Болты: строение, виды и их применения в строительстве

Составные части болта

Болты являются крепёжными деталями, которые состоят из двух частей: ножки с резьбой и шляпки, соединяющейся с ножкой через отверстие. Как правило, такие крепежные детали изготавливаются из высококачественной углеродистой стали. В зависимости от технологий изготовления болты бывают оцинкованные и не оцинкованные.

Преимущества оцинкованных крепежных деталей состоит в том, что они более невосприимчивы к коррозии и не теряют металлический блеск на протяжении всего срока эксплуатации. Преимущественно такие болты применяются в видимых местах соединения деталей, например: во время сборки мебели, различной техники, внешней обшивки, а также в интерьерной мебели.

Кроме того болты также могут изготавливаться из жаропрочной, нержавеющей стали, а вот из меди или латуни болты практически не изготавливаются. Изготавливаются болты в соответствии с рекомендациями ГОСТа и DINа.

Класс прочности и материалы изготовления

Под классом прочности резьбовых соединений подразумевается лимит прочности изделия на разрыв. Класс прочности этих метизов зависит от механических свойств изделия и делится на 11 категорий. По большому счету этот параметр определяется материалом изготовления болтов. Они могут быть изготовлены из:

• Обыкновенных сталей;
• Конструкционных легированных и низколегированных сталей;
• Нержавеющих обычных и жаропрочных сталей;
• Латуни, меди, титана и титановых сплавов.

По форме шляпки

В зависимости от формы головки и предназначения различают следующие метизы. Наиболее часто изготавливаются болты, имеющие шестигранную или же круглую шляпку, но встречаются также с овальной и квадратной. Помимо этого шляпки также различаются и по размерам головки. Так по стандартам DINа существуют, такие крепежные детали, имеющие стандартные, уменьшенные и увеличенные профиля.

Сама форма головки так же может быть трёх видов: плоской, выпуклой и скрытой. Последняя форма головки является скрытой, которые используются в сборке мебели. Иногда во время ремонта многие используют болты со скрытой шляпкой, чтобы они не портили эстетичный вид комнаты.

• на первом и втором шляпка в форме шестигранника;

• на третьем и четвертом представлена форма головки с лысками под ключ;

• на пятом шляпка болта имеет внутренний шестигранник;

• на шестом рисунке изображена шляпка с треугольными шлицами;

• на седьмом показано скрытое расположение болта с внутренними шестигранниками.

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.

По типу ножки болта

Как правило, ножки болта изготавливаются со стандартным диаметром всего стержня. Но встречаются в продаже и болты со ступенчатой ножкой, где нарезная часть уже гладкой. Такая форма болта помогает уравновесить нагрузку, потому такой вид деталей крепежа используют в соединении очень тяжелых частях. Таким образом, различают следующие виды болта:

• со стандартным стержням

• болт с подголовком стержня

• с уплотненной ножкой для установки в отверстие без зазоров

• с ножкой меньшего диаметра гладкой части

Из чего изготавливают болты?

1. Алюминиевый вид болтов: легкий, устойчивый к окислению, коррозии, термостойкий, отличается простотой изготовления.
2. Латунные: прочные, устойчивые к коррозии, с низкой магнитной проницаемостью.
3. Медные: выдерживают высокие нагрузки, обладают отличной износостойкостью, подходят для использования вблизи магнитов.
4. Пластиковые: бюджетные варианты для небольших нагрузок.
5. Стальные: изготовлены из прочного, газированного железа. Сталь без покрытия подвержена коррозии.
6. Из закаленной стали: прочнее других, но более хрупкие.
7. Из нержавеющей стали: считаются химически стойкими и устойчивыми к коррозии с презентабельной отделкой.
8. Из суперсплавов: бывает с хорошей механической прочностью, стабильностью поверхности, коррозионной стойкостью, устойчивы к высоким температурам.
9. Титановые: прочные, легкие и устойчивые к коррозии. При сплавлении с другими металлами увеличивается прочность и долговечность.

Технологическое изготовление болта

Существуют два принципиально разных метода изготовления этого вида крепежа:

• Точение — процесс изготовления болтов штучно или небольшими партиями из стального прутка на токарно-винторезном станке.
• Холодная или горячая штамповка в заводских условиях с последующей накаткой резьбы.

Процесс изготовления болтов независимо от метода состоит из следующих этапов:

• Подготовка металлического прутка (катанки).
• Нарезание заготовок нужной длины.
• Выполнение фаски на конце шпильки.
• Формовка головки болта.
• Нарезание резьбы.

На всех стадиях производства выполняется контроль качества. При изготовлении метизов по индивидуальному чертежу первая изготовленная деталь проверяется максимально тщательному контролю. При обнаружении отклонений от технического задания следует пересмотреть технологический процесс изготовления болта и найти причину несоответствия.

Изготовление на токарно-винторезном станке

Этапы и методы обработки заготовки зависят от типа исходного материала (шестигранный или цилиндрический пруток, характеристики металла), а также от степени точности заготовки. Горячекатанные заготовки обладают меньшей точностью, что исключает возможность точного центрирования будущей детали на токарно-револьверном станке или на станке с ЧПУ.

Техпроцесс изготовления детали болт на токарном станке из холоднотянутого шестигранного прутка делится на несколько этапов:

• От стального прутка с помощью ножовки по металлу отрезают заготовку нужной длины.
• Заготовку фиксируют в шестигранной цанге, чтобы головка детали не смесилась относительно центральной оси будущего болта.
• Подрезка торца прутка в размер, центрирование на токарно-винторезном станке.
• Обтачивание заготовки до получения заданных размеров, снятие фаски с помощью резцов.
• Нарезание резьбы с помощью плашки или резьбового резца.
• Обтачивание головки болта, снятие фаски.
• Обработка головки фрезой.

Если имеются особые требования к шестиграннику головки детали, техпроцесс изготовления болта на токарном станке усложняется. Чтобы исключить смещение оси головки относительно оси цилиндра, заготовку подвергают дополнительной обработке.

Изготовление болтов холодной штамповкой

Первый этап техпроцесса — подготовка металла к процессу штамповки:

• Поверхность заготовки должна быть ровной и блестящей. Зачистку поверхности в условиях производства выполняют механически либо с помощью прокаливания.
• Выполняется очистка от окалины и жировых загрязнений.
• Смазывания поверхности заготовки (предварительно поверхность металла покрывают подсмазочным слоем, перед волочением это обязательно).

Окалину с поверхности металлических заготовок обычно удаляют путем травления. Для этого пруток погружают в раствор серной или соляной кислоты определенной концентрации на время от 5 минут до получаса. Чтобы устранить травильный шлам, заготовки промывают в горячей воде. Если травление проводилось с помощью раствора серной кислоты, остатки смывают и нейтрализуют известкованием прутка.

Изготовление болтов из металлического прутка происходит без нагрева металла. Деформация заготовки при холодной штамповке сопровождается наклепом — увеличением механической прочности металла. Готовая деталь получается путем заполнения стандартного штампа заданной конфигурации материалом заготовки. Далее происходит высадка детали — извлечение готового металлического метиза из штампа.

Преимущества метода холодной штамповки при производстве болтов:

• Высокий уровень производительности техпроцесса.
• Максимальная чистота поверхностей деталей и точность типоразмеров.
• Изготовление болтов с диаметром стержня до 52 мм.

При выборе метода холодной штамповки следует учитывать соотношение размеров головки и диаметра стержня детали, а также соотношение диаметра головки к ее высоте и показатели относительной и истинной деформации. Если соотношения для перечисленных величин выше критических значений, следует рассмотреть возможность изготовления детали горячей штамповкой.

Изготовление болтов горячей штамповкой

Суть горячей штамповки заключается в осадке металла и к перераспределению его от середины к краям штампа. Если штамповка происходит в открытых штампах, образуется заусенец из металла (облой). Штамповка в закрытых штампах называется безоблойной. Техпроцесс изготовления детали болт с помощью горячей штамповки начинается с очистки и нарезания заготовок. Затем заготовки проходят полный цикл операций по превращению в прочный и надежный крепеж:

• Разогрев до 1000 градусов с помощью индуктора.
• Формирование головки детали с помощью ударного пресса.
• Снятие фаски на фрезерном станке.
• Нарезание резьбы на автоматическом станке.

Чтобы обеспечить высокую коррозийную стойкость крепежа, болты подвергают оцинковке. Этапы нанесения покрытия:

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

При химической гальванизации слой цинка на деталь осаждают в растворе электролита. Готовые болты полируют и устраняют механические дефекты.

Горячая штамповка обеспечивает высокие прочностные характеристики готовых метизов. В первую очередь это касается штамповки в закрытых штампах. Повышенная прочность объясняется тем, что волокна, ориентированные по форме контура штампа, не обрезаются вместе с заусенцем (безоблойная штамповка).

Области применения

Болты используют для фиксации в разъемных конструкциях. При потребности крепеж болтового типа можно разобрать. Соединение с болтом получается статическим и жестким. Главная сфера использования болтов — возведение несущих конструкций: рамы для автомобилей, станины станков, каркасы зданий.

Винты создают подвижное соединение, что отражается на области их использования. Они применяют в часовых механизмах, токарных станках. Саморезы используют в качестве крепежа для удержания предметов небольшого веса (полки, картины, светильники).

Подведем итоги. Чем отличается болт от винта по определению и сфере использования:

• В болтовом соединении нагрузка распределяется перпендикулярно направлению отверстия, в винтовом — параллельно ему.
• Резьба в винтах нарезается по всей длине шпильки, у болта есть утолщение между шляпкой и резьбой на шпильке.
• Болт используют с гайкой, винт — без нее.
• Болтовой крепеж часто имеет значительные размеры, в отличие от винтового.
• Болты применяют в соединениях, где требуется выдерживать высокие нагрузки.
• На головке винта обязательно есть шлиц под отвертку, на головке болта такого шлица нет.

Источники

• https://pkmetiz.ru/articles/bolt-i-vint-v-chem-raznica/
• https://SoproMats.ru/detali/bolt/
• https://StrojDvor.ru/strojmaterialy/bolt-m16/
• https://pkmetiz.ru/articles/izgotovlenie-boltov-tehnologii-marki-stali-process/
• https://www.vseinstrumenti.ru/krepezh/metricheskij/bolty/articles/klassy-prochnosti/
• https://NiceSpb.ru/zapchasti/iz-chego-sostoit-bolt.html
• https://met-all.org/metalloprokat/metizy/boltovoe-soedinenie-klassy-prochnosti-boltov-markirovka-gost.html