Винты: история, материалы, проектирование, производство и стандарты качества

Общие сведения

Винты относятся к семейству резьбовых крепёжей вместе с болтами, шпильками и специализированными типами: столярные винты для дерева, автомобильные валовые винты. Две основные разновидности: метрические винты (машинные) с постоянным диаметром, используемые с гайками, и деревянные винты, конические для захвата в дереве. Резьба может быть правой или левой, конической, прямой или параллельной.

История

Хотя концепция винта датируется ~200 г. до н.э., современный металлический винт появился в эпоху Возрождения. Ранние винты изготавливали вручную — набором, что исключало массовое производство. Прорыв в 1586 г. — Жак Бессон изобрёл первый резельный станок для винтов, заложив основу для будущих инноваций.

В 1760 г. английские братья Джоб и Уильям Уайят запатентовали автоматический резельный аппарат, производящий 10 винтов в минуту — ключевой шаг к промышленному производству. Начало XIX века: Генри Модсли в Англии и Дэвид Уилкинсон в США создали первые приводные токарные станки с резельной опорой. Последующие достижения: турельный станок Стивена Финча (1845) и полностью автоматический токарный станок Кристофера Уокера после Гражданской войны.

Первая винтовая фабрика Abom & Jackson открылась в Род-Айленде в 1810 г. К 1895 г. американские винтовые профсоюзы требовали мин. зарплату $1,75 за 10-часовой день для мастеров и $1,25 для учеников. Инновации продолжались: угловой метод резьборезания Джона Свита, режущий всю резьбу с одной стороны.

В 1836 г. Уильям Кин разработал качение резьбы — процесс, который, преодолев ранние трудности, стал доминирующим методом, так как формирует резьбу без удаления материала, сохраняя прочность и повышая точность.

Сырьё

Винты обычно куют из проволоки низко- или среднеуглеродистой стали, но используют нержавейку, латунь, никелевые и алюминиевые сплавы для высокой прочности или коррозионной стойкости. Качество металла критично для предотвращения трещин. Холодная штамповка отрезает длину проволоки, затем формрует головку одним или двумя перцами. После этого штамповочный станок для шлицев формирует заготовки. Покрытия должны быть совместимы с металлом; частые: цинк, кадмий, никель, хром для защиты.

Проектирование

Для однократной резьбы шаг равен пичу. Для двойной резьбы шаг в два раза больше пича; для тройной — в три раза. Пич — расстояние между соседними витками — также выражается числом витков на дюйм или см. Шаг показывает, насколько винт продвигается за оборот.

Процесс производства

Механическая обработка применяется только для уникальных или миниатюрных винтов. Огромное большинство производят качением резьбы — быстрее, менее отходно, экономнее.

Холодная штамповка головы

• Проволока из катушки проходит предварительный выпрямитель, автоматически режется на длину и штампуется в головку. Станок использует открытую или закрытую матрицу; закрытая даёт высокую точность. Производительность 100–550 заготовок в минуту.

Качение резьбы

• Холодноштампованные заготовки автоматически подаются из вибрационного бункера к каточным матрицам.
• Заготовку формируют одним из трёх методов:
  • Возвратно-поступательная матрица: стационарная и движущаяся матрица качают заготовку.
  • Бесцентровая цилиндрическая матрица: заготовка катится между двумя или тремя круглыми матрицами.
  • Планетарная вращающаяся матрица: заготовка неподвижна, несколько матриц вращаются вокруг неё.
• Качение вдавливает резьбу в заготовку, а не срезает её, сохраняя прочность материала и достигая высокой размерной точности. Планетарная вращающаяся матрица — самая производительная: 60–2000 деталей в минуту.

Контроль качества

В 1928 г. Национальная комиссия по резьбе установила стандарты взаимозаменяемости. В 1948 г. Международная декларация аккорда приняла единую резьбовую систему. ISO ввёл глобальный стандарт в 1966 г., определяющий метрические и дюймовые диапазоны с крупным и мелким шагом. Эти стандарты обеспечивают единое качество во всём мире.