Високоміцні гайки: технологія виробництва, сфера використання, особливості, маркування

Гайка – металовиріб, в якому передбачений нарізний отвір і елемент для передачі крутного моменту. Для цієї мети може використовуватися багатогранник, шліци, радіальні і торцеві отвори, накатка на бічних поверхнях виробу. Гайки використовуються для створення розбірних різьбових з'єднань спільно з болтами, шпильками і гвинтами.

Для з'єднання елементів відповідальних конструкцій, що піддаються підвищеним навантаженням і впливу вібрації в процесі експлуатації, необхідні гайки підвищеної міцності. Обов'язковим етапом процесу виробництва таких металовиробів є термічна гарт. Вона дозволяє отримати необхідні показники міцності. В результаті високоміцні гайки можуть успішно протистояти руйнівним факторам і не потребують постійної заміни. З цієї статті ви дізнаєтеся, які технології і марки стали застосовуються для виготовлення гайок підвищеної міцності.

Затверджений ряд міцності для гайок включає сім класів: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Металовироби, клас яких вище 8, прийнято вважати високоміцними. Маркуються вироби одним числом, яке означає соту частину показника межі міцності болта, з яким можна компонувати гайку. При дотриманні цього правила навантаження в різьбовому з'єднанні розподіляється рівномірно.

При підборі класів міцності гайок і болтів, що сполучаються в різьбовому з'єднанні, можна використовувати наступну таблицю:

Важливі характеристики високоміцних гайок – межа міцності і твердість по Брінеллю. Ці показники залежать від класу міцності металовиробів:

• клас 8 – межа міцності 800-920 МПа, твердість 162-288 НВ;
• клас 9 – межа міцності 1040-1060 МПа, твердість 180-288 НВ;
• клас 10 –межа міцності 900-920 МПа, твердість 260-335 НВ;
• клас 12 – змежа міцності 1150-1200 МПа, твердість 280-335 НВ.

Гайки підвищеної міцності виготовляються з вуглецевих сталей. Металовироби добре протистоять руйнівним навантаженням і вібрації, але уразливі перед корозією, яка може швидко вивести їх з ладу. Щоб захистити від іржавіння, на кріплення, яке буде експлуатуватися на відкритому повітрі і в умовах впливу вологи, наноситься цинкове покриття.

Велика частина високоміцних гайок, що надходять у продаж, виготовляється методом холодної штампування. Технологія стала популярною завдяки своїм перевагам:

• метал не потрібно нагрівати, тому на ньому не утворюється окалина;
• можливість дотримання точних розмірів виробів;
• мінімальна ступінь шорсткості поверхні;
• витрата металу зводиться до мінімуму;
• знижується трудомісткість виготовлення кріплення і, відповідно, його вартість.

Виготовлення гайок методом холодного штампування – прогресивна і високопродуктивна технологія. Для виготовлення металовиробів використовуються холодновисадочні автоматичні верстати, швидкість роботи яких становить 300-400 деталей за хвилину. Щоб виготовити гайку, необхідний автомат з п'ятьма штампувальними позиціями.

У якості заготовок для виробництва гайок використовуються сталеві прутки. На першому етапі їх очищають від іржі і сміття, відмивають і покривають шаром фосфату, після чого наносять спеціальне мастило.

Наступний етап –нарізка. Прутки укладаються в вузол розмотування і простягаються через роликовий механізм. Заготовки нарізаються за допомогою рухомого ножа, після чого подаються на штампувальний вузол.

Процес формування виробів на автоматах проходить в п'ять етапів.

• I – проводиться вирівнювання заготовки по висоті і діаметру;
• II – формування заготовки, намітки зовнішнього шестигранника, фасок, отворів;
• III – попереднє формування шестикутника, видавлювання намітки під отвір, оформлення зовнішньої фаски з одного боку;
• IV –остаточне формування шестикутника, видавлювання позначок під отвір, остаточне оформлення внутрішніх і зовнішніх фасок;
• V –пробивання отвору під різьбу.

Для нарізки різьблення при масовому виробництві металовиробів використовуються спеціальні гайконарізні автомати. Заключний етап – гарт. Вироби поміщають в піч, розігріту до 800 градусів, після чого швидко охолоджують, занурюючи в масло. Загартування дозволяє мінімізувати крихкість і отримати необхідні показники міцності.

Гаряче штампування –затребувана технологія обробки металів тиском. Виріб утворюється з заготовки за допомогою штампа. У якості заготовок для виробництва гайок використовують сталеві прутки, з яких спочатку нарізають фрагменти необхідного розміру.

Переваги методу гарячого штампування:

• зменшення кількості відходів;
• висока якість поверхні і точність форми готових виробів;
• можливість отримання кріплення, що має складну форму.

Технологічний процес гарячого штампування – комплекс операцій, що призводять до зміни геометричних параметрів та форми первинної заготовки. Розробка технологічного процесу має певну послідовність:

• вибір варіанту штампування – із закритим або відкритим струмком (струмок – отвір в штампі);
• створення креслення готового виробу;
• вибір типу ковальсько-штампувальної установки – молот, прес, ГКР і т.д .;
• формування штампів;
• вибір способу нагріву і температурного інтервалу;
• вибір типу оздоблювального і завершального етапів.

Через високу вартість штампів використовувати метод гарячого штампування доцільно тільки при серійному і масовому виробництві кріплення.

Суть методу полягає в осаді металу і розподілі його від середини до країв штампа. Штампування може проводитися у відкритих і закритих штампах. У першому випадку частина металу відходить в облойну канавку. Відхід може становити від 10 до 20%, але наявність облою спрощує процес штампування і гарантує заповнення порожнини штампа. У закритих штампів немає виходу для надлишків металу. Такий метод знижує витрату металу, але штампи швидше зношуються.

Повний цикл виготовлення гайок методом гарячого штампування виробляє в кілька етапів:

• розігрів заготовок до 1000 градусів за допомогою індуктора;
• формування деталі за допомогою ударного преса;
• зняття фаски;
• нарізка різьблення на автоматичному верстаті.

Останній етап – гарт і, при необхідності, оцинковка готових виробів.

Показники міцності і твердості гайок залежать, в першу чергу, від марки сталі, яка використовувалася для їх виробництва. Металовироби підвищеної міцності виготовляються з вуглецевих конструкційних і легованих сталей, марки яких перераховані в таблиці:

Марки Ст.35, Ст.45 – конструкційні вуглецеві якісні сталі з вмістом вуглецю від 0,32 до 0,5%. У складі сплавів також містяться марганець, кремній, мідь, миш'як, нікель, хром, фосфор в невеликих кількостях. Матеріали не схильні до відпускної крихкості, важкозварювальні.

Ст.35Х, Ст.40Х – конструкційні леговані хромисті сталі. Містять 0,31-0,39% і 0,36-0,44% вуглецю відповідно. До складу сплавів входить менше 1,5% хрому, а також марганець, нікель, фосфор, мідь. Хром надає матеріалу міцність і стійкість до корозії, але знижує його пластичність.

Ст.20Г2Р –конструкційна легована боромістка сталь. На наявність в складі сплаву бору вказує буква Р в маркуванні сталі. Буква Г означає, що склад включає близько 1% марганцю.

Ст.38ХА – конструкційна легована сталь, що містить близько 0,37% вуглецю. Буква Х в позначенні означає, що сплав містить близько 1,5% хрому. Буквою А в кінці позначаються високоякісні стали.

Ст.30ХГСА – високоякісна конструкційна середньолегована сталь. Її друга назва – хромансиль. У сплаві міститься близько 0,3% вуглецю, а також приблизно 1% хрому, на що вказує буква Х в позначенні марки. На наявність в складі близько 1% марганцю вказує буква Г, а буква С говорить про зміст приблизно 1% кремнію. Буквою А маркуються поліпшені стали, що пройшли загартування.

Ст.40ХНМА – конструкційна середньолегована сталь, що містить від 0,37 до 0,44% вуглецю. Як легуючі компонентів використовуються хром і молібден, яких в складі, відповідно, 0,9% і 0,1%. Буква А позначає, що сталь відноситься до категорії високоякісних.

Високоміцні гайки використовуються в багатьох промислових сферах. В першу чергу це будівництво, машинобудування і автомобілебудування. За допомогою металовиробів здійснюється складання високонавантажених металоконструкцій різного призначення.

Не обійтися без високоміцних гайок і при спорудженні мостів. Межа міцності для металовиробів повинна бути не менше 1078 МПа, а поверхнева твердість – 272-353 НВ.

В атомній промисловості гайки високої міцності використовуються для складання устаткування першого і другого контурів – парогенераторів, реакторів, теплообмінників, насосних систем, запірно-регулюючої арматури, а також для стягування фланцевих стиків трубопроводів.

Високоміцні гайки спеціально розробляються для забезпечення максимально надійного з'єднання вузлів і конструкцій. Використання металовиробів високої міцності є гарантією від руйнування нарізного сполучення через перевищення рекомендованого зусилля затяжки.

Високоміцні гайки коштують дорожче металовиробів зі стандартними класами міцності. Але переваги кріпильних виробів перекривають цей недолік. Незважаючи на досить високу вартість високоміцного кріплення, його покупка дозволяє заощадити гроші.

Головна відмінність високоміцних гайок від кріпильних виробів загального призначення – фізико-механічні властивості матеріалу, які дозволяють витримувати більш високе навантаження. Наприклад, гайка з класом міцності 12 здатна витримувати навантаження до 1200 Н / мм2, а подібного виробу із класом 4 – тільки 420 Н/мм2, тобто, майже в три рази менше.

У високоміцних гайок є й інші плюси:

• завдяки застосуванню металовиробів знижується металоємність конструкції, але надійність вузлів при цьому зберігається. Це пов'язано з використанням менших за розміром болтів, які розраховані на більш високі навантаження;
• використання шпильок, а, відповідно, і гайок меншого діаметра – можливість зменшити діаметр монтажних отворів і скоротити кількість точок кріплення. Результат – підвищення міцності металоконструкцій і зниження витрат на покупку кріплення;
• високоміцні гайки здатні сприймати навантаження різного характеру – змінні, постійні, вібраційні, рухливі, сейсмічні, динамічні;
• металовироби високої міцності можна експлуатувати в різних кліматичних умовах, в тому числі і в суворому кліматі при температурі до -60 градусів, а також в агресивних середовищах;
• при проведенні ремонтних і відновлювальних робіт, а також різних ревізій є можливість багаторазово повторно використовувати високоміцні гайки.

У каталозі компанії «Метізофф» представлені високоміцні гайки від відомих вітчизняних і європейських виробників. Металовироби виготовлені в суворій відповідності зі стандартами DIN, ISO, ГОСТ. Гарантія на кріплення діє протягом 36 місяців з дня покупки.