Стандарты при производстве крепежа с резьбой с горячим цинкованием

Дата публикации: 11.09.2019

В середине прошлого века стали активно применяться высокопрочные болты при строительстве сооружений, зданий по всей территории РФ и Европы. Крепеж из высокопрочной стали считается самым надежным и может служить до 50 лет, что является неоспоримым преимуществом данного вида крепежа.

Высокопрочный крепеж изготавливается на производствах, которые имеет высокоточное оборудование. Наиболее часто встречается крепеж без покрытия, но для создания долговечности используется метод различного цинкования или крепеж покрывают кадмиевым слоем. Цинковое покрытие создает надежную защиту и позволяет защитить металл от коррозии и влияния агрессивных сред на несущих конструкциях, сооружениях различного назначения при соединении элементом друг с другом.  Высокопрочные болты, винты и гайки могут иметь гальваническое, горячее и термодиффузионное покрытие цинком. Существуют ограничения по использованию крепежа покрытым тем или иным методом цинкования, но так же, каждое покрытие, имеет свои особенности. Например, гальваническое цинкование не предназначено для крепежа с прочностью превышающее 140 кгс/мм², так как при цинковании часто появляются незначительные трещины, которые при заполнении атомами водорода имеют разные заряды, что приводит к постепенному повреждению при сильной натяжке метиза.

Термодиффузионное покрытие из цинка наносится при повышенных градуса накаливания от 430 до 480 С, при этом, время выдержки составляет 1-2 часа. Данный метод имеет неширокий ассортимент продукции, изготовленный по данной технологии, так как зачастую, крепежные изделия, имеющие прочность более 140 кгс/мм.кв. при термодиффузионном цинкование, становятся хрупкими и подвержены деформации, что негативно влияет на установку. К таким позициям, можно отнести пружинные шайбы и некоторые типы саморезов. 

Высокопрочный крепеж применяется широко и изготавливается из стали 40Х. Высокопрочные болты имеют прочность 8.8 и 10.9 и применяются при строительстве крупных объектов и конструкций, которые должны выдерживать высокие нагрузки. Предел на прочность 130 кгс/мм.кв., что приблизительно 1274 Ньютона на мм.кв. Для достижения более высокой прочности и коррозийной стойкости, происходит термодиффузионное цинкование при температуре от 430 до 480 С. Так же, важную роль играет толщина нанесенного слоя.

Как рассчитать самую высокую толщину покрытия для болтов 6g и гаек 6H?

На толщину покрытия влияет множество факторов, поэтому при разработке и изготовлении крепежного изделия, рассчитывается допустимая толщина покрытия, чтобы предотвратить возможность свинчивания резьбы. Отклонения существует еще до нанесения покрытия, кроме этого отклонение создается при нанесении покрытия. Главная задача таких расчетов в том, что отклонение в резьбе не может превышать отклонение, которое было до нанесения покрытия, поэтому данные расчеты важны, чтобы исключить свинчивание. Пределы для широты покрытия болта и гайки имеют следующие обозначения: h - изменения снаружи резьбы и H – изменения со внутренней стороны резьбы.

Толщина покрытия из цинка для крепежной продукции, имеет особенные условные обозначения: es для изделий состоящие из стержня с резьбой и головой (болт), EL для гаек. Данные обозначения сформированы и рассчитаны ниже.

Для расчета самой большой возможной толщины покрытия для болтов и гаек  используются следующие обозначения: tн – толщина наружной части резьбы, tв – толщина внутренней части резьбы. Возможная толщина наружной резьбы должна быть меньше или равна значения, которое рассчитывается по общепринятой формуле: t_н ≤es/2*sin30°. Толщина внутренней резьбы, так же должна быть меньше или равна значения, которое получается, при расчете по другой формуле: t_в ≤ EI/2*sin30°.

Стоит обратить внимание, что гайки имеют допуск 6H и 6G. Гайки 6H не имеют отклонений в диаметре резьбы и поэтому они равны нулю. Именно из-за этого такие гайки не имеют покрытия или такое покрытие удаляется при помощи метчика, который не изменит саму резьбу, за счет этого не воздействует механически. Для того, чтобы покрытие нанести на гайку, необходимо увеличить  поле допуска.

Наиболее высокий показатель толщины покрытия болтов происходит с гайкой с полем допуска 6g, которое изготовлено по ГОСТ 16093-2004. Поле допуска – пределы, которые могут быть между показателями толщины внутренней и внешней резьбы при нанесении покрытия. Такие пределы можно рассчитать по формуле: t_п = es/4. К примеру, для болтов с диаметром резьбы М36, самая большая допустимая толщина цинка, составляет приблизительно 15 микрометров, а для М16, только 8,5 микрометров. Обращаем внимание, что если болт с допуском 6H, имеет самый высокий предел толщины покрытия или такие болты используют совместно с гайками без покрытия, при такой установке получается более надежное соединение без возможности произвольного раскручивания и срыва резьбы. При такой установке с диаметром резьбы М36 с допуском для болтов 6g, а для гаек 6H, максимальная толщина покрытия для болтов и гаек составляет 7,5 микрометров.

Сделать толщину покрытия более выносливой возможно. Такое покрытие может быть 9 мкм, при условии, что болты будут иметь поле допуска 6g и гайки 6H. Такое возможно, за счет выполнении цинком части наружной резьбы со средним диаметром. Поэтому, надежность не раскручивания  резьбы увеличивается до 3,5%.  

Требования и ограничения к крепежу с увеличенными полями допуска

При использовании совместно болтов 6g и 6G стоит обратить на то, что толщина полученного покрытия будет значительнее больше, чем при соединении других элементов и составит 12 микрометров. Для достижения еще больше толщины покрытия изделий, необходимо использовать резьбу с отклонениями f, e, d для болтов, а для гаек применяются G, F, E.

При появлении отклонений у диаметров резьбы, от обычных 6g и 6H, появилась необходимость новых стандартов на крепежную продукцию для высокопрочных болтов и гаек. При изменении диаметров резьбы происходят отклонения, которые изменяют свойства изделия, что влияет на его прочность, долговечность и надежность.

На всех этапах производства необходимо тщательно отслеживать весь процесс изготовления и нанесения цинкового покрытия, чтобы соответствовало калибрам, как до нанесения покрытия, так и после цинкования. Отклонения не должны сильно отличаться.

Каждое изделие должно пройти технические испытания при приемке изделий, так как если изделия были изготовлены на разных производствах, то очень важно проверить покрытия на соответствие всем требованиям. После этого на всю продукцию должен быть получен сертификат качества.