Техпроцесс изготовления болтов

Болты в широком спектре используются в строительстве, производстве технических приборов, бытовой технике, машиностроении и в других областях. Наша статья расскажет о том, как происходит изготовление болтов на производстве и в обычной мастерской.

Болты состоят из шляпки и шпильки (стержня) с наружной резьбой. Шляпка обычно имеет шестигранную форму, с прямым или крестообразным шлицем. Некоторые виды болтов не имеют шлица.

Для подсоединения болтов используется гайка, которая закручивается на резьбу. Болтовое соединение существовало задолго до сварки. Однако у него есть несколько недостатков по сравнению со сварными швами:

1. Болтовое соединение требует большего расхода металла, чем сварка.
2. Прочность и долговечность болтового соединения зависит не только от прочности самого болта, но и от силы затяжки и плотности фиксации.
3. Чтобы обеспечить прочное соединение, необходимо, чтобы прочность резьбы болта соответствовала прочности резьбы гайки. Несоответствие приводит к плохому качеству соединения.
4. Болтовое соединение не предназначено для длительных нагрузок с изгибающим усилием, поэтому требуется правильное центрирование нагрузки при закручивании и эксплуатации.
5. Болтовое соединение не так прочно из-за отверстия.

Несмотря на эти недостатки, болты имеют важные преимущества:

1. Универсальность. Болты можно найти везде, они используются в сборке летательных аппаратов и бытовой техники.
2. Простой монтаж. При затягивании нужно учитывать материал, в который вкручивается болт. В условиях вибрации рекомендуется использовать анаэробные герметики для предотвращения раскручивания гаек.
3. Надежность и длительный срок эксплуатации. Для каждого типа условий существуют болты из соответствующих материалов (легированная и углеродистая сталь, латунь и других сплавы).
4. Возможность разборки соединения за несколько минут. Иногда головка болта может застопориться, особенно если используется деталь без антикоррозийного покрытия или изношенный крепеж.

Классификация болтов по конструктивным особенностям и сфере применения

• Высокопрочные болты — это крепежные изделия из легированных сталей (содержание углерода до 0,4%), которые работают на осевое растяжение. Чтобы повысить прочность и защитить детали от коррозии, высокопрочные болты подвергаются термической обработке в специальных электрических печах. Для затягивания гаек на высокопрочных болтах необходим специальный ключ.

• Самонарезающие болты изготавливаются из термоупрочненной стали. Они используются для крепления профлиста и других листовых материалов к каркасу, фахверку или обрешетке. Крепеж не является сквозным.

• Анкерные болты передают растягивающие усилия с вертикальных конструктивных элементов на основание. Пример использования анкерных болтов — закрепление оконной рамы внутри проема.

• Болты особой конструкции, такие как болт анкерного типа с гайкой, рым-болт (на головке имеется проушина или кольцо), метизы с T-образной и U-образной головкой, болты с квадратной формой подголовка, изогнутые болты для фундамента. Метизы предназначены для решения конкретных задач.

По типу резьбы болты также делятся на следующие виды:

• С метрической резьбой, где форма профиля резьбы равнобедренный треугольник.

• С трапециевидной резьбой, где форма профиля резьбы напоминает трапецию.

• С упорной резьбой, где профиль резьбы имеет форму треугольника с прямым углом у основания. Этот вид резьбы применяется для компенсации значительных боковых нагрузок.

• С прямоугольной резьбой, такие болты используются при высоком давлении на крепежную деталь.

Для изготовления болтов необходимо предварительно определить основные параметры:

• Диаметр резьбы (может варьироваться от 1,6 до 160 мм).

• Диаметр участка шпильки, на котором резьба отсутствует.

• Размер крепежа под ключ (обычно составляет 1,3-1,4 диаметра шпильки для шестигранных метизов).

• Длина шпильки и длина резьбы.

• Наличие отверстий, шлицов, углублений в головке.

• Уровень точности изготовления (повышенная, нормальная, грубая, классы А, В и С соответственно).

В качестве материала для изготовления болтов используется стальная заготовка.

Изменяются виды стали в зависимости от назначения и класса прочности метиза:

• Легированные стали марок А2 и А4.

• Стали, закаленные и отпущенные, с присадками из бора, марганца или хрома.

• Коррозионно-стойкие стали (марки 20Х13, 20Х18Н10Т).

Также болты могут быть изготовлены из сплавов цветных металлов (медь, латунь, бронза). Заготовки для нанесения резьбы на станке можно приобрести в магазинах крепежа. Однако, в промышленных условиях заготовки делают методом штамповки в больших объемах. В случае изготовления болтов на токарном станке использование хранилищ из стальной заготовки, имеющих шестигранную или цилиндрическую форму, оперативнее. Распознаются более высокие требования к качеству заготовок для заводской штамповки. При оценке таких параметров качества сырья, как пластичность стали, прочностные и антикоррозийные характеристики, а также наличие структурных дефектов (пузырей газа, включений неметаллов, неровностей поверхности), можно оценить их качество. Заготовки для холодной штамповки, предназначенные для удаления механических дефектов, очищают от ржавчины и жировых загрязнений, используя раствор серной кислоты или концентрированную соляную кислоту. После этого очищенные заготовки подвергаются известкованию и наносятся смазочные материалы. Только после всех перечисленных процедур сырье направляется на штамповку. Для горячей штамповки заготовки нарезают с помощью ленточных станков. Качество исходного сырья для горячей штамповки также оценивается тщательно, как и в случае с холодной штамповкой.

Существуют два основных метода изготовления болтов:

1. Точение – это процесс, при котором болты изготавливаются штучно или небольшими партиями из стального прутка с помощью токарно-винторезного станка.
2. Холодная или горячая штамповка в заводских условиях с последующей накаткой резьбы.

Независимо от выбранного метода, процесс изготовления болтов включает следующие этапы:

1. Подготовка металлического прутка (катанки).
2. Обрезка заготовок до нужной длины.
3. Выполнение фаски на конце шпильки.
4. Формовка головки болта.
5. Нарезание резьбы.

На каждом этапе производства обязательно проводится контроль качества. Если болты производятся по индивидуальному чертежу, то первая изготовленная деталь подвергается тщательному контролю. При обнаружении отклонений от технического задания, необходимо пересмотреть технологический процесс изготовления болтов и найти причину несоответствия.

Изготовление болтов на токарно-винторезном станке

Этапы и методы обработки заготовки зависят от типа исходного материала (шестигранный или цилиндрический пруток) и характеристик металла, а также от требуемой точности при изготовлении. Горячекатанные заготовки имеют меньшую точность, что исключает возможность точного центрирования будущей детали на токарно-револьверном станке или на станке с ЧПУ.

Техпроцесс изготовления болта на токарном станке из холоднотянутого шестигранного прутка включает следующие этапы:

1. Отрезка заготовки нужной длины с использованием ножовки по металлу.
2. Фиксация заготовки в шестигранной цанге для предотвращения смещения головки относительно центральной оси будущего болта.
3. Торцевая подрезка прутка и центрирование на токарно-винторезном станке.
4. Обтачивание заготовки до получения заданных размеров и снятие фаски с помощью резцов.
5. Нарезание резьбы с использованием плашки или резьбового резца.
6. Обтачивание головки болта и снятие фаски.
7. Обработка головки фрезой.

Если есть специальные требования к шестиграннику головки, техпроцесс изготовления болта на токарном станке может быть усложнен. В этом случае заготовка подвергается дополнительной обработке для предотвращения смещения оси головки относительно оси цилиндра.

Изготовление болтов холодной штамповкой

Первый этап технологического процесса — подготовка металла к процессу штамповки:

• Заготовка должна иметь ровную и блестящую поверхность.

• Очистку поверхности выполняют механическим или прокаливающим способом.

• Удаляют окалину и жировые загрязнения.

• Перед волочением необходимо смазать поверхность заготовки, покрыв ее подсмазочным слоем.

Окалину с поверхности металлических заготовок обычно удаляют с помощью травления. Для этого погружают пруток в раствор серной или соляной кислоты определенной концентрации на время от 5 минут до получаса. Чтобы устранить остатки травлящего раствора, заготовки промывают в горячей воде. Если применялся раствор серной кислоты, остатки следует смыть и нейтрализовать известкованием прутка. Изготовление болтов из металлического прутка происходит без нагрева. При холодной штамповке заготовка деформируется и получает повышенную механическую прочность. Готовая деталь формируется путем заполнения стандартного штампа материалом заготовки нужной конфигурации. Затем деталь извлекается из штампа.

Преимущества холодной штамповки при производстве болтов:

• Высокая производительность процесса.

• Высокая чистота поверхностей деталей и точность размеров.

• Возможность изготовления болтов с диаметром стержня до 52 мм.

При выборе холодной штамповки следует учитывать соотношение размеров головки и диаметра стержня, а также соотношение диаметра головки к ее высоте и показатели деформации. Если эти соотношения превышают критические значения, рассмотрите возможность использования горячей штамповки.

Изготовление болтов горячей штамповкой

Процесс изготовления болтов методом горячей штамповки основан на осаждении металла и распределении его от центра до краев штампа. Если штамповка происходит в открытых штампах, то образуется заусенец из металла, который называется облой. В случае закрытых штампов, такая штамповка называется безоблойной.

Технологический процесс изготовления болтов с использованием горячей штамповки начинается с очистки и нарезания заготовок. Затем заготовки проходят полный цикл операций, превращаясь в прочные и надежные крепежные изделия:

1. Разогрев до 1000 градусов с помощью индуктора.
2. Формирование головки детали с использованием ударного пресса.
3. Снятие фаски на фрезерном станке.
4. Нарезание резьбы на автоматическом станке.

Чтобы обеспечить высокую коррозионную стойкость болтов, они подвергаются оцинковке. Процесс нанесения покрытия состоит из нескольких этапов:

1. Промывка деталей в горячей воде.
2. Химическая очистка поверхности от окислов металла путем травления в соляной кислоте.
3. Нейтрализация оставшейся кислоты путем повторной промывки водой.
4. Погружение деталей в цинковый раствор, разогретый до температуры 450 градусов.

Во время химического покрытия слой цинка осаждают на деталь в растворе электролита. Затем готовые болты подвергаются полировке и устранению механических дефектов.

Горячая штамповка обеспечивает высокую прочность готовых изделий. Это особенно относится к случаям, когда штамповка производится в закрытых штампах. Повышенная прочность объясняется тем, что волокна, ориентированные по форме контура штампа, не обрезаются вместе с образованием заусенца (при безоблойной штамповке).