым воздухом), резьба получается «рваная», часты случаи поломок метчиков и, в результате, постоянный брак в работе. Встал вопрос: нельзя ли для ликвидации «узких мест» перейти на резьбовыдавливающие винты? Несмотря на то, что механические характеристики сплава с точки зрения пластических деформаций находятся на пределе допустимых (относительное удлинение ? ? 7%), было принято решение опробовать резьбовыдавливание. Специалистами АО «Завод Красная Этна» технология сборки была промоделирована и проверена при разных параметрах отверстий и смазывающих материалах. Удалось достичь стабильного качества выдавленной винтами резьбы, лучшего, чем нарезанной метчиками. В результате заказчиком была принята новая технология сборки коммутаторов, а приборы с новыми винтами СпМ4х12, СпМ3х10 и СпМ3х7 прошли необходимые для сертификации испытания. Кроме этого, у винтов с резьбой М3 была изменена форма головки – сделана фасонная головка с фланцем, что позволило перейти на шлиц № 2 - унифицировать размер отвёртки.

Следует заметить, что для соединений со сталями и, особенно, с цветными сплавами применять крепёжные детали с метрической резьбой надёжнее, чем самонарезающие винты. Усилие вырыва винта из соединения увеличивается вдвое, а трудоёмкость сборки практически одинаковая. Это в полной мере было подтверждено весьма широким применением резьбовыдавливающих винтов и болтов на сборке конструкций из алюминиевых профилей при изготовлении витрин, магазинов, ларьков, оконных рам и др. сооружений в г. Нижнем Новгороде в 90-е годы. Одновременно обнаружился и недостаток – требовалась широкая номенклатура винтов при малых партиях, что невыгодно производителю.

Размеры отверстий под установку резьбовыдавливающих винтов в деталях из цветных сплавов приведены на рис. 8 и в табл. 3.

Таблица 3
Рекомендуемые размеры отверстий, получаемых отливкой (рис. 8, а) и сверлением (рис. 8, б), мм

Размер резьбы	При отливке		При сверлении, Dс	Глубина отверстия, К	L	S (min)
Размер резьбы	D	d	При сверлении, Dс	Глубина отверстия, К	L	S (min)
М3	2,8	2,6	2,75	7	6	1,5
М4	3,8	3,5	3,65	9	8	2
М5	4,7	4,5	4,55	11	10	3
М6	5,7	5,4	5,45	13	12	03.май

После изготовления резьбовыдавливающие крепёжные детали подлежат контрольным испытаниям путём завинчивания в испытательные пластины с контролем вращающего момента (табл. 4). Аналогичным может быть и входной контроль у потребителя.

Таблица 4
Испытания резьбовыдавливающих крепёжных деталей

Размер резьбы	Пластина испытательная			Вращающий момент образования резьбы, Н.м, не более	Момент затяжки резьбового соединения, Н.м, не более
Размер резьбы	Толщина пластины, мм	Диаметр отверстия, (+ 0,1),мм	Твёрдость НВ, не более	Вращающий момент образования резьбы, Н.м, не более	Момент затяжки резьбового соединения, Н.м, не более
М3	2,5	2,7	130	1,3	1,5
М4	3	3,65	130	3	3,5
М5	4	4,6	130	6	6,5
М6	5	5,5	150	9,2	11
М8	6	7,4	150	20	26,5

Приведённые примеры применения резьбовыдавливающих крепёжных деталей относятся преимущественно к области машиностроения. В то же время большой фронт для их применения имеется в строительстве, особенно для сборки металлоконструкций, где вполне можно обойтись без большинства гаек. Резьбовыдавливающие болты создают надёжные соединения при свинчивании с уголком, швеллером, двутавром, а также с элементами из труб – квадратных, прямоугольных, круглых. Очевидно, что возможности этого вида крепёжных деталей далеко не исчерпаны.

Специалистами АО «Завод Красная Этна» разработано и запатентовано несколько собственных конструкций резьбовыдавливающих деталей, созданы математические модели предложенного профиля. Так полезная модель (по патенту России) № 026019 МПК В21Н 03/08 содержит описание конструкции винта-раскатника с тремя дугообразными вершинами затылованными по контурной кривой. Рассчитанный криволинейный профиль позволяет вершинам резьбы внедряться в стенки отверстия соединяемой детали с минимальным крутящим моментом, создавая при этом максимальный стопорящий эффект. В патенте России № 0306639 МПК В21Н 3/06 приведена конструкция винта типа «Duo-Taptite» и накатных плашек для формирования резьбы. Резьба полнопрофильная на всём стержне состоит из трёх участков – заходного, калибрующего и основного. Особенность конструкции в том, что за счёт изменения параметров резьбы на калибрующем и основном участках достигается наилучший эффект стопорения винта в резьбовом соединении. В изобретении, защищённым патентом России №2194197 МПК F16В 25/00, геометрия контурной кривой трёхгранного поперечного сечения стержня заготовки несколько отличается от лобулярной формы. Даны соотношения радиусов кривизны дуг вершин и сторон трёхгранника, принцип их расчёта. Сравнение характеристик винтов с известным профилем резьбы «Taptite» и новой конструкции на примере винта СпМ8 производства АО «Завод Красная Этна» показывает следующее. В новой конструкции криволинейная образующая нитки резьбы на длине одного витка увеличена на 3,8 мм или на 15,4 %, а площадь поперечного сечения на 1,1 мм или на 2,2 %. Положительный технический эффект по сравнению с резьбой «Taptite» заключается в повышении стопорящих свойств, получении более прочного резьбового соединения. Величина крутящего момента винтов с новым профилем стержня способствует плавному формированию резьбы в отверстии и не превышает момента аналогичных винтов «Taptite». Новый профиль резьбового стержня хорошо проявляет себя и при зачистке резьбы в отверстиях от заусенцев и краски.

В своё время для автомобильной промышленности были выпущены 7 отраслевых стандартов ОСТ 37.001.315-88…37.001.321-88 на болты, винты и шпильки резьбовыдавливающие, а также ТУ 37-103.040-96 «Резьбо-выдавливающие крепёжные изделия», согласно которых производиться их приёмка.

Резьбовыдавливающие крепёжные детали удобны и в быту - они могут быть применены вместо метчика, исправляют испорченную резьбу в отверстии, зачищают в ней краску. Однако, несмотря на то, что такие болты и винты, выпускаемые уже 20 лет, хорошо зарекомендовали себя на сборке и в период эксплуатации техники, применяемость их в промышленности остаётся недостаточной и вполне может быть существенно увеличена.

Заключение.

Резьбовыдавливающие крепёжные изделия по праву относятся к прогрессивным многофункциональным конструкциям, их применение позволяет:

- совместить операции сборки и получения резьбы в отверстии,
- обеспечить надёжное стопорение резьбового соединения,
- снизить себестоимость резьбового соединения (нет операций нарезки резьбы и её контроля, требуется одна крепёжная деталь вместо двух-четырёх).

Нужна консультация? Закажите звонок!

Отправить заявку на крепеж

Возврат к списку