Изготовление болтов и гаек

Наша компания занимается изготовлением болтов и гаек с 2013 года. Все изделия выполняются в соответствии с действующими нормативными документами. Готовая продукция используется в промышленности, строительстве, дизайнерских проектах, ювелирном деле. Рассмотрим основную классификацию крепежных изделий, особенности технологий производства.

Для расчета стоимости пошлите запрос с чертежами на электронную почту [email protected].

Виды болтов

Изначально болтом называли любые метизы с цилиндрическим стержнем. Сегодня это вид цельнолитого крепежа с головкой и ножкой, на которую нанесена наружная резьба. Шляпка обычно имеет шестигранную форму, ответные крепления болтового соединения – чаще навинчивающиеся гайки.

Материал

Выбор сырья для производства болтов диктуется областью применения и требованиями к прочностным показателям. Так, для технических и строительных нужд используется различная сталь: чаще углеродистая, реже нержавеющая. В области дизайна, ювелирной деятельности чаще практикуется серебро, медь, латунь, бронза, золото и другие цветные металлы.

Марки стали для изготовления болтов выбираются с учетом заданной прочности и назначения готовых изделий. Например, используется такое сырье:

• легированная – А2, А4;
• закаленная и отпущенная, дополненная присадками на основе бора, хрома, марганца;
• стойкие к коррозии – 20Х13, 20Х18Н10Т.

В таблице представлены примеры марок стали, что рекомендуется использовать для производства гаек по той или иной технологии:

Многие металлические сплавы во время эксплуатации начинают корродировать, разрушаться или иными способами “терять” качество. Чаще причинами являются влажность и химические реагенты. С целью предупреждения негативных последствий практикуется нанесение защитного покрытия:

1. Цинк и сплавы на его основе. Толщина слоя зависит от назначения метизов, от агрессивности среды использования. Показатель достигает 25 мкм. Цинк-ламельное или “чешуйчатое” покрытие (10-15 мкм) дополнено алюминием, оксидом титана или хрома, связующими из группы смол. Инновационный подход заметно продлевает срок службы метизов.
2. Составы на основе кадмия. Материал токсичен, поэтому область применения болтов ограничена. Обычно это суровые условия, в которых иные сплавы не подходят.
3. Фосфаты. Наряду с фосфатированием практикуется оксидирование поверхности металла. Процессы основаны на окислительной реакции. Так как самостоятельно такие виды защиты проявляют низкую стойкость к влаге или химическим реагентам, крепеж подлежит дополнительной обработке кислотными либо лакокрасочными составами.

Никель используется не для защиты, но для придания декоративных свойств готовым изделиям. В частности, это актуально в мебельной промышленности. Такое покрытие обладает небольшой механической прочностью по отношению к ударной нагрузке.

Головка

Шляпка нужна для передачи крутящего момента по отношению к стержню, и она служит в качестве опорного элемента в креплении. Размеры обычно находятся в пределах от 4 до 14 мм. По форме головки выделяются 6 основных подвидов болтов:

1. Шестигранный – универсальный, наиболее распространенный вариант. Инструмент – гаечный или разводной ключ.
2. Квадратный – позволяет предупредить сдвиг элементов крепежного соединения относительно друг друга. Посадочное место под шляпку имеет соответствующую форму.
3. Полукруглый – чаще эта подгруппа используется в мебельном производстве, при сборке ограждающих конструкций.
4. Потайный – для вворачивания стержня на торце предусмотрены утопленные в основу шлицы под биту или отвертку. Эти метизы применяются в производстве радиотехники, электронных приборов.
5. Анкерный – разнообразные по геометрическим и техническим параметрам метизы отличаются повышенной несущей способностью. Чаще применяются для установки окон и дверей, монтажа подвесных систем.
6. Рым-болт – образец с проушиной или шарнирным кольцом, например, под крюк. С помощью метизов осуществляется перенос, установка или транспортировка тяжелых, крупногабаритных предметов.

Кроме прочего существует подвид болтов, у которых головка отсутствует. Здесь на срезе резьбовой заготовки просто сформирован паз под прямой или крестообразный шлиц. У потайной головки (для сравнения) диаметр в поперечном сечении немного больше, чем у стержня.

Стержень

В классическом варианте ножка у болта представлена цилиндром, на который по всей высоте или частично (⅔, ½, ⅓) нанесена наружная резьба. Для снижения массы крепежа на винтовой части стержня могут быть сформированы узкие продольные углубления. Если требуется повышение надежности болтового соединения, то цилиндр изготавливается “ступенчатой” формы. Тогда гладкая часть и резьбовая в поперечном сечении имеют разный диаметр.

Резьба

Различаются тип и шаг резьбы. Чаще наносится метрическая, у которой углубление и виток в сечении имеют форму равнобедренного треугольника. Измеряется она в мм. Дюймовая отличается единицами измерения (дюймы) и углом вершины в 55 градусов. Характерна для продукции из Англии и США. Трубная обеспечивает максимальную герметичность соединения, аналогична предыдущему типу, но грани немного скруглены. Имеет схожие черты с резьбой Эдисона на цоколях лампочек.

Для трапецеидальной характерны выступы и впадины в форме трапеции. Такое решение способствует увеличению силы трения между болтом и ответным креплением. Упорная с сечением прямого треугольника повышает стойкость болтовых соединений к боковому давлению. А “прямоугольная” резьба в целом устойчива к высоким нагрузкам.

Класс точности

Разница между классами точности базируется на разнице диаметра ножки болта и посадочного отверстия. Так, в машиностроении практикуется только А-класс, где допустимая погрешность составляет всего 0,3 мм. В строительстве применяются метизы типа “В”, в быту – “С”. Здесь предельные значения соответственно равны 3 и 11 мм. У среднего (“нормального”) класса имеется еще одно ограничение – сечение стержня не должно отклоняться по длине более, чем на 0,52 мм.

Назначение

По сфере применения выделяются 5 основных видов крепежа:

• мебельный – отличаются гладкой, часто полукруглой шляпкой, резьба наносится на стержень не по всей длине;
• дорожный – под головкой имеется скрытая квадратная площадка (подголовок), что позволяет максимально плотно соединять листовые, щитовые и прочие конструкции;
• норийный (элеваторный, транспортный) – на изнаночной стороне плоской снаружи шляпке имеются шипы, что исключают проворачивание крепежа, обеспечивает надежную фиксацию полотна на основании;
• лемешный – относится к классу точности “С”, применяется для крепления лемехов на технику, тяжелых конструкций подвесного типа;
• машиностроительный – характеризуются повышенной прочностью, стойкостью к агрессивным условиям эксплуатации;
• путевой – чаще с “короткой” резьбой метизы применяются для стыковки рельс на железной дороге.

Декоративные образцы отличаются эстетикой по отношению к шляпке, реже – к ножке. Как правило, в строительстве, машиностроении и прочих отраслях не используются ввиду низкой прочности или высокой стоимости. Основная сфера применения – бытовая техника и мебель, прочие предметы интерьера.

Технические характеристики

Основной критерий выбора болтов – прочностные показатели. Зависят они от состава исходного сырья. Условное обозначение стального сплава в маркировке заключено в двойное число разделенное точкой. Например:

• 6 – для изготовления болтов использовалась нелегированная сталь без дополнительной закалки;
• 6 – углеродистая (содержание углерода свыше 0,55%);
• 6 – без стадии отпуска (содержится более 0,15% углерода);
• 6 и 6.8 – чистая углеродистая (без добавок);
• 8 и 9.8– состав дополнен хромом, марганцем, бором, проводится отпуск при температуре свыше +400^оС (вторая отличается повышенной прочностью);
• 9 – отпускается материал с присадками при +340-+425^оС;
• 9 – легированная сталь (для фосфора и серы предусмотрены минимальные дозировки).

В таблице представлены данные по разрушающую нагрузку (KN) для болтов 3.6, 6.8 и 12.9 (указаны несколько типоразмеров для примера):

*Рабочая площадь поперечного сечения в кв.мм

Здесь же заключены прочностные характеристики метизов. Первое число соответствует предельной выносливости. Например, 3.6 – кв.мм крепежа с такой маркировкой выдерживает до 30 кг.

Вторая цифра является соотношением предельных значений текучести и прочности, что выражается в %. На примере того же болта 3.6 это 60%. То есть деформироваться крепеж начнет в случае превышения нагрузки в 180 Н/кв.мм (18 кг/кв.мм).

Предел текучести – это нагрузка, под воздействием которой начинается необратимое растяжение болта вдоль стержня. При этом целостность металла сохраняется.

Технология изготовления

Изготовление болтов и гаек ведется по чертежам в соответствии с требованиями действующих ГОСТов или ТУ. На первом этапе определяются тип стали либо иного металла с учетом назначения метизов. Задаются технические параметры заготовки:

• наружный диаметр резьбы (1,6-160 мм) и ее длина;
• поперечное сечение стержня и его длина;
• тип и размер головки (например, шестигранник составляет 1,3-1,4 от диаметра ножки);
• наличие либо отсутствие дополнительных выемок, отверстий, шлицов;
• класс точности (высокий, нормальный или грубый).

Производство заготовок выполняется методом штамповки. Практикуется три технологии изготовления болтов: на токарном станке (точение), холодная и горячая обработка. Рассмотрим особенности производства метизов.

На токарно-винторезном станке

Методика считается самой простой на фоне двух других. Основной недостаток – низкая производительность. Поэтому изготовление болтов чаще выполняется на заказ: штучно, мелкими партиями. Стальные заготовки в виде прутка могут быть в поперечном сечении шестигранными (чаще) либо круглыми.

Производственный процесс выглядит следующим образом:

1. На первом этапе выполняется нарезка, торцевание и обтачивание заготовок до заданных параметров. Здесь получаемые на выходе отрезки имеют нужные длину и диаметр в сечении.
2. Проводится черновая обработка торцевой части ножки. Оставляется небольшой запас для чистовой обточки. Припуск составляет 0,3-0,5 мм. Далее проводится финишное снятие фаски.
3. Обрабатывается участок ножки, который находится под шляпкой. Процесс называется обторцовыванием.
4. Перед формированием резьбы заготовка покрывается машинным маслом. Далее обработка шпильки проводится с помощью плашки из быстрорежущей стали либо специального резьбового резца.
5. Головка обтачивается, обрабатывается фрезой, снимается фаска.

Вышеперечисленные этапы практикуются при изготовлении болтов из холоднотянутого прутка с шестигранным сечением. В случае с горячекатаными заготовками наблюдается сравнительно низкая текучесть. Из-за этого на станках практически невозможно точно отцентровать крепеж.

Холодная штамповка

Первый этап производства болтов – подготовка металла. Процедура направлена на устранение дефектов, загрязнений, неровностей для получения ровной и блестящей заготовки. Чтобы этого добиться практикуется механическая чистка или прокаливание.

Окалина удаляется путем травления детали в растворе серной либо соляной кислоты. На это требуется от 15-110/10-30 минут. А шлам соответственно смывается горячей и холодной водой или нейтрализуется методом известкования. Если используется низколегированная сталь, то проводится фосфатирование заготовки в течение 10-15 мин. Для этого готовится смесь из фосфорной и цинковой соли.

В завершение подготовительного этапа выполняется смазывание металлической поверхности. Здесь применяются разные составы на основе машинного масла. Например, в смесь добавляются сульфид молибдена либо жидкий парафин и укринол, мыльная эмульсия. Далее проводится волочение.

Формирование крепежных изделий происходит в несколько этапов:

• создание начальной формы головки путем прогона проволоки через пресс-формы;
• резка прутка с учетом длины всего изделия;
• формирование стержня методом прессования;
• придание конечной формы шляпке;
• стачивание фаски специальным валиков, что вращается с высокой скоростью;
• скашивание резьбовой кромки на острильной машине

Холодное штампование не предполагает нагревание металла. Процесс сопровождается повышением прочности, твердости и текучести материала. Также соблюдается высокая точность заданных параметров. На выходе допустимо получение метизов с сечением до 52 мм.

Варианты штамповки

По технологии без редуцирования производятся короткие болты со сплошной резьбой и небольшими головками. По прочности изделия соответствуют классам 4.8-6.8. Применяется способ редко из-за высокого процента брака применительно к стандартным шестигранным шляпкам – высока вероятность появления трещин и прочих дефектов.

Чаще практикуется методика с одинарным редуцированием. Она применима к заготовкам из легированной, низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали. У болтов наружный диаметр резьбы и сечением стержня одинаковые.

Двойное редуцирование применяется для изготовления метизов с классом 4.8-10.9. В перечень материалов для производства входят среднеуглеродистая и легированная сталь. Сначала заготовка обжимается, потом формируется резьба.

Последний вариант предполагает выдавливание металла до процедуры редуцирования. Актуальна технология при изготовлении высокопрочных болтов с сопротивлением давлению порядка 100 кг/кв.мм. Отсутствие этапа термообработки позволяет удешевить производство метизов.

Горячая штамповка

на первом этапе проводится подготовка металлического прута. Здесь подразумевается тщательная очистка поверхности. Далее проводится максимально точная нарезка заготовок. Из них изготавливаются болты следующим образом:

• торцевая часть разогревается до +1000^оС посредством индуктора;
• до момента остывания раскаленный участок под ударной нагрузкой от пресса приобретает заданную штампом форму;
• снимается кромочная фаска со стержня с помощью фрезера;
• выполняется накатка витков на резьбонарезном станке с автоматизированным управлением.

Штампы бывают открытого и закрытого типа. При использовании первых на поверхности металла образуются заусенцы или так называемый облой. Вторые позволяют выполнять безоблойную штамповку.