Виды болтов, их классификация и обозначение

Виды болтов, их классификация и обозначение

В повседневной жизни можно встретить множество изделий, при изготовлении которых применялись различные крепежные элементы. Наиболее распространенным типом крепежей является болт. На сегодняшний день существуют различные виды болтов, которые имеют разные параметры. Характеристики болтов различаются в зависимости от размеров, типа резьбы, форме головки, стержня и прочности используемого металла.

Общие сведения

Высокопрочные болты производят из легированной стали с низким содержанием углерода, не более 0.4%. Изготавливаются они по технологии горячей и холодной высадки заготовок. Резьба на них наносится при помощи станков.

В процессе производства проходят термическую обработку в высокотемпературных электропечах для придания высокопрочным болтам антикоррозийных свойств и закалки.

Основные классы

Болт представляет собой крепежный элемент цилиндрической формы с резьбой снаружи. Обычно имеет шестигранную головку, сделанную под гаечный ключ. Соединение происходит при помощи гайки либо другого отверстия с резьбой. До создания винтовых крепежей болтами называли любые изделия в форме стержня.

Конструктивное устройство болта выглядит следующим образом.

Головка

С ее помощью остальной части крепежа передается крутящий момент. Она может иметь шестигранную, полукруглую, полукруглую с винтом, цилиндрическую, цилиндрическую с шестигранным углублением, потайную и потайную с винтом формы.

Стержень цилиндрической формы

Делится на несколько видов:

• стандартный;
• для установки в отверстие, имеющее зазор;
• для монтажа в отверстие, обработанное разверткой;
• со стержнем уменьшенного диаметра без резьбы.

Гайка

Может быть следующих форм:

• круглая;
• гайка-барашек;
• шестигранная (с фасками низкими/высокими/нормальными, корончатая и прорезная).

Существует множество типов болтов, все зависит от того, какими качествами при эксплуатации должна обладать изготавливаемая конструкция. Класс прочности болтов описывает их механические свойства.

Опираясь на самые популярные таблицы, можно понять, что данный класс является основным.

Прочность — это свойство изделия, характеризующееся сопротивлением к разрушению со стороны внешних факторов. Любой производитель обязательно указывает прочность изделия для того, чтобы при монтаже или сборке было понятно, подходят ли крепежи для тех или иных случаев. Измеряется прочность двумя цифрами, разделенными точкой, либо двузначным и однозначным числом, также разделенными точкой:

• 3.6 — соединительные элементы, изготовленные из нелегированной стали, дополнительная закалка не применяется;
• 4.6 — для производства использована углеродистая сталь;
• 5.6 — изготавливаются из стали без заключительного отпуска;
• 6.6, 6.8 — метизы из углеродистой стали, без примесей;
• 8.8 — в сталь добавляются такие компоненты, как хром, марганец или бор, дополнительно происходит отпуск готового металла при температуре выше 400°С;
• 9.8 — имеет минимум отличий от предыдущего класса и более высокую прочность;
• 10.9 — для производства таких болтов берется сталь с дополнительными добавками и отпуском 340-425°С;
• 12.9 — применяется нержавеющая или легированная сталь.

Первое число означает предел прочности (1/100 Н/мм2 или 1/10 кг/мм2), то есть 1 миллиметр квадратный болта 3.6 выдержит на разрыв 30 килограмм. Второе число — это соотношение предела текучести к пределу прочности в процентах. То есть болт 3.6 не будет деформироваться до усилия 180 Н/мм2 или 18 кг/мм2 (60% от предела прочности).

Исходя из значений прочности, соединяющие болты делятся на следующие варианты.

• Функционирующие на растяжение-разрыв по внутреннему диаметру болта. Чем выше прочность крепежа, тем больше вероятность, что болт деформируется при нагрузке, то есть растянется.
• Функционирующие на срез болта по двум плоскостям. Чем меньше прочность, тем выше вероятность, что крепление разрушится.
• Функционирующие на растяжение и срез — происходит срез головки болта.
• Фрикционные — тут происходит смятие материала под крепежом, то есть функционирующие на срез, но с большим натяжением крепежей.

Предел текучести — это наибольшая нагрузка, при увеличении которой происходит деформация, в дальнейшем не подлежащая восстановлению, то есть винтовое соединение увеличится в длину после определенных действий. Чем большую тяжесть выдерживает конструкция, тем выше показатель текучести. Рассчитывая нагрузку, обычно берут 1/2 или 1/3 от предела текучести. В качестве примера можно рассмотреть кухонную ложку — если согнуть ее в одну сторону, получится другой предмет. Текучесть нарушилась — это привело к деформации, но сам материал не сломался. Можно сделать вывод, что упругость стали выше ее текучести.

Другой предмет — нож, при сгибании сломается. Следовательно, сила прочности и текучести одинакова. Изделия с такими характеристиками еще называют хрупкими. Предел на растяжение — изменение размера и формы материала под действием внешних факторов, изделие при этом не разрушается. Иными словами, это процент удлинения материала по сравнению с изначальным образцом. Данная характеристика показывает длину болта до поломки. Классификация по размерам – чем больше площадь, тем больше сопротивление скручиванию.

Длина болта выбирается в соответствии с толщиной соединяемых частей.

Крепежи делятся и по такому показателю, как точность. В производстве используются разные способы нарезки резьбы и обрабатывания поверхности. Она может быть повышенной, нормальной и грубой.

• С – грубая точность. Данные крепежи подходят для отверстий на 2-3 миллиметра больше самого стержня. При такой разности диаметров соединения могут сдвигаться.
• В – нормальная точность. Соединительные элементы устанавливаются в отверстия на 1-1.5 миллиметра шире стержня. Поддаются меньшей деформации по сравнению с предыдущим классом.
• А – высокая точность. Отверстия для данной группы болтов могут быть шире на 0.25-0.3 миллиметра. Крепежи имеют достаточно высокую стоимость, так как производят их методом точения.

Для крепежей, изготовленных из нержавеющей стали, указывают не класс, а предел прочности на разрыв, обозначение у них другое — А2 и А4, где:

• А — это аустенитная структура стали (высокотемпературное железо с кристаллической ГКЦ-решеткой);
• числа 2 и 4 — это обозначение химического состава материала.

Нержавеющие болты имеют 3 показателя прочности — 50, 70, 80. При производстве высокопрочных болтов используют сплавы с большей твердостью и прочностью. Такие материалы стоят дороже углеродистой стали. Класс прочности варьируется – 6.6, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9. Также для повышения показателей проводится этап термической обработки, которая изменяет химический состав и строение материала. Возможная эксплуатация в условиях температур ниже 40°С — имеет обозначение У. 40-65°С маркируется как ХЛ.

Твердость болтов — это способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого тела. Характеристика твердости болтов измеряется по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. Испытания твердости по Бринеллю проводятся на твердомере, индетором (вдавливаемый предмет) служит закаленный шарик, диаметр которого равен 2.5, 5 или 10 миллиметров. Размер зависит от толщины проверяемого материала. Вдавливание происходит в течение 10-30 секунд, время также зависит от испытуемого материала. Затем полученный отпечаток при помощи лупы Бринелля измеряют в двух направлениях. Соотношение приложенной нагрузки к поверхности отпечатка и есть определение твердости.

Метод Роквелла также основан на вдавливании. В качестве индетора для твердых сплавов выступает алмазный конус, для более мягких — шарик из стали диаметром 1.6 миллиметров. В данном методе испытание проводится в две фазы. Сначала прикладывается предварительная нагрузка для плотного соприкосновения материала и наконечника. Затем в течение небольшого времени идет основная нагрузка. После того как рабочую нагрузку убирают, измеряется твердость. То есть расчеты будут происходить по глубине, на которой остался индетор, с приложенной предварительной нагрузкой. В данном методе выделяется 3 группы твердости:

• HRA — для особо твердых металлов;
• HRB — для относительно мягких металлов;
• HRC — для относительно твердых металлов.

Твердость Виккерса определяется по ширине отпечатка. Вдавливаемым наконечником служит алмазная пирамида с четырьмя гранями. Измеряется расчетом соотношения нагрузки к площади полученной отметки. Замеры производятся под микроскопом, установленным на оборудовании. Данный метод отличается повышенной точностью и сверхчувствительностью. Применяемые способы измерения по ГОСТ в советские времена не позволяли определять все максимально допустимые нагрузки на крепежи, поэтому изготавливаемые материалы были низкого качества.

Классы прочности Болтов, Винтов, Шпилек, Гаек. Маркировка прочности крепежа

Стали и прочность крепежа

Машиностроительный крепёж может иметь различное назначение и выполнять самые разные задачи — от простого формирования целостности конструкции до восприятия основной несущей силовой нагрузки на конструкцию. Чем больше нагрузка на крепёж, тем более высокой прочностью он должен обладать.

В зависимости от назначения и области применения крепёж изготавливают различных классов прочности, соответственно из разных марок сталей. Нет никакой надобности использовать высокопрочные болты для крепления, скажем, козырька на киоске, и напротив — совсем недопустимо использовать болты обычного, низкого, класса прочности в ответственных конструкциях башенных или козловых кранов — здесь применяются исключительно высокопрочные болты по ГОСТ 7817-70 — отсюда и народное название таких болтов «крановые болты». Желание сэкономить и использовать обычные болты — подешевле, или «крановые болты», но изготовленные из низкопрочных сталей, приводит к зрелищным новостям по телевизору с падающим краном в центре внимания.

Для различных видов крепежа (болты, винты, гайки, шпильки) используются разные стали, разные классы прочности и различная их маркировка.

Болты, винты и шпильки

Болты, винты и шпильки производятся из различных углеродистых сталей — разным сталям соответствуют разные классы прочности. Хотя, иногда можно из одной и той же стали изготовить болты различных классов прочности, используя при этом разные способы обработки заготовки или дополнительную термическую обработку — закалку.

Например, из Стали 35 можно изготовить болты нескольких классов прочности: класса прочности 5.6 — если изготовить болты методом точения на токарном и фрезерном станке: классов 6.6 и 6.8 — получатся при изготовлении болтов методом объёмной штамповки на высадочном прессе; и класса 8.8 — если полученные перечисленными способами болты подвергнуть термической обработке — закалке.

Класс прочности для болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей обозначают двумя цифрами через точку. Утверждённый прочностной ряд для болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей содержит 11 классов прочности:

3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9

Первая цифра маркировки класса прочности болта обозначает 0,01 часть номинального временного сопротивления — это предел прочности на растяжение — измеряется в МПа (мегапаскалях) или Н/мм² (ньютонах на миллиметр квадратный). Также первая цифра маркировки класса прочности обозначает ≈0,1 часть номинального временного сопротивления, если Вы измеряете предел прочности на растяжение в кгс/мм² (килограммах-силах на миллиметр квадратный).

Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел прочности на растяжение

5/0,01=500 МПа (или 500 Н/мм²; или ≈50 кгс/мм²)

Вторая цифра обозначает 0,1 часть отношения предела текучести (напряжения, при котором уже начинается пластическая деформация) к номинальному временному сопротивлению (пределу прочности на растяжение) — таким образом для шпильки класса прочности 10.9 второе число означает, что у шпильки, относящейся к этому классу, минимальный предел текучести будет равен 90% от значения предела прочности на растяжение, то есть будет равен: (10/0,01)×(9×0,1)=1000×0,9=900 МПа (или Н/мм²; или ≈90 кгс/мм²)

Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел текучести

500х0,8=400 МПа (или 400 Н/мм²; или ≈40 кгс/мм²)

Значение предела текучести — это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, винта или шпильки, при превышении которой происходит невосстанавливаемая деформация. При расчётах нагрузки на болты, винты или шпильки используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, то есть, с двукратным или трёхкратным запасом прочности соответственно.

Классы прочности и марки сталей для болтов, винтов и шпилек

В таблице приведены самые распространённые в метизном производстве и рекомендованные марки сталей, но в различных особых случаях также применяются и другие стали, когда их применение продиктовано дополнительными требованиями к крепежу.

Значками помечено в таблице:

* применительно к номинальным диаметрам до 16 мм.

** применительно к номинальным диаметрам больше,чем 16 мм.

Существуют специальные стандарты на высокопрочные болты узкоотраслевого применения, имеющие свою градацию прочности. Например, стандарты на высокопрочные болты с увеличенным размером «под ключ», применяемые в мостостроении — так называемые «мостовые болты»: ГОСТ 22353-77 и российский стандарт ГОСТ Р 52644-2006.

Прочность болтов согласно этих стандартов обозначается значением временного сопротивления на разрыв (границы прочности) в кгс/см²: то есть, 110, 95, 75 и т.д.

Такие болты могут производиться в двух исполнениях:

В производстве высокопрочных болтов по данным стандартам используются также стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА. Применение таких сталей позволяет добиться ещё более высокой прочности.

Маркировка прочности болтов, винтов, шпилек

Система маркировки метрического крепежа разработана инженерами ISO (International Standard Organization — Международная Организация Стандартов). Советские, российские и украинские стандарты опираются именно на эту систему.

Маркировке подлежат болты и винты с диаметром резьбы свыше 6 мм. Болты и винты диаметром менее 6 мм маркировать необязательно — производитель может наносить маркировку по собственной инициативе.

Необходимо отметить, что среди винтов маркируются только винты, имеющие шлиц под шестигранный ключ, с различной формой головки: с цилиндрической, с полукруглой и с потайной головкой. Винты со всеми типами головки, имеющие крестовой или прямой шлиц, не маркируются обозначением класса прочности.

Необходимо также отметить, что не маркируются болты и винты изготовленные методом резания, точения (т.е. не штамповкой) — в этом случае маркировка класса прочности возможна по дополнительному требованию Заказчика.

Знаки маркировки наносят на торцевой или боковой поверхности головки болта или винта. Если знаки наносятся на боковую поверхность головки, то они должны быть углубленными. Допускается маркировка выпуклыми знаками, при этом увеличение высоты головки болта или винта не должно превышать:

• 0,1 мм — для изделий с диаметром резьбы до 8 мм;
• 0,2 мм — для изделий с диаметром резьбы от 8 мм до 12 мм;
• 0,3 мм — для изделий с диаметром резьбы свыше 12 мм

Болты и винты с шестигранной и звездообразной головкой (в том числе изделия с фланцем) маркируют товарным знаком изготовителя и обозначением класса прочности. Данная маркировка наносится на верхней части головки выпуклыми или углубленными знаками; может также наноситься на боковой части головки углубленными знаками. Для болтов и винтов с фланцем, если в процессе производства невозможно нанести маркировку на верхней части головки, маркировку наносят на фланце.

Болты с полукруглой головкой и квадратным подголовником по ГОСТ 7802-80 классов прочности 8.8 и выше маркируют знаком производителя и обозначением класса прочности.

Символы маркировки классов прочности болтов и винтов под шестигранный ключ, приведены в следующей таблице:

Если данные символы невозможно нанести из-за формы головки или ее малых размеров, применяются символы маркировки по системе циферблата. Эти символы приведены в следующей таблице:

Также, в отдельных случаях, на головке болта может маркироваться сталь из которой изготовлен болт. Показан пример болта из Стали 40Х.

Шпильки маркируют цифрами класса прочности только с диаметром резьбы свыше 12 мм. Так как маленькие диаметры шпилек затруднительно маркировать с помощью цифровых клейм, то допускается маркировать такие шпильки, с диаметрами резьбы М8, М9, М10, М11, используя альтернативные знаки, приведенные на рисунке. Знаки наносят на торце гаечного конца шпильки.

Шпильки маркируют клеймением с углубленными знаками и нанесением обозначения класса прочности c товарным знаком производителя на безрезьбовом участке шпильки. Маркировке подлежат шпильки классов прочности 5.6, 8.8 и выше.

Гайки

Класс прочности для гаек из углеродистых сталей нормальной высоты (Н≈0,8d), гаек высоких (Н≈1,2d) и особо высоких (Н≈1,5d) обозначается одним числом. Утверждённый прочностной ряд содержит семь классов прочности:

Это число обозначает 1/100 часть предела прочности болта с которым в паре должна компоноваться гайка в резьбовом соединении. Такое сочетание болта и гайки называется рекомендуемым и позволяет равномерно распределить нагрузку в резьбовом соединении.

Например, гайка класса прочности 8 должна компоноваться с болтом, у которого предел прочности не менее, чем:

8 х 100 = 800 МПа (или 800 Н/мм²; или ≈80 кгс/мм²)

Следовательно, можно использовать болты классов прочности 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 — оптимальной будет пара с болтом класса прочности 8.8.

Классы прочности и марки сталей для гаек нормальной высоты, гаек высоких и гаек особо высоких

Правило подбора гаек к болтам заключается в сохранении целостности резьбы гайки, навинченной на болт, при приложении пробной испытательной нагрузки — попросту говоря, при испытаниях гайку не должно «сорвать» от испытательной нагрузки для выбранного болта.

При подборе классов прочности болтов и гаек, сопрягаемых в резьбовом соединении, можно пользоваться следующей таблицей согласно ГОСТ 1759.4-87:

Особенности соединения с помощью резьбы

1. Надежность за счет использования специальной метрической резьбы и универсальности профиля. Многочисленные исследования подтверждают, что при правильно выбранном классе прочности болта, а также моменте затяжки такое соединение выдерживает большие нагрузки, а также надежно защищено от самооткручивания.
2. Выдерживание поперечных и осевых нагрузок. Изготовленные из специальных марок стали, болты хорошо противодействуют нагрузкам в любом направлении.
3. Несложный монтаж и демонтаж конструкций. Несмотря на то, что спустя некоторое время открутить резьбовое соединение бывает непросто (из-за коррозии металла), с помощью специальных растворителей это сделать вполне реально.
4. Небольшая стоимость работ, которая значительно ниже затрат на сварку. Многие конструкции возводятся сегодня с использованием болтов, поскольку это требует меньше времени и сил.

Нужно отметить, что небольшим недостатком резьбового соединения можно считать сильную концентрацию напряжения в месте впадины профиля самой резьбы. По этой причине маркировка болта должна быть подобрана правильно, в точном соответствии с нагрузкой, которую испытывает деталь. Это позволит уменьшить риск как самооткручивания при слабой затяжке, так и разрыва гайки / срезания резьбы вследствие экстремального напряжения.

Болт лемешный с потайной головкой

Не нужно забывать, что сегодня также активно применяются всевозможные средства стопорения, включая контргайки и пружинные шайбы.

Основные виды болтов

Вернемся к начальной теме статьи и рассмотрим основные виды данного крепежа. А именно:

• Мебельный
• Лемешный
• Дорожный
• Высокопрочный
• Рым-болт

Мебельный болт

Применяется, прежде всего, в мебельной промышленности для сборки и изготовления мебели.

Изделие изготавливается по стандарту ГОСТ 7801-81 с низким классом точности C.

Головка болта имеет полукруглую форму. Под головкой находится ус для усиленной фиксации крепежа.

Марка стали: 10кп
Класс прочности: 3.6,4.8, 5.8
Покрытие: цинк или без покрытия

Лемешный болт

Крепеж для различных соединений. Применяется в строительстве и машиностроении.

Изделие изготавливается по стандарту ГОСТ 7786 с низким классом точности С.

У болта потайная головка позволяющая крепежу не выступать над поверхностью.

Марка стали: 10кп
Класс прочности: 4.8, 5.8
Покрытие: цинк или без покрытия

Дорожный болт

Данный крепеж применяется в строительстве металлических конструкций.
Изделие изготавливается по стандарту ГОСТ 7802 с низким классом точности С.

Марка стали: 1759.0
Класс прочности: 3.6
Покрытие: HDG (горячий цинк)

Высокопрочный болт

Используется, прежде всего, для эксплуатации в условиях низких температур и высокой нагрузки.
Изделие изготавливается по стандарту ГОСТ Р52644, ГОСТ 22353 с среднем классом точности B.

Марка стали: 40Х «Селект»
Покрытие: цинк, без покрытия

Рым болт

Данный крепеж используется для монтажных работ.
Изделие изготавливается по стандарту ГОСТ 4751-73 .

Покрытие: цинк
Грузоподъемность: 140, 140, 230, 340, 490, 700, 1200, 1800, 3200, 4600, 6300, 8600 кг.

На самом деле видов болтов намного больше, но мы не будем их рассматривать в связи с узкой спецификой таких крепежей.
Если вам необходима консультация или помощь специалистов, свяжитесь с нами по телефону (812) 309-54-79.

Изготовление болтов.

Формирование метрической резьбы на болтах осуществляется способом нарезки или накатки:

Резьба болта выполнена на резьбонакатном станке (слева) и на токарном станке (справа)

Болты с шестигранными головками могут иметь резьбу с нормальным и мелким шагом, причем для каждого диаметра стандарт предусматривает только один мелкий шаг. Болты с полукруглыми и потайными головками изготавливают с резьбой только с нормальным шагом.

Правила затягивания БВП

Натяжение высокопрочных болтов производится в два этапа:

1. Совмещают отверстия деталей под высокопрочные болты и фиксируют положение частей конструкции с помощью монтажных пробок.
2. На первом этапе вставляют болтовой крепеж, вынимают пробки. Далее с помощью гайковертов, болтовой крепеж затягивают только до 50-90%. В начале натяжения головку крепежа необходимо придерживать от прокручивания. В случае невозможности устранить прокручивание элемент заменяют.
3. На втором этапе закрепление производится полностью, с помощью динамометрических ключей. Натяжение болтов проводят после контроля соответствия геометрии всей конструкции относительно стандартов и правил, проверки плотности стяжки конструкции.

Отличные технические характеристики соединений, выполненных с помощью высокопрочных болтов, обеспечивают прочность всей конструкции. При условии соблюдения всех инструкций, конструкция будет служить многие десятилетия.

Вариант исполнения

Одной из основных конструктивных особенностей можно назвать вариант исполнения, который зависит от стандарта, по которому изготовлен метиз. Общепринятыми нормативами являются ГОСТ и DIN.

Например, в шестигранных болтах отличительной особенностью может стать стопорение резьбового соединения. Оно достигается за счет отверстия, в которое продевается шплинт или проволока. Если потребовалось уменьшить вес крепежного элемента без потери прочности соединения, то в головке болта можно сделать углубление.