Крепежные изделия: виды, материалы, применение, плюсы и минусы

В современном производстве детали из любых материалов часто соединяют с помощью крепежа для получения чистых и прочных соединений. Альтернативные методы — сварка, пайка, клеевание — создают неразъемные соединения. Преимущество большинства крепежей в возможности разборки без повреждения компонентов, за исключением заклепок, которые при демонтаже разрушаются.

В этой статье вы узнаете определение, сферы применения, функции, материалы и виды механического крепежа, а также их преимущества и недостатки по сравнению с постоянными соединениями.

Что такое крепеж?

Крепеж — это устройство для механического соединения двух и более объектов. Обычно крепежи могут быть постоянными или разъемными, но чаще применяют разъемные соединения, позволяющие демонтировать узел без повреждения деталей. Сварка и аналогичные процедуры создают неразъемные связи.

Крепеж широко используется в металлообработке и столярном деле. Металлический крепеж должен выдерживать значительные нагрузки, поэтому часто изготавливается методами порошковой металлургии и литья.

Резьбовой крепеж — наиболее распространенный для сборки узлов благодаря простоте монтажа и демонтажа. Резьба стандартизирована по двум основным системам: ISO (метрическая) и ANSI (дюймовая). Резьба может быть правой или левой (в зависимости от назначения), но подавляющее большинство — праворезьбовое. Основные виды резьбового крепежа: болты, винты и шпильки.

Сферы применения крепежа

Применение крепежа невероятно широко, так как оно дает преимущества перед другими методами соединения. Почти любая промышленная задача может быть решена с использованием крепежа при учете следующих факторов:

• Тип и параметры резьбы
• Рабочая нагрузка на крепеж
• Жесткость крепежа
• Необходимое количество крепежных элементов

При выборе конкретного крепежа для узла также учитывают:

• Доступность для монтажа/демонтажа
• Процесс установки
• Эксплуатационные условия: температура, агрессивная среда, влажность
• Ограничения по массе
• Материалы соединяемых деталей

Повседневные примеры: стулья, столы, двери, окна, бытовая техника, электроника. Масштабное применение: автопром, авиация, сельхозтехника, судостроение — везде, где есть оборудование, там есть крепеж.

Материалы крепежа

Как упоминалось, распространенные технологии — порошковая металлургия и литье. Основной материал — сталь. В промышленности чаще всего используют:

• Углеродистую сталь
• Нержавеющую сталь (серии 200, 300, 400)
• Легированную сталь

Также применяют титан, алюминий и их сплавы. Для повышения эксплуатационных свойств (в частности, коррозионной стойкости) наносят покрытия: цинкование, хромирование, горячее оцинкование. Железо является основным компонентом большинства крепежей.

Основные виды крепежа

Резьбовой крепеж

Имеет внутреннюю и/или внешнюю резьбу. К основным видам относятся винты, гайки, болты.

Болты — имеют головку (чаще всего шестигранную) на одном конце и резьбу на другом. Используются в комплекте с гайкой и часто шайбой.

Винты — аналогичны болтам (головка + резьба), но предназначены для завинчивания во внутреннюю резьбу детали. Виды: винты с цилиндрической головкой, машинные, деревянные.

Шпильки (стержни) — резьба на обоих концах, головки нет. Соединяют две детали с внутренней резьбой.

Гайки

Работают в паре с болтом для сжатия деталей. Основные виды:

Гайки шестигранные нормальные — базовый тип, внутренняя резьба, широкое применение.

Контроверты (гайки низкие) — для блокировки без притяжения к детали. Внутренняя резьба, меньше по высоте нормальных гайк.

Гайки с нейлоновым вкладышем — шестигранные с нейлоновым кольцом, предотвращающим самопроизвольное откручивание от вибраций.

Гайки сдвиговые (обрезные) — конические с шестигранным зацеповом, головка срывается при достижении максимального момента. Сложны для демонтажа.

Гайки «бабочки» (крыльчатые) — с двумя внешними крыльчиками для ручного вращения. Для узлов, требующих частого разбора.

Шайбы

Устанавливаются под головкой болта/винта или гайкой. Основная функция — увеличить несущую площадь и защитить материал детали от повреждений.

Шайбы плоские — самые распространенные. Равномерно распределяют нагрузку при затяжке.

Шайбы чашечные (финишные) — в виде чашечки для головки винта. Создают выровненную поверхность. Используются с деревянными винтами.

Шайбы пружинные (стопорные, Гровер) — препятствуют откручиванию от вибраций.

Шайбы ремонтные (пятнистые, ободовые) — с малым внутренним диаметром. Создают большую несущую площадь, предотвращают вырыв головки.

Заклепки

Постоянный крепеж: при демонтаже не подлежит повторному использованию. Широко применяются для соединения листового металла и панелей.

Заклепки вытяжные (слепые) — состоят из головки и штифла. При установке штифл вытягивается, расширяя корпус заклепки, зажимающий материалы. Остаток штифла обрывается.

Заклепки вытяжные с увеличенной головкой — аналогичны стандартным, но с большим фланцем.

Заклепки многогранные (Multi-grip) — для материалов разной толщины. Один размер заменяет несколько, универсальны и экономичны.

Преимущества и недостатки крепежных соединений

Преимущества:

• Снижение массы конструкции по сравнению сварными швами
• Возможность соединять высокопрочные стали до Rm = 1500 МПа
• Минимальные требования к пространству для инструмента
• Простота обслуживания инструмента
• Один тип гайки покрывает диапазон толщин листа t = 0,5–5 мм
• Подходят для любых покрытых листов (цинк, краска и др.)
• Простой монтаж в любом пространственном направлении

Недостатки:

• Дополнительная масса крепежных элементов
• Шов явный (визуально заметен)
• Требуют отверстий, ослабляющих детали
• Нагрузка сосредоточена в точках крепления — источник усталостных трещин
• Сложность повторного затягивания (особенно при коррозии)
• Коррозионные риски в зоне контакта разнородных металлов
• Требования к точности момента затяжки

Заключение

Крепежи — это устройства для механического соединения объектов, преимущественно разъемного типа. Мы рассмотрели определение, применение, материалы, основные виды, а также плюсы и минусы крепежных соединений.

Статья полезна? Рекомендуйте коллегам и следите за обновлениями!