Типы резьбовых креплений, производство, проверка, стандарты (ISO, ASTM, ANSI)

2025.3.25

Крепежные элементы относятся к компонентам, которые выполняют функцию закрепления объектов вместе. Резьбовые крепежные элементы, которые содержат резьбу и изготавливаются по точным размерам, выполняют свою основную функцию посредством взаимодействия между внешней и внутренней резьбой. Эта возможность позволяет резьбовым крепежным элементам играть важную роль в соединении и закреплении объектов, а также в облегчении движения. 

I. Что такое резьбовые соединения?

Крепежные элементы — универсальные компоненты, используемые для механического соединения, фиксации или герметизации. Они надежно соединяют две или более деталей посредством физических ограничений (например, резьбовое зацепление, фрикционная фиксация) для обеспечения структурной устойчивости и возможности разъединения. Распространенные типы включают болты, гайки, винты и заклепки, широко применяемые в машиностроении, строительстве, сборке автомобилей и других областях. Их эксплуатационные характеристики напрямую влияют на безопасность и срок службы оборудования.

1.1 Типы резьбовых креплений

Резьбовые крепежные изделия в основном подразделяются на:

II. Резьба и типы крепежных изделий

2.1 Типы резьбы крепежных деталей (по назначению)

Нити можно разделить на четыре категории в зависимости от их предполагаемого применения:

  1. Крепежные резьбы – включают стандартную резьбу, переходную резьбу, резьбу с натягом, мелкую резьбу и резьбу MJ.
  2. Трансмиссионная резьба – включает трапецеидальную резьбу, пилообразную резьбу и квадратную резьбу.
  3. Трубная резьба – включает трубную резьбу 55° и 60°, метрическую коническую резьбу и трубную резьбу с сухим уплотнением.
  4. Специальные резьбы – включают резьбы, используемые в оптических приборах, короткие трапецеидальные резьбы для кованых стальных клапанов, трапецеидальные резьбы для станков, нефтяные резьбы и резьбы для газовых баллонов.

2.2 Геометрические параметры резьбы крепежа

Резьбы определяются пятью геометрическими параметрами:

Только внутренняя и внешняя резьба, которые полностью соответствуют этим пяти элементам, могут быть правильно зацеплены. Среди них профиль резьбы, номинальный диаметр и шаг являются тремя наиболее важными элементами.

Международные стандарты определяют определенные стандартизированные профили резьбы, номинальные диаметры и шаги. Резьба, соответствующая этим спецификациям, классифицируется как стандартная резьба. Если профиль резьбы соответствует стандарту, но номинальный диаметр или шаг — нет, то это специальная резьба. Если сам профиль резьбы не соответствует стандарту, то она считается нестандартной резьбой.

2.3 Профили и стандарты резьбы

Форма профиля резьбы, рассматриваемая в поперечном сечении вдоль оси резьбы, называется профилем резьбы. Она может принимать различные формы, такие как:

2.3.1 Стандартная резьба (М) – ISO 68-1

Наиболее часто используемая соединительная резьба с треугольным профилем и углом 60°. Код характеристики для стандартной резьбы — M. Стандартная резьба делится на крупную и мелкую, которые имеют одинаковый код. Как правило, крупная резьба используется для соединений. При одинаковом наружном диаметре шаг и высота профиля мелкой резьбы меньше, чем у крупной резьбы, что делает мелкую резьбу подходящей для соединений тонкостенных деталей.

2.3.2 Унифицированный стандарт резьбы (UNC, UNF, UNEF) – ANSI/ASME B1.1

Широко используемая система резьбы в Северной Америке, похожая на метрическую резьбу, но с другим шагом резьбы и диаметром. Включает унифицированную крупную (UNC), унифицированную мелкую (UNF) и унифицированную сверхмелкую (UNEF) резьбу.

2.3.3 Трубная резьба (G, R, Rp, Rc) – ISO 7-1, ANSI/ASME B1.20.1

В основном используется для соединения труб, с треугольным профилем и углом 55°. Существует два типа трубной резьбы:

2.3.4 Трапецеидальная резьба (Tr) – ISO 2901

Широко используемая передаточная резьба с равнобедренным трапециевидным профилем и углом 30°, обозначается как Tr.

2.3.5 Пилообразная резьба (B) – ISO 103

Тип передаточной резьбы, воспринимающей усилие в одном направлении, с неравным трапециевидным профилем, одна сторона которого имеет угол 30°, а другая — угол 3°, обозначается буквой B.

2.4 Размеры резьбы

Резьбы характеризуются тремя основными диаметрами:

Для наружной резьбы наибольший диаметр соответствует номинальному диаметру, для внутренней резьбы — наименьшему диаметру.

2.5 Направление нити

Резьбы можно разделить на левые и правые. Резьбы, которые вкручиваются по часовой стрелке, называются правыми, а резьбы, которые вкручиваются против часовой стрелки, называются левыми. Правые резьбы обычно используются в машиностроении.

Левая резьба Правая резьба

2.6 Количество нитей

Нити можно разделить на однолинейные и многолинейные. Нити, образованные вдоль одной спиральной линии, называются однолинейными, а нити, образованные вдоль более чем двух спиральных линий, называются многолинейными.

Большинство соединительных нитей являются однолинейными.

Однолинейная нить (левая) Двухлинейная нить (правая)

2.7 Шаг резьбы и ход

Осевое расстояние между двумя соответствующими точками на срединной диаметральной линии двух соседних зубцов резьбы называется шагом. Расстояние осевого перемещения одного оборота по одной и той же винтовой линии называется шагом. Шаг однозаходной резьбы равен шагу, а шаг многозаходной резьбы равен шагу, умноженному на число линий.

2.8 Символы и методы маркировки резьбовых креплений

Например: М 10×1 ЛХ –7Н-Л

2.9 Классы соответствия резьбы

Посадка резьбы относится к степени герметичности между внутренней и внешней резьбой. Система посадки метрической резьбы ISO (ISO 965-1) и унифицированный стандарт резьбы (ANSI/ASME B1.1) определяют следующие классы посадки:

Метрическая резьба ISO:

Чем выше номер класса, тем плотнее посадка. В имперской резьбе отклонение указано только для классов 1A и 2A, отклонение для 3A равно нулю, а отклонения классов для 1A и 2A равны.

Чем больше номер класса, тем меньше допуск, как показано на рисунке:

Унифицированный стандарт резьбы (имперская резьба):

В метрической резьбе основное отклонение H и h равно нулю. Основное отклонение G положительно, а основные отклонения e, f и g отрицательны.

  1. H — это общее положение зоны допуска для внутренней резьбы, которое обычно не используется для поверхностного покрытия или очень тонкого слоя фосфатирования. Основное отклонение положения G используется для особых случаев, таких как более толстое покрытие, которое используется редко.
  2. G часто используется для нанесения тонких покрытий толщиной 6-9 мкм. Например, если чертеж изделия требует болт 6h, то резьба перед нанесением покрытия использует зону допуска 6g.
  3. Посадку резьбы лучше всего комбинировать в H/g, H/h или G/h. Для тонких резьбовых соединений, таких как болты и гайки, стандарт рекомендует использовать посадку 6H/6g.

2.10 Материалы резьбовых креплений

Типы распространенных крепежных материалов

В настоящее время стандартные крепежные элементы на рынке изготавливаются в основном из четырех материалов: углеродистой стали, нержавеющей стали, латуни и алюминиевого сплава.

  1. Углеродистая сталь (ISO 898-1, ASTM A307, ASTM F568): классифицируется по содержанию углерода на низкоуглеродистую сталь, среднеуглеродистую сталь, высокоуглеродистую сталь и легированную сталь.
    • Низкоуглеродистая сталь (C ≤ 0.25%): в Китае обычно называется сталью A3. В основном используется для болтов класса 4.8, гаек класса 4 и небольших винтов, не требующих твердости.
    • Среднеуглеродистая сталь (0.25% < C ≤ 0.60%): в Китае ее обычно называют сталью 35# или 45#. В основном используется для гаек класса 8 и болтов класса 8.8.
    • Высокоуглеродистая сталь (C > 0.60%): в настоящее время редко используется на рынке.
  2. Нержавеющая сталь (ISO 3506, ASTM F593): В основном делится на аустенитную (18% Cr, 8% Ni). Преимущества включают хорошую жаропрочность, коррозионную стойкость и свариваемость.
    • Аустенитная нержавеющая сталь (A2, A4, 18-8, 316 и т. д.) – обеспечивает превосходную коррозионную стойкость.
  3. Латунные и медные сплавы (ASTM B16, ASTM B36): распространенные материалы включают латунь и цинково-медные сплавы.
    • Обычно используется в декоративных и электрических целях.
  4. Легированная сталь (ISO 898-1, ASTM A193, ASTM A320): Обычно относится к хромомолибденовой легированной стали.
    • Включает хромомолибденовую сталь (SCM435, 42CrMo4 и т.д.) для высокопрочных крепежных деталей.

Обычно используемые материалы для крепежа

  1. Материалы для болтов, шпилек, винтов:
    • Для марок 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8 и 6.8 углеродистая сталь обычно используется без термической обработки.
    • Для марок 8.8 и 9.8 обычно используется низкоуглеродистая легированная сталь или среднеуглеродистая сталь с закалкой и отпуском.
    • Для марки 10.9 используется низко- или среднеуглеродистая легированная сталь или легированная сталь с закалкой и отпуском.
    • Для марки 12.9 применяется легированная сталь, также с закалкой и отпуском.
  2. Материалы для орехов:
    • Для марок 4, 5 и 6 углеродистая сталь обычно используется без термической обработки.
    • Для марок 8 и 9 применяется среднеуглеродистая сталь с закалкой и отпуском.
    • В стали марок 10 и 12 для улучшения механических свойств добавляются легирующие элементы, проводится закалка и отпуск.
  3. Материальная композиция:
    • Углерод (C): увеличивает прочность стали, особенно ее термообрабатываемость; однако повышенное содержание углерода снижает пластичность и вязкость, что влияет на холодную высадку и свариваемость.
    • Марганец (Mn): Увеличивает прочность и, в некоторой степени, улучшает прокаливаемость, увеличивая проникновение твердости во время закалки. Однако избыток марганца может отрицательно влиять на пластичность и свариваемость, а также влиять на контроль гальванических покрытий.
    • Никель (Ni): повышает прочность, улучшает ударную вязкость при низких температурах, увеличивает стойкость к атмосферной коррозии, обеспечивает стабильные эффекты термообработки и снижает водородную хрупкость.
    • Хром (Cr): улучшает прокаливаемость, повышает износостойкость, увеличивает коррозионную стойкость и помогает сохранять прочность при высоких температурах.
    • Молибден (Mo): помогает контролировать прокаливаемость, снижает чувствительность к отпускной хрупкости и значительно повышает прочность на растяжение при высоких температурах.
    • Бор (B): Улучшает прокаливаемость и способствует достижению желаемой реакции низкоуглеродистой стали во время термообработки.
    • Ванадий (V): измельчает аустенитное зерно и повышает прочность.
    • Кремний (Si): обеспечивает прочность стали; соответствующее содержание может улучшить пластичность и вязкость.
    • Сера (S): Улучшает обрабатываемость, но может вызвать горячую хрупкость, ухудшая качество стали. Повышенное содержание серы может отрицательно повлиять на свариваемость.
    • Фосфор (P): Обеспечивает упрочнение твердого раствора и эффекты холодной обработки. При использовании со сталью он повышает стойкость к атмосферной коррозии в низколегированной высокопрочной стали, но снижает ударопрочность. Он может улучшить обрабатываемость в сочетании с серой и марганцем, увеличивая отпускную хрупкость и чувствительность к хладноломкости.

III. Процесс изготовления резьбового крепежа

Итак, теперь мы представляем, как изготавливается крепеж:

3.1 Технологический процесс производства резьбовых крепежных изделий

  1. Подготовка сырья -> 2. Отжиг и термообработка -> 3. Кислотная промывка и фосфатирование -> 4. Волочение проволоки -> 5. Холодная высадка (ковка) -> 6. Накатка или резка резьбы -> 7. Покрытие поверхности и гальванопокрытие -> 8. Окончательная проверка и упаковка

3.2 Обзор процессов производства крепежных изделий

3.2.1 Провод катушки

Катушка, также известная как катанка или рулонный материал, производится путем нагрева и прокатки стальных заготовок. (Горячекатаные рулоны не могут использоваться для производства крепежных изделий из-за их размера и качества поверхности и должны подвергаться дальнейшей обработке.)

3.2.2 Отжиг

Отжиг: процесс термической обработки металла, включающий медленный нагрев металла до определенной температуры, поддержание ее в течение достаточного времени, а затем охлаждение с соответствующей скоростью (обычно медленной, иногда контролируемой). Целью является смягчение материалов или заготовок, которые были отлиты, кованы, сварены или обработаны на станке, улучшение пластичности и прочности, гомогенизация химического состава, снятие остаточного напряжения и достижение желаемых физических свойств.

Существуют различные процессы отжига в зависимости от цели, такие как рекристаллизационный отжиг, изотермический отжиг, гомогенизационный отжиг, сфероидизирующий отжиг, отжиг для снятия напряжений, рекристаллизационный отжиг, стабилизационный отжиг и отжиг в магнитном поле.

Сфероидизирующий отжиг — этот процесс округляет карбиды, придавая материалу пластичность. Сталь нагревают до температуры на 20–30°C выше Ac1, выдерживают в течение некоторого времени, а затем медленно охлаждают для получения структуры с равномерно распределенными сферическими или гранулированными карбидами в ферритной матрице.

При охлаждении стали после прокатки или ковки она обычно образует пластинчатую перлитную структуру с сетчатым цементитом, который является твердым и хрупким, что затрудняет ее механическую обработку и склонно к деформации и растрескиванию при последующей закалке. Напротив, сфероидизирующий отжиг приводит к образованию глобулярной перлитной структуры, где цементит образует сферические частицы, диспергированные в ферритной матрице, которая легче поддается механической обработке и менее склонна к деформации и растрескиванию при закалке.

Для подтверждения эффекта сфероидизации необходима проверка сфероидизированной структуры и обезуглероженного слоя.

3.2.3 Кислотная промывка, фосфатирование и замыливание

Оборудование: Ванна кислотной промывки, ванна водной промывки, ванна фосфатирования, ванна мыления.

Цель кислотной промывки: удаление оксидной пленки и ржавчины с поверхности проволочного материала.
Цель фосфатирования: Формирование слоя фосфатной пленки на поверхности металла для уменьшения абразивного износа инструментов во время волочения и формовки, а также обеспечение смазки. Также выполняет определенную функцию предотвращения ржавчины.
Цель намыливания: Обеспечить смазку.
Цель промывки водой: предотвратить загрязнение следующего резервуара кислотными растворами.
Проверка состояния поверхности: фосфатная пленка, царапины, следы, окисление.

3.2.4 Волочение проволоки

Оборудование: Волочильный станок, волока для волочения проволоки.

Цель волочения проволоки: обеспечить проволоку соответствующих спецификаций для производства холодной высадки. Волочение проволоки — это метод обработки давлением, при котором катанка подвергается пластической деформации через матрицу под действием определенной силы растяжения, что приводит к уменьшению поперечного сечения и увеличению длины.

Проверка: диаметр материала и состояние поверхности.

3.2.5 Холодная высадка

Оборудование: Холодновысадочный станок, холодновысадочный штамп.

Холодная высадка — это метод ковки, при котором формы используются для формования металлических стержней при комнатной температуре. Обычно он используется для изготовления винтов, болтов, заклепок и гаек, сводя к минимуму или заменяя процессы резки. Коэффициент использования материала при холодной высадке может достигать 80–90%. Обычно он выполняется на специализированных холодновысадочных машинах, что обеспечивает непрерывное, многостанционное, автоматизированное производство. Холодновысадочная машина последовательно выполняет процессы резки, высадки, накопления, формования, снятия фаски, нарезания резьбы, уменьшения диаметра и обрезки, что обеспечивает высокую эффективность производства. Стержень автоматически подается в машину, разрезается на заготовки, а затем последовательно передается на накопительные и штамповочные станции для холодной высадки.

3.2.6 Токарный

Токарная обработка — это тип обработки, который в первую очередь использует токарные станки для придания заготовке нужного внешнего профиля. Токарная обработка включает в себя такие процессы, как точение, сверление и фрезерование.

3.2.7 Формирование резьбы

Оборудование: Резьбонакатный станок, резьбонакатные колеса, метчики, метчики и т. д.

Методы формирования резьбы: накатка резьбы, нарезание резьбы и нарезание резьбы. Накатка и нарезание резьбы в основном используются для изготовления наружной резьбы, тогда как нарезание резьбы используется для внутренней резьбы. Накатка и нарезание резьбы достигаются путем экструзии материала, тогда как нарезание резьбы включает либо экструзию, либо резку для создания внутренней резьбы.

3.2.8 Термическая обработка

Термическая обработка — это комплексный процесс, включающий нагревание, выдержку и охлаждение материалов в определенной среде для изменения их поверхности или внутренней структуры с целью управления их свойствами.

Основной целью термической обработки крепежных изделий является достижение хороших общих механических свойств путем закалки и отпуска.

Отжиг включает в себя нагрев заготовки до соответствующей температуры, поддержание ее в течение определенного времени в зависимости от материала и размеров, а затем медленное охлаждение для достижения сбалансированной внутренней структуры для хорошей обработки и производительности или для подготовки к дальнейшей закалке.

Нормализация заключается в нагреве заготовки до подходящей температуры и последующем охлаждении на воздухе. Эффект аналогичен отжигу, но полученная структура более тонкая, обычно используется для улучшения режущих свойств материалов или в качестве окончательной термической обработки для менее ответственных деталей.

Закалка включает нагрев заготовки и ее быстрое охлаждение в воде, масле или других неорганических солях или органических растворах. Этот процесс упрочняет сталь, но также делает ее хрупкой.

Отпуск выполняется для снижения хрупкости путем выдерживания закаленной стали при температуре выше комнатной, но ниже 650°C в течение длительного периода перед охлаждением. Этот процесс известен как отпуск.

Четырьмя основными процессами термической обработки являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск, причем закалка и отпуск тесно связаны и часто используются вместе.

3.2.9 Обработка поверхности

Обработка поверхности — это процесс, в ходе которого на поверхности основного материала формируется слой, обладающий различными механическими, физическими и химическими свойствами. Целью обработки поверхности является удовлетворение требований к продукту по коррозионной стойкости, износостойкости, декоративности или другим специальным функциям.

  1. гальванопокрытие
    Гальванопокрытие (цинк, никель, медь, хром, сплавы цинка и никеля и т. д.) — это процесс, в котором используется электролиз для нанесения тонкого слоя металла или сплава на определенные металлические поверхности, что предотвращает коррозию, повышает износостойкость, электропроводность, отражательную способность и улучшает внешний вид. Основные области применения гальванопокрытия:
    1. Для повышения коррозионной стойкости металлических изделий или деталей, например, цинкование черных металлов. Для улучшения защитных и декоративных свойств металлических изделий, например, меднение, никелирование или хромирование стальных изделий. Для восстановления размеров изношенных металлических деталей, например, с помощью железнения или хромирования для восстановления размеров критически важных механических деталей, таких как валы и шестерни. Для придания изделиям или деталям определенных функций, например, твердое хромирование может повысить износостойкость.
    Процесс горячего цинкования:
    • Обезжиривание → Промывка водой → Промывка кислотой → Фосфатирование → Сушка → Гальванизация → Последующая обработка → Пассивация.
  2. Окисление
    Окисление, также известное как чернение или воронение, представляет собой процесс, при котором на поверхности заготовки на воздухе, паре или химических растворах при комнатной или повышенной температуре образуется синий или черный оксидный слой для улучшения коррозионной стойкости и внешнего вида. В машиностроении для чернения заготовок обычно используется нагретый раствор NaOH, что экономически эффективнее по сравнению с цинкованием или хромированием. Образующийся черный оксидный слой имеет толщину 0.5–1.5 мкм и обеспечивает более низкую коррозионную стойкость по сравнению с другими химическими покрытиями.
  3. Dacromet
    Dacromet, также известный как цинк-алюминий-хромовое покрытие, представляет собой новый тип коррозионно-стойкого покрытия, состоящего в основном из цинкового порошка, алюминиевого порошка, хромовой кислоты и деионизированной воды. Раствор Dacromet готовится в виде водорастворимого покрытия, а затем непосредственно наносится на чистую поверхность заготовки, после чего производится обжиг для формирования слоя Dacromet. Процесс нанесения покрытия Dacromet:
    • Обезжиривание органическим растворителем → Механическая дробеструйная очистка → Распыление → Выпечка → Вторичное распыление → Выпечка → Третичное распыление → Выпечка и сушка.
    Dacromet — это новая технология обработки поверхности, которая считается «зеленым покрытием» по сравнению с традиционным гальванопокрытием. Ее преимущества включают:
    1. Исключительная коррозионная стойкость: толщина слоя Dacromet составляет всего 4-8 мкм, но его эффект предотвращения ржавчины в 7-10 раз больше, чем у традиционного цинкования, горячего цинкования или методов нанесения покрытия. Стандартные детали, обработанные Dacromet, прошли испытания в соляном тумане в течение более 1200 часов без появления красной ржавчины. Отсутствие водородной хрупкости: процесс обработки Dacromet устраняет водородную хрупкость, что делает его пригодным для напряженных компонентов. Высокая термостойкость: Dacromet может выдерживать высокотемпературную коррозию, выдерживая температуры свыше 300 °C. Напротив, традиционное цинкование начинает отслаиваться при 100°C.Хорошие адгезионные свойства и свойства повторного покрытия: покрытие Dacromet имеет отличную адгезию к металлической основе и демонстрирует сильную адгезию к другим дополнительным покрытиям, что позволяет легко наносить цветные покрытия, с адгезией, превышающей адгезию фосфатных пленок.Хорошая проницаемость: из-за эффекта электростатического экранирования глубокие отверстия, узкие швы и внутренние стенки труб трудно покрыть цинком с помощью гальванопокрытия. Dacromet может проникать в эти области, образуя защитный слой.Отсутствие загрязнения: весь процесс производства и нанесения Dacromet не приводит к образованию сточных вод или газовых загрязнителей, что устраняет необходимость в очистке отходов и снижает затраты на обработку.
    Хотя у дакромета много преимуществ, у него есть и некоторые недостатки:
    1. Он содержит ионы хрома, вредные для окружающей среды и здоровья человека, особенно шестивалентный хром, который является канцерогеном.
    2. Dacromet имеет высокую температуру спекания и длительное время обработки, что приводит к высокому потреблению энергии.
    3. Покрытия Dacromet имеют низкую поверхностную твердость и износостойкость, а изделия с покрытиями Dacromet не подходят для контакта или соединения с деталями из меди, магния, никеля или нержавеющей стали, так как это может привести к контактной коррозии, влияющей на качество поверхности и коррозионную стойкость.
    4. Покрытия Dacromet имеют ограниченную цветовую гамму, только серебристо-белый и серебристо-серый, что может не соответствовать потребностям персонализации в автомобильной разработке. Тем не менее, различные цвета могут быть получены с помощью последующей обработки или композитных покрытий для улучшения декоративных и соответствующих качеств тяжелых автомобильных компонентов.
    5. Покрытия Dacromet имеют плохую электропроводность, что делает их непригодными для электропроводящих соединений, таких как заземляющие болты в электроприборах.

3.2.10 Типичные маршруты обработки

  1. Болты малой спецификации ниже класса 8.8 (M16 и ниже)
    • Выбор сырья: низкоуглеродистая сталь (Q235, 08, 10, 18 и т. д.)
    • Метод формовки заготовки: Холодная высадка
    • Формирование резьбы: накатка или нарезание резьбы
    • Маршрут процесса: Выбор сырья → Модификация материала → Холодная высадка → Механическая обработка (снятие фаски, плоская торцевая часть) → Накатка или нарезание резьбы → Обработка поверхности (по мере необходимости) → Окончательная проверка → Упаковка
  2. Болты большого размера класса 12.9 (M16 и выше)
    • Выбор сырья: среднеуглеродистая легированная сталь (35CrMo, 42CrMo, SCM435 и т. д.)
    • Метод формовки заготовки: горячая высадка
    • Формирование резьбы: накатка резьбы
    • Маршрут процесса: Выбор сырья → Модификация материала → Резка → Механическая обработка (точение заготовки) → Горячая высадка → Механическая обработка (точение головки, снятие фаски, плоская торцевая часть) → Маркировка → Дробеструйная обработка → Шлифовка (шлифовка заготовки) → Накатка резьбы → Фосфатирование → Термическая обработка → Дефектоскопия → Обработка поверхности → Окончательный контроль → Упаковка
  3. Обработка орехов
    • Использование горячей высадки для гаек больших спецификаций
    • Выбор материала: в соответствии с эксплуатационными требованиями гайки.
    • Маршрут процесса: Модификация материала → Резка → Горячая высадка → Механическая обработка (в основном точение основания резьбы, обеспечение высоты) → Маркировка → Нарезание резьбы → Термическая обработка → Обработка поверхности → Окончательный контроль → Упаковка.

IV. Проверка и испытание резьбовых соединений

Проверка и тестирование крепежа являются критически важными процессами для обеспечения соответствия механическим, размерным и химическим стандартам. Эти испытания проверяют прочность, долговечность, коррозионную стойкость и общее качество, позволяя крепежу соответствовать строгим требованиям безопасности и производительности в различных отраслях промышленности.

4.1 Общий осмотр

4.1.1 Проверка технической документации и сертификатов качества

Перед проведением физических испытаний инспекторы должны убедиться, что техническая документация и сертификаты на материалы соответствуют указанным стандартам ISO, ASTM или ANSI.

4.1.2. Визуальный осмотр

Все крепежные элементы должны иметь надлежащую маркировку, указывающую их класс, производителя и номер партии. Требования включают:

Внешний вид крепежных изделий должен быть чистым, гладким, без заусенцев, пятен ржавчины, отсутствующих или поврежденных зубцов. Покрытие не должно иметь дефектов, таких как пузыри или отслоения, а толщина покрытия должна соответствовать стандартным требованиям.

4.2 Проверка размеров

Крепежные элементы должны соответствовать ISO 4759-1, ANSI/ASME B18.2.1, ASTM F606 или другим применимым стандартам точности размеров. Поэтому проводите проверки на основе соответствующих национальных стандартов или технических требований (соглашений, спецификаций и чертежей).

Параметры проверки

4.3 Испытание на прочность и пластичность

Испытание на растяжение (ISO 6892-1, ASTM F606, ANSI B18.3)

Испытательная машина захватывает оба конца испытательного стержня и разъединяет их со скоростью, не превышающей 10 мм/мин, до тех пор, пока стержень не сломается, регистрируя соответствующие данные.

Базовые приготовления

Контрольно-измерительное оборудование

Результаты испытаний и критерии приемки

  1. Прочность на растяжение (Rₘ​):
    • Формула: Rₘ = Fₘ / S₀
    • Для болтов класса 10.9 минимальное требование составляет Rₘ ≥ 1040 МПа.
  2. Предел текучести (ReHR_{eH}ReH​, ReLR_{eL}ReL​):
    • Формула: Rₑₕ = Fₑₕ / S₀ (Верхний предел текучести), Rₑₗ = Fₑₗ / S₀ (Нижний предел текучести)
    • Для высокопрочных болтов класса 10.9 требование составляет Rₑₗ ≥ 940 МПа.
  3. Удлинение после разрыва (A%):
    • Формула: A = (L₁ – L₀) / L₀
    • Для высокопрочных болтов класса 10.9 требование составляет A ≥ 9%.
  4. Уменьшение площади (Z%):
    • Формула: S = (d₀ – d₁) / d₀
    • Для высокопрочных болтов класса 10.9 требование составляет Z ≥ 48%.

4.4 Испытание на прочность

Прочность указывает на способность материала поглощать энергию при пластической деформации и разрушении. Лучшая прочность снижает вероятность хрупкого разрушения.

Метод испытания: испытание на удар при низкой температуре

Базовые приготовления:

  1. Образец: Отбор проб с поверхности.
  2. Размер образца: стандартные размеры (длина 55 мм, поперечное сечение 10 мм x 10 мм, с V-образной или U-образной выемкой посередине).
  3. Испытательное оборудование: Маятниковая испытательная машина.
  4. Метод испытания: Поместите охлажденный образец (до -45°C) с указанной геометрией надреза между опорами испытательной машины, надрезом от ударной поверхности. Ударьте образец один раз маятником и измерьте поглощенную энергию. Требование: AKV2≥27JA_{KV2} ≥ 27 JAKV2​≥27J.

4.5 Испытание на твердость

Способность материала противостоять проникновению твердого предмета в его поверхность, что является показателем мягкости или твердости металлических материалов.

Стандарты испытаний на твердость: Твердость по Бринеллю (ISO 6506, ASTM E10), Твердость по Роквеллу (ISO 6508, ASTM E18), Твердость по Виккерсу (ISO 6507, ASTM E92)

Испытательное оборудование и принцип (Роквелл): Под действием последовательности начальных и полных испытательных сил указанный индентор (HRC 120-градусный алмазный конус) вдавливается в поверхность образца. После выдерживания определенного времени основная испытательная сила снимается, и остаточная глубина отпечатка измеряется при сохранении начальной испытательной силы. Эта глубина указывает на уровень твердости по Роквеллу.

Расчет результатов:

  1. Приложите начальную испытательную силу F0F_0F0 и измерьте начальное смещение h0h_0h0.
  2. Приложите основную испытательную силу F1F_1F1, удерживайте ее в течение определенного времени и измерьте смещение h1h_1h1 после снятия основной испытательной силы.
  3. Поддерживайте начальную испытательную силу F0F_0F0 и измеряйте смещение h2h_2h2.

4.6 Испытание клиновой нагрузкой (ISO 898-1, ASTM F606)

Нагрузка клина применяется во время испытания болта на растяжение, добавляя клиновую накладку под головку болта, чтобы в первую очередь оценить производительность соединения между головкой болта и валом. Головка болта не должна сломаться, когда растягивающая нагрузка достигает своего максимального значения. Клиновидная накладка может иметь углы 4, 6 или 10 градусов, в зависимости от стандартных спецификаций.

Метод испытания: Под головку болта помещается клиновидная прокладка (4°, 6° или 10°). Болт тянется на растяжение со скоростью 25 мм/мин.

Критерии соответствия/несоответствия: головка болта не должна отделяться от вала до достижения требуемой прочности на растяжение.

4.7 Испытание гайки на прочность под нагрузкой (ISO 898-2, ASTM F606)

Гарантийная нагрузка гайки относится к заданной растягивающей или сжимающей нагрузке, при которой резьба не должна разрушиться или деформироваться, а гайку можно вручную отвинтить от испытательного стержня после испытания.

Метод тестирования: Вставьте образец гайки в стержень сердечника, проведите испытания на осевое растяжение с помощью испытательной машины, убедившись, что скорость разделения не превышает 3 мм/мин, приложите указанную гарантированную нагрузку, удерживайте в течение 15 секунд, затем снимите нагрузку и снимите гайку.
Стандарт оценки: гайка не должна сломаться, а резьба не должна разъединяться (ее можно открутить вручную; если необходим гаечный ключ, то не более чем на пол-оборота).

Расчет гарантированной нагрузки:

Гарантированная нагрузка = Гарантированное напряжение (Sp) × Площадь поперечного сечения напряжения

Пример для гайки М64:

Нагрузка = 1060 Н/мм² × 2680 мм² = 2840800 Н

4.8 Анализ химического состава (ISO 17025, ASTM E415, ASTM E1086)

Испытательное оборудование: Оптический эмиссионный спектрометр.

Принцип: Различные элементы испускают свои характерные спектры при возбуждении при высоких температурах и энергиях. Оптический эмиссионный спектрометр определяет химический состав и приблизительное содержание металлов на основе характерных спектров, полученных при возбуждении элементов.

Образец Требования:

  1. Отсутствие дефектов, таких как песчаные раковины, мелкие поры или расслоение.
  2. Поверхность образца должна быть плоской и полностью закрывать отверстие возбуждения.
  3. Поверхность образца должна быть чистой и незагрязненной, свободной от других веществ и не тронутой руками.

V. Международные стандарты на резьбовые крепежные изделия

6.1 Стандарты ИСО

6.2 Стандарты ASTM

6.3 Стандарты ANSI/ASME

Соблюдая стандарты ISO, ANSI и ASTM, производители могут гарантировать качество, прочность и долговечность крепежных изделий для применения по всему миру. 

LinkedIn

Статьи по Теме:

Миниатюра по умолчаниюРезьба G против NPT: различия в размерах, использовании, стандартных характеристиках Миниатюра по умолчаниюЧто такое контргайка и контргайка, контргайка или шестигранная гайка? Миниатюра по умолчаниюСтандарты ISO для крепежа | Различия между стандартами ANSI и ISO Миниатюра по умолчаниюТаблица размеров установочных винтов (метрических и дюймовых) – типы, крутящий момент и размеры Миниатюра по умолчаниюТипы резьбы, термины, обозначения и как определить и измерить резьбу | CNCLATHING Миниатюра по умолчаниюТипы и размеры болтов: таблица метрических и имперских размеров болтов | CNCLATHING

Подпишитесь на нашу рассылку