Полное руководство по крепежам в производстве: винты, болты и многое другое

Крепежи играют решающую роль в проектировании, производстве и сборке деталей. Эти маленькие элементы оборудования просты и недороги, но без них мы бы не могли изготовить многие важные вещи: мебель, архитектурные конструкции, компьютеры, напольные покрытия, транспорт и многое другое.

Роль крепежа — механически соединять два или более компонента вместе. Вы можете соединять компоненты разными способами, но уникальность крепежей в том, что они обычно (хотя не всегда) создают разъемные соединения.

Крепежи повсюду, и вы сталкиваетесь с многими из них на ежедневной основе. Некоторые из самых распространенных типов промышленных металлических крепежей:

• Винты
• Гайки
• Болты
• Риветы
• Резьбовые втулки и штанги
• Шайбы

Однако категория крепежей также включает оборудование, используемое вне промышленности, такое как гвозди для DIY и столярных работ; пуговицы, пряжки и молнии для одежды; шплинты и стяжки для домашнего использования; скобы, булавки и скрепки для офисных задач.

Все эти типы крепежей работают немного по-разному механически, но все они используются для соединения или сборки объектов. С небольшими исключениями большинство промышленных крепежей сделаны из металла, обычно стали (нержавеющая, углеродистая, легированная), алюминия или титана. Многие детали, которые мы делаем в 3ERP — включая обработанные на ЧПУ, литые и листовые металлические детали — в конечном итоге собираются с использованием крепежей.

Это руководство подробно рассматривает различные виды крепежей и объясняет как они работают и как их использовать. Оно может быть полезно для наших клиентов по прототипированию, разрабатывающих многосоставные продукты, требующие сборки с крепежами.

Что такое крепеж?

Крепеж — это общий термин для элемента оборудования, часто сделанного из металла, такого как сталь, используемого для механического соединения двух компонентов.

Крепежи, включающие такие предметы, как винты, гайки и болты, обычно создают разъемные соединения; то есть соединение можно разобрать без повреждения любого компонента. Вы можете соединить два компонента с крепежом, а потом когда-нибудь снять крепеж и разделить два компонента без повреждений. Например, винт в конечном счете можно выкрутить отверткой; гайку можно открутить гаечным ключом. Противопоставьте это, например, сварке, клееванию или пайке компонентов вместе: когда это происходит, компоненты нельзя легко разделить.

Тем не менее, некоторые крепежи, такие как риветы, создают неразъемные соединения и не предназначены для откручивания.

Большинство крепежей небольшие, с диаметрами, измеряемыми в миллиметрах. Однако значительно более крупные устройства могут использоваться в таких областях, как судостроение, трубопроводы и энергетика. Крепеж определяется своей функцией механического соединения двух или более компонентов, а не его размером, материалом или применением.

Существует множество разных типов крепежей. Некоторые из самых распространенных металлических крепежей для промышленности и производства перечислены ниже.

Материалы крепежей

Из чего сделаны крепежи?

Лучшие материалы для производства крепежей включают стали (нержавеющую, углеродистую, легированную), алюминий, титан, медь, латунь, никель и различные сплавы. Распространенные нержавеющие стали, используемые для промышленных крепежей, включают серии 200, 300 и 400.

Крепежи также могут быть покрыты другими материалами для дополнительной функциональности, например, коррозионной стойкости или электрической изоляции. Распространенные покрытия и наплавилы включают хром и цинк.

С какими материалами можно использовать крепежи?

Разные типы промышленных крепежей используются для разных материалов, причем некоторые крепежи спроектированы специально для одного материала, например, деревянные винты (дерево) или анкерные болты (бетон).

Стандарты крепежей

Американское общество механических инженеров (ASME) в настоящее время имеет 66 действующих опубликованных стандартов под обозначением B18 для крепежей. Стандарты, ориентированные на качество, «устанавливают требования к входному и итоговому контролю для изделий крепежей» и предоставляют «план входного контроля для покупателей крепежей».

Стандарты ASME включают:

• B18.1.1: Малые риветы
• B18.1.2: Крупные риветы
• B18.2.3.1M: Метрические шестигранные винты с цилиндрической головкой
• B18.3: Втулочные головки, плечевые, установочные винты и шестигранные ключи
• B18.6.1: Деревянные винты
• B18.6.2: Винты с шлицевой головкой, квадратной головкой установочных винтов и шлицевых безголовковых установочных винтов
• B18.6.3: Машинные винты, саморезы и металлические приводные винты
• B18.6.9: Бабочковые гайки
• B18.18: Обеспечение качества для крепежей

Винты

Винтовые крепежи, обычно сделанные из металла, — это крепежи с внешней резьбой (спиралевидными ребрами), которая зацепляется с внутренней резьбой в компонентах, которые они крепят.

Определяющей особенностью винтов является то, что они часто являются саморежущимися или самонарезающими: у них острый конец, который врезается в поверхность компонента; когда винт вращается, он вырезает внутреннюю резьбу в компоненте и позволяет установить соединение. Винты часто являются автономными крепежами, так как они соединяются с самим компонентом.

Винты похожи по функции на болты, но болты обычно не являются саморежущимися; у них обычно тупые концы, и внутренние резьбы в компонентах должны быть сделаны другими средствами.

Запутанно, однако, некоторые крепежи, которые технически являются винтами, через использование получили название болтов (и наоборот).

Типы винтов

Существует много разных типов винтов, подходящих для разных применений. Некоторые из самых распространенных типов винтов:

• Винты для листового металла (Sheet metal screws): Очень острые саморежущиеся винты, которые могут пробивать листовый металл, а также дерево и пластик.
• Машинные винты (Machine screws): Устанавливаются в предварительно просверленные отверстия, машинные винты имеют точную тонкую резьбу и наиболее широко используются в машинных компонентах.
• Винты с цилиндрической головкой (Cap screws): Винты с большими головками, обычно используемые в сборке машин, таких как бытовые приборы.
• Винты с кольцом (Eye screws): Иногда называемые лаговыми винтами с кольцом, эти винты имеют петлевидную головку, через которую можно пропускать лески.
• Лаговые винты (Lag screws): Длинные цинкованные винты с резьбой до шейки, преимущественно используемые в столярных работах.
• Деревянные винты (Wood screws): Обычные острые винты, используемые в столярных работах.

Типы шлицев винтов

Винты также можно классифицировать по их типам привода: для завинчивания или выкручивания разных винтов нужны разные инструменты. Типы привода винтов включают:

• Шлицевой
• Трехточечный
• Крестовидный (например, Phillips)
• Внешний полигон
• Внутренний полигон (например, шестигранное гнездо / Allen)
• Шестигранная звезда (Torx)
• Разное

Болты

Как и винты, болты — это крепежи с внешней резьбой, которые используются для соединения двух или более компонентов.

В отличие от винтов, однако, болты требуют предварительно сформированной внутренней резьбы для зацепления. Они не являются саморежущимися; вместо этого внутренняя резьба часто принадлежит гайке. Болты (мужские) и гайки (женские) используются в сочетании для соединения компонентов с нерезьбовыми отверстиями, и такое соединение называется болтовым соединением.

Когда используются в сочетании с гайками, болтовые крепежи работают со сквозными отверстиями (то есть отверстиями, проходящими полностью через материал объекта), с головкой болта с одной стороны и гайкой с другой. Винты, с другой стороны, часто используются для слепых отверстий; они проникают только частично через материал.

Типы болтов

Существует много разных типов болтов для разных применений. Некоторые из самых распространенных типов болтов:

• Шестигранные болты (Hex bolts): Резьбовые болты с шестигранными головками, которые могут иметь нерезьбовой участок непосредственно под головкой.
• Болты «секс» (Sex bolts): Иногда называемые чикагским болтом, бочковой гайкой или бочковым болтом, эти болты на самом деле являются и болтами, и гайками одновременно, состоящими из женской резьбовой бочковой гайки и мужского резьбового винта.
• U-болты (U-bolts): U-образные крепежи с двумя параллельными резьбовыми концами, используемые для удержания предметов вроде трубопроводов.
• Болты с кольцом (Eye bolts): Болты с петлевидной головкой, через которую можно пропускать лески.
• Кареточные болты (Carriage bolts): Резьбовые болты с округлой грибовидной головкой для предотвращения вращения и квадратным шейкой непосредственно под ней.

Гайки

Гайки — это крепежи с внутренней резьбой, которые обычно используются с соответствующим болтом для формирования болтового соединения. Система спаривания гайка и болта работает для соединения компонентов с нерезьбовыми отверстиями.

Гайки и болты обычно держатся надежно за счет трения, сжатия и легкого растяжения болта. Однако соединение может нежелательно ослабляться во время применений с высоким уровнем вибрации. В этом случае может использоваться фиксирующая гайка или фиксирующая жидкость для закрепления гайки, или на болт может быть добавлена вторая гайка.

В то время как внутренняя часть гайки резьбовая, внешняя может принимать множество форм, в зависимости от того, будет ли она вращаться рукой или гаечным ключом, и от различных других факторов.

Типы гаек

Существует много разных типов гаек для разных применений. Некоторые из самых распространенных типов гаек:

• Гайки-шляпки (Acorn nuts): Иногда называемые гайками-колпаками, эти крепежи куполообразны с одной стороны для закрытия конца болта.
• Сварочные гайки (Weld nuts): Спроектированы так, чтобы одна сторона могла быть сварена к другому металлическому компоненту.
• Шестигранные гайки (Hex nuts): Распространенные крепежи с шестигранным внешним профилем для легкого гаечного ключа.
• Бабочковые гайки (Wing nuts): Гайки сkrylоведными выступаниями по бокам для легкого вращения рукой без инструментов.
• Бочковые гайки (Barrel nuts): См. «Болты «секс» выше.

Риветы

Риветы — это крепежи, которые обычно имеют гладкий стержень и нет резьбы. У ривета головка на одном конце и хвост на другом.

Чтобы функционировать как крепеж, ривет помещается в отверстие, затем с помощью механической силы его хвост «расправляется», заставляя его расшириться примерно в 1,5 раза по сравнению с диаметром стержня и создавая соединение. После того как ривет расправлен, у него фактически две головки: исходная заводская головка и новая мастерская головка.

В отличие от винтов, резьб и болтов, риветы создают неразъемные соединения: после расправления хвоста он не может вернуться в исходное состояние. Риветные соединения поэтому намного сложнее разобрать, чем разъемные соединения вроде болтовых.

Типы риветов

Существует много разных типов риветов для разных применений. Некоторые из самых распространенных типов риветов:

• Вытяжные риветы (Pop rivets): Также известные как слепые риветы, эти трубчатые крепежи имеют центральный штырек с ослабленным участком у головки (где он может быть сломан).
• Твердые риветы (Solid rivets): Простые крепежи со стержнем и головкой, которые можно деформировать риветным пистолетом или молотком.
• Полу Трубчатые риветы (Semi-tubular rivets): Как твердые риветы, но с частичным отверстием на кончике, уменьшающим силу, необходимую для расправления.

Прочие резьбовые крепежи

Помимо винтов, болтов и гаек, есть другие типы резьбовых крепежей с более специализированным использованием.

Резьбовая втулка (threaded insert) (или резьбовая буш) — это крепеж с внутренней (иногда внешней) резьбой, который вставляется в материал, который обычно не может принять резьбу — либо потому, что он слишком мягкий, либо потому, что существующее резьбовое отверстие стерлось. Он действует как пластиковый дюбель для установки полок. Металлические резьбовые втулки могут быть установлены в литые пластиковые детали путем литья вокруг втулки.

Резьбовой стержень (threaded rod) (или шпилька) — это крепеж, похожий на болт, но с резьбой на обоих концах, без головки. Спроектирован для работы на растяжение, резьбовой стержень может принимать гайку на обоих концах.

Шайбы

Хотя технически не являясь крепежами сами по себе, шайбы — это элементы оборудования, используемые в сочетании с крепежами вроде гаек и болтов.

Шайба — это тонкая пластина с отверстием в центре, используемая как распорка, распределитель нагрузки, фиксирующее устройство или демпфер вибрации. Шайбы обычно круглые, но могут быть квадратными.

Шайбы предотвращают прямой контакт крепежей с компонентом и могут поэтому защищать поверхность компонента.

Для получения дополнительной информации о типах крепежей, которые могут понадобиться для вашего следующего прототипа, свяжитесь с 3ERP или запросите котировку.