Высокопрочные болты. Особенности конструирования. | Весь Крепеж.ру

Временное сопротивление на растяжение стандартных бол­тов по ГОСТ нормировано с σ_в = 300 МПа (класс прочности 3.6) до σ_в = 1200 МПа (класс прочности 12.9). В ряде отраслей промышленности в настоящее время используют более прочные болты с σ_в до 2100 МПа. По международной классификации к высоко­прочным относят болты, временное сопротивление которых σ_в ≥ 800 МПа. Прочность исходного материала и его упрочнение в процессе изготовления болта определяют конечную прочность болта. Применение высокопрочных болтов — это повышение ка­чества конечной продукции, улучшение ее потребительских свойств и основная предпосылка создания в промышленности облегчен­ных конструкций (как за счет уменьшения массы болтов, так и за счет уменьшения размеров расчетного соединения в целом).

Возрастание усилия разрушения высокопрочных болтов по­казано на рис.1 для размера М12 в зависимости от четырех клас­сов прочности. Расчеты показывают, что при переходе от класса прочности 4.6 к классу прочности 10.9 при одинаковой несущей способности возможно уменьшение диаметра болта наполовину. Представление об экономии материала при изготовлении одного болта средней длины дают следующие данные:

Такое изменение размеров и массы крепежа обеспечивает без дополнительных затрат снижение объема складских помещений и перевозок на 400% по всему циклу производства, начиная с ме­таллургического.

Снижение массы фланцевого соединения труб при переходе от болтов класса прочности 4.6 к болтам класса прочности 10.9 (с сохранением прочности соединения) достигает 50% (рис.2). Это обусловлено тем, что уменьшение диаметра отверстий D под болты повышает прочность фланца по основным сечениям А-А и Б-Б, а уменьшение межцентрового расстояния между болтами D₁ снижает напряжения от внешней нагрузки при затяжке соедине­ния по этим же сечениям фланца. В итоге появляется возможность уменьшения всех основных размеров фланца, особенно наружного диаметра и толщины, в основном определяющих снижение массы соединения. В резьбовых соединениях встык с накладкой, где нормируются минимальные расстояния до кромок листа и между отверстиями, за счет уменьшения номинального диаметра болтов обеспечивается еще большее снижение массы конструкции.

Следует иметь в виду, что уменьшение площади поперечного сечения болта при использовании высокопрочных болтов влечет за собой и другие изменения свойств резьбового соединения, в том числе такого важнейшего, как повышение сопротивления устало­сти. При переходе от класса прочности 4.6 к классу прочности 10.9 и уменьшении диаметра с М20 до М10 уменьшаются:

• жесткость болтов — примерно на 24%,
• потеря предварительной затяжки — на 27%,
• вибрационная составляющая нагрузки при равном рабо­чем напряжении — почти на 50%,

что и определяет повышение усталостной прочности соединения.

Монтажный момент соединения зависит как от величины не­обходимой стяжки соединения, так и от геометрических параме­тров болтов. При переходе от класса прочности 4.6 к классу прочности 10.9 монтажный момент для затяжки болтов снижается приблизительно до 58%. Это позволяет использовать малогабарит­ные, облегченные пневматические инструменты с большим чис­лом оборотов и производить монтаж вручную обычным инстру­ментом, облегчая ремонт и эксплуатацию машин. Необходимый монтажный момент для размера болтов М20 вручную обычным ин­струментом не воспроизводится вообще, тогда как болты М10 класса прочности 10,9 устанавливаются вручную без затруднения.

Применительно к высокопрочным болтам справедливы все требования, предъявляемые при проектировании деталей из вы­сокопрочных сталей. В первую очередь, следует избегать созда­ния концентраторов напряжения, чувствительность к которым по мере роста прочности материала увеличивается. Это, как правило, достигается увеличением радиусов перехода от одной поверхности детали к другой, повышением чистоты поверхностей, особенно в зоне концентраторов напряжений. Необходимо поверхностное упрочнение деталей, особенно зон концентрации напряжений. Для этого используют пескоструйную и дробеструйную обработки или другие методы поверхностного пластического деформирова­ния, способствующие существенному повышению сопротивления усталости деталей.

При упрочнении концентраторов напряжения методами по­верхностного пластического деформирования величина и харак­тер остаточных напряжений являются обобщающими параметрами качества поверхностного слоя, отвечающими за приращение со­противления усталости.

Количественной зависимости между остаточными напряже­ниями и сопротивлением усталости галтелей болтов малых диа­метров в настоящее время не существует. При отработке новых конструкций и технологических процессов изготовления крепежа из новых материалов знание уровня остаточных напряжений в зоне концентрации повысит производительность научно-исследователь­ских работ.

Прочность и сопротивление усталости высокопрочных болтов и резьбовых соединений определяют три группы факторов: кон­структивные, технологические и эксплуатационные.

Конструктивные факторы характеризуются наличием кон­центраторов напряжения в элементах конструкции. Для болтов ярко выраженными концентраторами напряжения являются: зона перехода от головки болта к стержню — радиус скругления гал­тели; сбег резьбы; непосредственно резьба.

Определяющими также являются радиус галтели и закругле­ния впадины резьбы, перпендикулярность опорной поверхности головки относительно стержня болта и чистота поверхности в зонах концентраций напряжений.

Технологические факторы включают: химический состав, меха­нические характеристики материала и их разброс в пределах технических условий, величину зерна, неоднородность макро- и микроструктуры материала и покрытия; чувствительность мате­риала к концентрации напряжений, к действию поверхностноактивных веществ, к коррозии под напряжением, водородной хрупкости, состоянию тонкого поверхностного слоя; метод фор­мообразования головки и резьбы; последовательность техноло­гических операций в технологическом процессе изготовления болтов.

В зарубежных стандартах и стандартах ИСО, как правило, все технологические, металлургические требования приводятся в технических условиях на болты.

К эксплуатационным факторам, которые определяют проч­ность и сопротивление усталости болтов, следует отнести: нали­чие и величину перекосов опорных поверхностей; величину и стабильность усилия затяжки соединения; температурный режим и среду эксплуатации.

их виды и назначение, как их выбирать и правильно использовать

Болты можно отнести к распространенным крепежам, которые используются повсеместно. По своему устройству это довольно простой крепеж, но при этом выпускают болты разных типов и с разными свойствами. У болтов есть свои характеристики, у каждого типа есть свои особенности, которые обуславливают сферу их использования. И все это нужно учитывать при выборе, чтобы соединение получилось не только надежным, но и долговечным. В этой статье мы расскажем про разные типы болтов, поговорим о том, как их правильно выбирать и использовать.

Виды болтов

Начать стоит с рассказа о разных видах болтов. Их классифицируют по материалу, покрытию, прочность, форме, параметрам резьбы, а также по их назначению. Собственно говоря, большинство выбирают болты именно по их назначению, так как это проще всего. Но и другие параметры не всегда стоит игнорировать, в отдельных ситуациях они могут быть очень важны. Поговорим про все способы классификации болтом.

Классификация по форме

Тут болты разделяют как по форме стержня, так и по форме головки. Чаше всего разница тут в длине и параметрах резьбы, но о ней мы поговорим ниже, а тут рассмотрим основные формы болтов.

• 
  С шестигранной головкой. Это классический вариант, всем известные болты, которые являются самым распространенным типом. Закручиваются с помощью ключа, применяются очень широко.

• 
  Рым-болты. Особый тип, который отличается высокой прочностью. Вместо головки у них кольцо, используются при такелажных работах, находят свое применение при работе с грузами. Бывают как небольшие, так и крупные и тяжелые, которые могут выдерживать очень большие нагрузки.

• 
  Анкерные болты. Еще один особый тип, который сам бывает разных форм и размеров, применяется для крепежа различных конструкций и элементов, зачастую тяжелых.

• 
  Болты с полукруглой головой. У них довольно ограниченная сфера применения, чаще всего их используют при производстве мебели, реже в других целях. Главная их особенность в том, что такая головка смотрится эстетично.

• 
  Болты с потайной головкой. Головка у них плоская, имеет шлиц для закручивания отверткой. Болты с такой головкой не выступают над плоскостью. Кстати, именно этот тип чаще всего путают с винтами.

Это основные типы болтов, есть и другие, но используются они очень редко и в особых целях. Например, болты без головки широкого применения не нашли. Ну а про специальные типы, которые изготавливают под конкретные задачи говорить вообще не стоит.

Классификация по типу резьбы

Есть разные типы резьбы, кроме того, болты разделяют и по длине резьбы относительно стержня. Тут тоже бывают разные варианты. В первую очередь резьбу разделяют на метрическую и дюймовую. В первом случае она измеряется в миллиметрах, соответственно, во втором случае речь идет о дюймах. При этом между собой они ничем не отличаются. Копировать огромную таблицу на предмет соответствия метровой резьбы и дюймовой мы не будем, при необходимости вы найдете информацию самостоятельно. Это необходимо тогда, когда в спецификации указана резьба в дюймах, а в продаже только болты с метрической резьбой. Повторимся, никакой разницы нет.

Также есть и другие типы резьбы, которые можно узнать по внешнему виду:

• 
  Прямоугольная. Используется там, где очень большие нагрузки и резьба должна быть действительно прочной.

• 
  Упорная. Ее сечение в форме треугольника, болты с такой резьбой также применяют там, где есть большие нагрузки, но при этом они преимущественно боковые. Резьба подобного вида как раз эффективнее всего именно при боковых нагрузках.

• 
  Трапецеидальная. Тут выступы и впадины имеют форму трапеции. Болты с подобной резьбой отличаются тем, что имеют повышенное трение и крепление более надежное. В частности они не склонные к самовыкручиванию, что особенно актуально при вибрационных нагрузках.

Классификация болтов по прочности

Этот параметр регламентирован ГОСТом и в большинстве случаев он очень важен. А в некоторых случаях он самый важный. Например, там, где от прочности болта может зависеть безопасность людей, где есть высокие нагрузки и т.д. Когда болты используют в бытовых целях это не имеет принципиального значения, тут зачастую выбирают просто по размеру. Но если ожидаются серьезные нагрузки, лучше выбирать более дорогие, но прочные болты.

Прочность обозначается цифрами от 3,6 до 12,9. Так, 3,6 это болты из нелегированной стали, дополнительная закалка отсутствует. 12,9 это легированная сталь, но в ней минимальное количество серы и фосфора, что повышает ее прочность. 4,6 — углеродистая сталь, 8,8 — сталь с дополнительным компонентами, закаливается. Чем выше это число, тем прочнее болт. Ну а какие нагрузки может выдержать конкретный крепеж зависит еще и от размеров. И от других факторов, например, от типа резьбы, о чем мы писали выше.

Классификация по материалу

В принципе, выше мы уже написали про материал, ведь болты разной прочности делают из разных материалов. Впрочем, выше речь идет в основном про сталь с разными добавками и изготовленную с применением разных технологий. А болты делают еще и из других материалов, например, алюминий или медь. Их прочность ниже, но у них свои положительные стороны, благодаря которым они и находят свою сферу применения. Ну а в некоторых сферах болты делают из особых материалов. Например, в ювелирном деле их изготавливают из благородных металлов.

Но также имеет значение материал и тип защитного покрытия, которое предотвращает коррозию. Оно влияет на стоимость, это относится не только к болтам, но и вообще ко всем крепежам. Переплачивать или нет, зависит только от того, где будет использоваться болт. Если это сухое место, где контакт с влагой исключен, то тут никакой разницы нет. Но вот если подразумевается использование там, где контакт с влагой возможен или вообще речь идет про влажную среду, тут экономить уже не стоит. Основные виды защитных покрытий это:

• 
  Цинковое. Одно из самых распространенных, цинкование бывает разным. Характеризуется неплохим соотношением свойств и защитных качеств. Впрочем, степень защиты зависит от толщины покрытия, что влияет на цену.

• 
  Никелевое. В качестве собственно защиты это не самый оптимальный вариант, зато такие болты выглядят привлекательно, поэтому широко используются при производстве мебели.

• 
  Цинк-ламельное. Болты с этим покрытием все более популярны, оно обеспечивает очень надежную защиту от коррозии.

• 
  Фосфатирование или оксидирование. Не дорого, но уступает другим видам защитного покрытия.

Классификация по назначению

Болты классифицируют и по их назначению, разделяя их на большие группы, между которыми есть серьезные отличия. Зачастую болты выбирают именно по назначению, дополнительно подбирая необходимые параметры, такие как размер и т.д. Видов болтов по назначению довольно много, но если не брать редкие (ювелирные и т.д.), то тут можно выделить пять основных групп.

Машиностроительные болты. Наиболее часто используемый тип, которые применяется в машиностроении. Такие болты обычно имеют высокую прочность и защитное покрытие, которое надежно защищает их от коррозии.

Мебельные. Имеют гладкую или полукруглую головку, резьба в таких болтах нарезается не по всему стрежню, а примерно по одной трети. Могут иметь защитное покрытие, которое отличается еще и декоративными свойствами, например, никелевое. Любопытно, что эти болты используются не только при производстве мебели, но также и в других сферах.

Лемешные. Прочные болты, которые применяют для крепления очень тяжелых конструкций, обычно подвесных.

Дорожные. Их можно увидеть на дорожных ограждениях, они имеют полукруглые головки с квадратным подголовком. Используются они не только в дорожном строительстве, но и в других сферах, такие болты хороши, когда нужно крепить к конструкциям листовые материалы, будь то металл, дерево или любые другие.

Путевые. Узкоспециализированный тип, но при этом он весьма распространен, так как используется при строительстве железнодорожных линий. В других сферах подобные болты применения не нашли.

Строительные. Используются при строительстве, их изготавливают из прочной стали, они имеют увеличенную головку. Выпускаются в разных размерах, в том числе и в нестандартных, которые применяют для крепления самых массивных конструкций.

Это основные способы классификации болтов. Зная сферу, в которой вам нужно использовать болт, а также нагрузки, вы легко подберете подходящий. Разумеется, основное это прочность — болт должен выдержать нагрузки. Не стоит забывать и про защитное покрытие и условиях эксплуатации, особенно внимательным нужно быть в том случае, если планируется использовать их в среде с повышенной влажностью. Коррозия может относительно быстро снизить прочностные характеристики крепежа, особенно если речь идет про небольшие болты.

Если по той или иной причине возникла необходимость замены болта, то оптимальным вариантом будет покупка аналогичного. Придумывать тут ничего не нужно, разве что приобрести болт с более качественным защитным покрытием, если замена происходит из-за коррозии. А если предыдущий болт сломался, то тут возможно придется подбирать более прочный аналог, но при этом не стоит забывать про то, что он должен подходить по размеру.

Какие существуют классы болтов?

Последнее обновление: Marsh Fasteners, 19 апреля 2022 г. Как правило, болты представляют собой стальные крепежные детали с внешней наружной резьбой. Marsh Fasteners объясняет прочность на растяжение и классы болтов для различных применений. Читай дальше, чтобы узнать больше.

Прочность болтов на растяжение

Итак, что такое прочность болта на растяжение? Проще говоря, предел прочности на растяжение — это максимальное усилие или давление, которое может выдержать болт. Следовательно, чем выше предел прочности на растяжение, тем больший удар может выдержать болт, что делает его пригодным для применения в условиях высоких нагрузок, таких как промышленное оборудование или крепление тяжелых предметов друг к другу. Наиболее распространенные высокопрочные болты: 

1. Болты класса 8.8. Также известные как конструкционные болты, они обычно изготавливаются из стали и имеют несколько покрытий.
2. Болты класса 10.9: поскольку эти болты чаще всего используются в автомобильной промышленности, их также называют «автомобильными болтами». Изготавливаются из борсодержащей или углеродистой стали и обладают высокой прочностью на растяжение (1040 МПа).
3. Болты класса 12.9: известные своей прочностью, эти болты чаще всего используются в обрабатывающей и строительной отраслях для соединения средних и тяжелых промышленных деталей, таких как автомобильный двигатель.
4. Болты класса 14. 9: все просто: это самые прочные болты, которые вы можете использовать в своей области. Идеально подходящий для соединения крупных структурных элементов друг с другом, болт класса 14.9 имеет колоссальную максимальную прочность на растяжение 1400 МПа.

Теперь, когда вы знаете, насколько важна прочность на растяжение при выборе подходящего болта для вашей области применения, Marsh Fasteners объясняет различные типы болтов и области их применения. Вот общая разбивка:

SAE American Grade

 Эти классы начинаются со 2 и заканчиваются 8 классом, который является самым прочным из доступных болтов американского класса SAE.

Класс 2

Болт класса 2 отличается полным отсутствием маркировки и обычно имеет предел прочности при растяжении от 60 000 до 74 000 фунтов на квадратный дюйм. В зависимости от области применения болты класса 2 могут иметь частичную или полную резьбу. Эти болты обычно используются для некритичных соединений и применений при проектировании, OEM и обслуживании, особенно потому, что это экономичный вариант. Диапазон номинальных размеров болта класса 2 составляет от ¼ дюйма до 4 дюймов.

Класс 5

 Изготовленный из среднеуглеродистой стали и закаленный для большей прочности и долговечности, болт класса 5 отличается 3 радиальными линиями и обещает прочность на растяжение от 105 000 до 120 000 фунтов на квадратный дюйм. Они чаще всего встречаются в автомобильных приложениях или там, где требуется средняя прочность. Наиболее распространенные размеры болтов класса 5 варьируются от ¼ дюйма до 1½ дюйма.

Класс 8

Высокопрочный востребованный болт класса 8 можно отличить по шести выпуклым черточкам. Его среднеуглеродистая сталь была подвергнута закалке и отпуску, что в конечном итоге позволило достичь впечатляющей прочности на растяжение в 150 000 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с 64 000 фунтов на квадратный дюйм болта класса 2. Другими словами, болт класса 8 более чем в два раза прочнее болта класса 2 SAE American Grade. Вы часто найдете болты класса 8 в требовательных приложениях, таких как автомобильные подвески. Другими областями применения, требующими прочности и устойчивости болта класса 8, являются промышленное оборудование, двигатели, насосы, клапаны и резервуары!

Марка S

Болты класса S для тяжелых условий эксплуатации отличаются прочностью и долговечностью. Они спроектированы таким образом, чтобы выдерживать нагрузки в диапазоне от 45 до 49,9 MT на 6,45 см3.

В конечном итоге выбор болта будет зависеть от того, насколько прочным он должен быть. Чем сложнее приложение, тем более высокий класс потребуется.

Если речь идет о болтах американского стандарта SAE, вы всегда можете обратиться в компанию Marsh Fasteners за лучшим выбором и качеством. Свяжитесь с нами сейчас для получения дополнительной информации.

Марки болтов – что это такое? Что вы должны об этом знать

Болты. Кто они такие? Это компоненты, которые также называются застежками и используются для надежного скрепления двух объектов. Есть определенные вещи, которые очень важно учитывать при выборе правильного болта для приложения. Эти факторы включают форму, размер, тип резьбы, длину, материал, покрытие, классы посадки и класс. За исключением класса, все эти факторы обсуждались достаточно широко. Марка болта является одним из важных факторов, которым часто пренебрегают. Какие оценки? Что делает этот фактор столь важным при выборе правильного болта? Прочитайте следующий пост, чтобы найти ответы на этот вопрос.

Что означает класс болта?

Это самый основной вопрос для тех, кто не знаком с этим термином. Это технический термин, определяющий свойства болта. Класс болта определяет максимальное напряжение, которое может выдержать болт. Это также помогает определить, какие инструменты подходят для затягивания этих болтов. Кроме того, тип метода, используемого для затягивания болта, также зависит от марки болта. Поэтому очень важно понимать класс болта, чтобы правильно его использовать.

Какие существуют марки болтов?

Существует огромное разнообразие марок болтов, подходящих для различных областей применения и сред. Давайте рассмотрим каждую марку и ее свойства:

1. Класс 2 – Болты класса 2 чаще всего изготавливаются из низко- или среднеуглеродистой стали. Болты этого класса не имеют радиальных линий. Болты этого класса с номинальным размером от 1/4″ до 3/4″ имеют минимальную прочность на растяжение около 57000 фунтов на квадратный дюйм и предел текучести размеров от 3/4″ до 1/2″ 36000 фунтов на квадратный дюйм.
2. Класс 5 – В отличие от болтов класса 2, болты класса 5 имеют 5 радиальных линий. Эти болты изготовлены из среднеуглеродистой стали. Эти болты бывают двух разных диапазонов размеров — от 1/4″ до 1″ и от 1″ до 1 1/2″, которые имеют испытательную нагрузку 85000 фунтов на квадратный дюйм и 74000 фунтов на квадратный дюйм соответственно.
3. Класс 8 – Болты класса 8 изготавливаются из легированной стали со средним содержанием углерода. Болты этой марки имеют 6 радиальных линий. Номинальный размер болтов класса 8 может быть от 1/4″ до 1 1/2″. Минимальный предел текучести болта этого класса составляет 130 000 фунтов на квадратный дюйм. Максимальное усилие растяжения 120 000 фунтов на квадратный дюйм (пробная нагрузка) может быть приложено к болтам класса 8.
4. Класс S – Болты класса S способны выдерживать нагрузку от 45 до 49,9 MT на 6,45 см ³ . Болты этого класса представляют собой болты для тяжелых условий эксплуатации, прочные и долговечные, поэтому они используются в различных тяжелых условиях.

Помимо описанных выше, существуют различные другие классы болтов, в том числе класс R, метрический 8.8, метрический 10.9 и т. д. Хорошее понимание этих классов имеет большое значение при выборе правильного типа болта для приложение. Однако поставщик, у которого вы покупаете болты, также важен, если вы ищете продукцию хорошего качества для различных областей применения. Очень немногие компании, такие как Norwood Screw Machine Parts, поставляют качественные болты для различных областей применения и отраслей промышленности уже почти 60 лет.