Шпильки. Общая информация.

Вступление.

Крепежные соединения с применением резьбовых шпилек долговечные и прочные, их легко собрать и, при необходимости, заменить в процессе эксплуатации. Разнообразие размеров, характеристик и назначения шпилек позволяет использовать их во многих отраслях экономики. Об этом в статье далее.

Характеристика шпилек.

Шпилька резьбовая — это крепежная деталь в форме цилиндрического стержня, которая имеет раВные или раЗные по длине резьбовые части на двух концах, резьбовую часть только на одном конце, резьбовую часть по всей длине. На один или оба резьбовых конца навинчивают гайки, а для предотвращения самоотвинчивания, продавливания или смятия соединяемых материалов под гайки подкладывают плоские и пружинные шайбы.

Рассмотрим основные различия шпилек:

• по форме стержня;
• по шагу и типу резьбы;
• по варианту исполнения;
• по точности исполнения;
• по классу прочности;
• по материалу.

Форма стержня шпилек.

По форме стержня шпильки бывают с прямым и изогнутым стержнем.

Шпильки фундаментных болтов ГОСТ 24379.1-80 с изогнутым стержнем предназначены для крепления оснований строительных конструкций и оборудования по принципу анкерного болта. Шпильки с прямым стержнем являются наиболее распространенными.

Тип и шаг резьбы шпилек.

Для резьбовых шпилек характерны следующие типы резьбы:

• метрическая;
• дюймовая;
• трубная;
• трапециидальная;
• упорная;
• прямоугольная или квадратная.

Метрическая резьба М (размеры заданы в миллиметрах) является основным для резьбовых изделий типом резьб в Украине и делится на два типа:

• с крупным шагом;
• с мелким шагом.

Например, шпильки М12 ГОСТ 22032-76 имеют крупный шаг резьбы P = 1,75 мм и мелкий шаг P = 1,25 мм, а шпильки М90 ГОСТ 9066-75 имеют мелкий шаг резьбы P = 4,0 или 6,0 мм.

Варианты исполнения шпилек.

Почти для каждой резьбовой шпильки есть вариант исполнения, предусмотренный стандартом ГОСТ или DIN.

• диаметр гладкой безрезьбовой части шпильки равен диаметру резьбы шпильки;
• диаметр гладкой безрезьбовой части шпильки меньше диаметра резьбы (примерно равен среднему диаметру резьбы шпильки).

Классы точности шпилек.

Резьбовые шпильки изготавливают повышенной и нормальной точности (классы точности соответственно А и В). Классы точности отличаются параметрами шероховатости поверхностей резьбы и стержня. На чертежах этот параметр обозначается символом √.

Шпильки класса точности В устанавливаются в отверстия, диаметр которых на 1–1,5 мм больше диаметра стержня шпильки. Класс точности В является наиболее распространенным.

Классы прочности и материалы шпилек.

Классы прочности и марки сталей, установленные при изготовлении шпилек, определяют их назначение и области применения.

Материалы для производства резьбовых шпилек:

• стали обыкновенного качества – ст3, ст3кп;
• качественные конструкционные углеродистые стали – 10, 10кп, 20, 20кп, 35, 40, 45;
• конструкционные легированные углеродистые стали – 40Х, 20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА, 40ХГСА;
• стали конструкционные низколегированные для сварных конструкций – 09Г2С;
• нержавеющие коррозионно-стойкие обыкновенные стали – 10Х17Н13М2Т, AISI 316;
• нержавеющие коррозионно-стойкие жаропрочные стали – 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 20Х13, 30Х13, 40Х13, AISI 304;
• жаропрочные релаксационностойкие стали – 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 30ХМА;
• латунь – Л63;
• медь – МТ (провлока);
• титан технический – ВТ1-0;
• титановый деформируемый сплав – ВТ5.

Материалы для производства резьбовых шпилек предусмотрены ГОСТ 1759.0-87 и ГОСТ 1759.4-87. Рассмотрим рекомендации для выбора стали в производстве шпилек различных классов прочности:

ГОСТ 1759.0-87 регламентирует использование коррозионно-стойких, жаропрочных, жаростойких, теплоустойчивых сталей и цветных сплавов в производстве шпилек.

Характеристику материалов для производства нержавеющих шпилек смотрите в статье А2, А4 — Характеристика крепежных изделий из нержавеющих сталей.

Условные обозначения шпилек (пример).

d – номинальный диаметр резьбы;

d1 – диаметр гладкой части стержня;

P – шаг резьбы;

b – длина резьбы гаечного конца;

b1 – длина резьбы ввинчиваемого конца;

l – длина шпильки.

Длина b1 ввинчиваемого резьбового конца шпильки зависит от материала той детали, в которую ввинчивают шпильку. Для твердых и прочных материалов b1 выбирают 1d и 1,25d, для мягких — 1,6d; 2d и 2,5d.

Полные условные обозначения и технические требования указаны в ГОСТ 1759.0-87.

В условном обозначении для шпилек указывают (пример):

• слово «Шпилька»;
• тип;
• цифру исполнения (кроме исполнения 1);
• номинальный диаметр резьбы;
• шаг резьбы (только для резьбы с малым шагом);
• направление резьбы;
• поле допуска;
• длину шпильки;
• класс прочности (точку между цифрами не ставят);
• указатель о применении спокойной или автоматной стали;
• марку стали или сплава (указывают только для шпилек класса прочности 8.8 и выше, а также для изделий из специальных сталей и сплавов);
• вид покрытия;
• толщину покрытия;
• номер стандарта на шпильки.

Изготовление шпилек.

Изготовление резьбовых шпилек происходит, как правило, на автоматических резьбонакатных станках или вручную на токарных станках с помощью резьбонарезных плашек.

Шпильки DIN 975 производят с диаметром резьбы от М2 до М64 с крупным и мелким шагом резьбы.

Размерные шпильки DIN 976-1 производят с диаметром резьбы от М2 до М72 с крупным и мелким шагом резьбы.

Шпильки для фланцевых соединений ГОСТ 9066-75 изготовляют диаметром от М10 до М160 с крупным и мелким шагом резьбы.

Шпильки для гладких отверстий ГОСТ 22042-76, ГОСТ 22043-76 изготовляют с номинальным диаметром резьбы от 2 до 48 мм с крупным и мелким шагом резьбы на двух концах.

Шпильки с ввинчиваемым концом 1d, 1,25d, 1,6d, 2d и 2,5d по ГОСТ 22032-76…ГОСТ 22041-76 изготовляют с номинальным диаметром резьбы от 2 до 48 мм с таким шагом резьбы:

• крупный шаг резьбы на ввинчиваемом и гаечном концах;
• мелкий шаг резьбы на ввинчиваемом и гаечном концах;
• крупный шаг резьбы на ввинчиваемом конце и мелкий – на гаечном конце;
• мелкий шаг резьбы на ввинчиваемом конце и крупный – на гаечном конце.

Шпильки ГОСТ 22032-76…ГОСТ 22043-76 изготовляют класса точности В и класса точности А в двух исполнениях. Шпильки исполнения 2 имеют диаметр стержня, который приблизительно равен среднему диаметру резьбы.

Шпильки для фланцевых соединений ГОСТ 9066-75 и шпильки фундаментных болтов ГОСТ 24379.1-80 имеют несколько типов и исполнений.

Стандарты резьбовых шпилек и их применение.

Наибольшее распространение за свою универсальность и широкие возможности применения на территории Украины получили шпильки европейских стандартов DIN 975 и DIN 976 — резьба по всей длине шпильки, большой выбор диаметров резьбы (от М2 до М72), длин (от 70 до 3000 мм), классов прочности и марок стали. Однако, для некоторых отраслей строительства и промышленности существуют специальные шпильки, такие как шпильки с ввинчиваемым концом, шпильки для гладких отверстий, шпильки для фланцевых соединений, шпильки фундаментных болтов.

Примечание. Здесь δ5 — относительное удлинение материала деталей.