Высокопрочные гайки: технология производства, сфера использования, особенности, маркировка

Гайка – метиз, в котором предусмотрено резьбовое отверстие и элемент для передачи крутящего момента. Для этой цели может использоваться многогранник, шлицы, радиальные и торцевые отверстия, накатка на боковых поверхностях изделия. Гайки используются для создания разборных резьбовых соединений совместно с болтами, шпильками и винтами.

Для соединения элементов ответственных конструкций, подвергающихся повышенным нагрузкам и воздействию вибрации в процессе эксплуатации, необходимы гайки повышенной прочности. Обязательным этапом процесса производства таких метизов является термическая закалка. Она позволяет получить необходимые показатели прочности. В результате высокопрочные гайки могут успешно противостоять разрушающим факторам и не нуждаются в постоянной замене. Из этой статьи вы узнаете, какие технологии и марки стали применяются для изготовления гаек повышенной прочности.

Утвержденный прочностной ряд для гаек включает семь классов: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Метизы, класс которых выше 8, принято считать высокопрочными. Маркируются изделия одним числом, которое означает сотую часть показателя предела прочности болта, с которым можно компоновать гайку. При соблюдении этого правила нагрузка в резьбовом соединении распределяется равномерно.

При подборе классов прочности гаек и болтов, сопрягаемых в резьбовом соединении, можно использовать следующую таблицу:

Важные характеристики высокопрочных гаек – граница прочности и твердость по Бринеллю. Эти показатели зависят от класса прочности метизов:

• класс 8 – граница прочности 800-920 МПа, твердость 162-288 НВ;
• класс 9 – граница прочности 1040-1060 МПа, твердость 180-288 НВ;
• класс 10 – граница прочности 900-920 МПа, твердость 260-335 НВ;
• класс 12 – граница прочности 1150-1200 МПа, твердость 280-335 НВ.

Гайки повышенной прочности изготавливаются из углеродистых сталей. Метизы хорошо противостоят разрушающим нагрузкам и вибрации, но уязвимы перед коррозией, которая может быстро вывести их из строя. Чтобы защитить от ржавления, на крепеж, который будет эксплуатироваться на открытом воздухе, в условиях воздействия влаги, наносится цинковое покрытие.

Большая часть поступающих в продажу высокопрочных гаек изготавливается методом холодной штамповки. Технология стала популярной благодаря своим преимуществам:

• металл не нужно нагревать, поэтому на нем не образуется окалина;
• возможность соблюдения точных размеров изделий;
• минимальная степень шероховатости поверхности;
• расход металла сводится к минимуму;
• снижается трудоемкость изготовления крепежа и, соответственно, его стоимость.

Изготовление гаек методом холодной штамповки – прогрессивная и высокопроизводительная технология. Для изготовления метизов используются холодновысадочные автоматические станки, скорость работы которых составляет 300-400 деталей в минуту. Чтобы изготовить гайку, необходим автомат с пятью штамповочными позициями.

В качестве заготовок для производства гаек используются стальные прутки. На первом этапе их очищают от ржавчины и мусора, отмывают и покрывают слоем фосфата, после чего наносят специальную смазку.

Следующий этап – нарезка. Прутки укладываются в узел разматывания и протягиваются через роликовый механизм. Заготовки нарезаются при помощи подвижного ножа, после чего подаются на штамповочный узел.

Процесс формирования изделий на автоматах проходит в пять этапов:

• I – производится выравнивание заготовки по высоте и диаметру;
• II – формирование заготовки, наметка внешнего шестигранника, фасок, отверстия;
• III – предварительное формирование шестигранника, выдавливание наметки под отверстие, оформление наружной фаски с одной стороны;
• IV – окончательное формирование шестигранника, выдавливание наметок под отверстие, окончательное оформление внутренних и наружных фасок;
• V – пробивка отверстия под резьбу.

Для нарезки резьбы при массовом производстве метизов используются специальные гайконарезные автоматы. Заключительный этап – закалка метизов. Изделия помещают в печь, разогретую до 800 градусов, после чего быстро охлаждают, погружая в масло. Закалка позволяет минимизировать хрупкость и получить необходимые показатели прочности.

Горячая штамповка – востребованная технология обработки металлов давлением. Изделие образуется из заготовки при помощи штампа. В качестве заготовок для производства гаек используют стальные прутки, из которых изначально нарезают фрагменты необходимого размера.

Преимущества метода горячей штамповки:

• уменьшение количества отходов;
• высокое качество поверхности и точность формы готовых изделий;
• возможность получения крепежа, имеющего сложную форму.

Технологический процесс горячей штамповки – комплекс операций, приводящих к изменению геометрических параметров и формы первоначальной заготовки. Разработка технологического процесса имеет определенную последовательность:

• выбор варианта штамповки – с закрытым или открытым ручьем (ручей – отверстие в штампе);
• создание чертежа готового изделия;
• выбор типа кузнечно-штамповочной установки – молот, пресс, ГКМ и т.д.;
• формирование штампов;
• выбор способа нагрева и температурного интервала;
• выбор типа отделочного и завершающего этапов.

Из-за высокой стоимости штампов использовать метод горячей штамповки целесообразно только при серийном и массовом производстве крепежа.

Суть метода заключается в осадке металла и распределении его от середины к краям штампа. Штамповка может проводиться в открытых и закрытых штампах. В первом случае часть металла отходит в облойную канавку. Отход может составлять от 10 до 20%, но наличие облоя упрощает процесс штамповки и гарантирует заполнение полости штампа. У закрытых штампов нет выхода для излишков металла. Такой метод снижает расход металла, но штампы быстрее изнашиваются.

Полный цикл изготовления гаек методом горячей штамповки производит в несколько этапов:

•  разогрев заготовок до 1000 градусов при помощи индуктора;
• формирование детали при помощи ударного пресса;
• снятие фаски;
• нарезка резьбы на автоматическом станке.

Последний этап – закалка и, при необходимости, оцинковка готовых изделий.

Показатели прочности и твердости гаек зависят, в первую очередь, от марки стали, которая использовалась для их производства. Метизы повышенной прочности изготавливаются из углеродистых конструкционных и легированных сталей, марки которых перечислены в таблице:

Марки Ст.35, Ст.45 – конструкционные углеродистые качественные стали с содержанием углерода от 0,32 до 0,5%. В составе сплавов также содержатся марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, хром, фосфор в небольших количествах. Материалы не склонны к отпускной хрупкости, трудносвариваемые.

Ст.35Х, Ст.40Х – конструкционные легированные хромистые стали. Содержат 0,31-0,39% и 0,36-0,44% углерода соответственно. В состав сплавов входит менее 1,5% хрома, а также марганец, никель, фосфор, медь. Хром придает материалу прочность и стойкость к коррозии, но снижает его пластичность.

Ст.20Г2Р – конструкционная легированная боросодержащая сталь. На содержание в составе сплава бора указывает буква Р в маркировке стали. Буква Г означает, что состав включает около 1% марганца.

Ст.38ХА – конструкционная легированная сталь, содержащая около 0,37% углерода. Буква Х в обозначении означает, что сплав содержит около 1,5% хрома. Буквой А в конце обозначаются высококачественные стали.

Ст.30ХГСА – высококачественная конструкционная среднелегированная сталь. Ее второе название – хромансиль. В сплаве содержится около 0,3% углерода, а также примерно 1% хрома, на что указывает буква Х в обозначении марки. На наличие в составе около 1% марганца указывает буква Г, а буква С говорит о содержании примерно 1% кремния. Буквой А маркируются улучшенные стали, прошедшие закаливание с высоким отпуском.

Ст.40ХНМА – конструкционная среднелегированная сталь, содержащая от 0,37 до 0,44% углерода. В качестве легирующих компонентов используются хром и молибден, которых в составе, соответственно, 0,9% и 0,1%. Буква А обозначает, что сталь относится к категории высококачественных.

Высокопрочные гайки используются во многих промышленных сферах. В первую очередь это строительство, машиностроение и автомобилестроение. При помощи метизов осуществляется сборка высоконагруженных металлоконструкций различного назначения.

Не обойтись без высокопрочных гаек и при сооружении мостов. Предел прочности для метизов должен быть не меньше 1078 МПа, а поверхностная твердость – 272-353 НВ.

В атомной промышленности гайки высокой прочности используются для сборки оборудования первого и второго контуров – парогенераторов, реакторов, теплообменников, насосных систем, запорно-регулирующей арматуры, а также для стягивания фланцевых стыков трубопроводов.

Высокопрочные гайки специально разрабатываются для обеспечения максимально надежного соединения узлов и конструкций. Использование метизов высокой прочности является гарантией от разрушения резьбового соединения из-за превышения рекомендуемого усилия затяжки.

Высокопрочные гайки стоят дороже метизов со стандартными классами прочности. Но преимущества крепежных изделий перекрывают этот недостаток. Несмотря на достаточно высокую стоимость высокопрочного крепежа, его покупка позволяет сэкономить деньги.

Главное отличие высокопрочных гаек от крепежных изделий общего назначения – физико-механические свойства материала, которые позволяют выдерживать более высокую нагрузку. Например, гайка с классом прочности 12 способна выдерживать нагрузки до 1200 Н/мм², а аналогичное изделие с классом 4 – только 420 Н/мм², то есть, почти в три раза меньше.

У высокопрочных гаек есть и другие плюсы:

• благодаря применению метизов снижается металлоемкость конструкции, но надежность узлов при этом сохраняется. Это связано с использованием меньших по размеру болтов, которые рассчитаны на более высокие нагрузки;
• использование шпилек, а , соответственно, и гаек меньшего диаметра – возможность уменьшить диаметр монтажных отверстий и сократить количество точек крепления. Результат – повышение прочности металлоконструкций и снижение затрат на покупку крепежа;
• высокопрочные гайки способны воспринимать нагрузки различного характера – переменные, постоянные, вибрационные, подвижные, сейсмические, динамические;
• метизы высокой прочности можно эксплуатировать в различных климатических условиях, в том числе и в суровом климате при температуре до -60 градусов, а также в агрессивных средах;
• при проведении ремонтных и восстановительных работ, а также различных ревизий есть возможность многократно повторно использовать высокопрочные гайки.

В каталоге компании «Метизофф» представлены высокопрочные гайки от известных отечественных и европейских производителей. Метизы изготовлены в строгом соответствии со стандартами DIN, ISO, ГОСТ. Гарантия на крепеж действует в течение 36 месяцев со дня покупки.