• Главная
• Статьи
• Соединение деталей
• Соединения на высокопрочных болтах

Соединения на высокопрочных болтах

Высокопрочные болты согласно ГОСТу P 52643-2006 – это стержневые крепежные детали с прочностными характеристиками не ниже класса 8.8. В качестве сырья для их производства используются легированные, а также низколегированные стали, в которых углерода содержится не более 0,4%. Технология изготовления – горячая либо холодная высадка. По завершении данного процесса на стержень наносится резьбовая нить. Заключительный этап производства – термическая обработка. На поверхность может наноситься слой защитного покрытия. Его толщина обычно не превышает 50 мкм.

Немного теории

Как известно, болты обычной прочности работают на срез. В отличие от них рассматриваемые метизы работают на растяжение. Иная ситуация наблюдается в отношении соединения, сформированного высокопрочными болтами. Оно работает на трение. Благодаря данному фактору прочность и, соответственно, надежность сопряжения повышаются в разы.

Чего следует ожидать, если на посадочное место, отведенное под высокопрочный крепеж, установить обычные стержневые соединительные детали? При эксплуатации такого скрепления причинно-следственная цепочка выглядит следующим образом: в сечении возникает поперечно направленная сила → там же появляется сдвигающая сила → пластины сдвигаются по причине недостаточной степени натяжения болта, обусловливающей небольшую силу трения → происходит деформация болта → скрепление утрачивает прочность.

В соединении, сформированном на основе высокопрочных болтов, эти детали прижимают металлические пластины одну к другой, ввиду чего возникает сила трения, препятствующая сдвигу скрепляемых элементов конструкции. Поэтому требование об обязательной необходимости предварительной очистки поверхности пластин от загрязнений и ее обезжиривания перед скреплением в данном случае очень актуально.

Сфера применения

Используются соединения на болтах высокой прочности во многих отраслях современной промышленности, в частности, в:

ü машиностроении;

ü процессе сборки узлов транспортных средств;

ü строительной индустрии;

ü сфере возведения мостовых сооружений; железнодорожных магистралей и т.д.

Встречаются такого рода соединения и в быту. Например, когда необходимо закрепить на бетонной несущей стене массивный широкоформатный плазменный телевизор. В данном случае высокопрочные болты выполняют функцию анкера.

Прочность

Государственным стандартом за номером P 52643-2006 установлены требования к высокопрочному крепежу, используемому для создания соединений. Под таковым подразумеваются болты с 6-гранной шляпкой, гайки шестигранной конфигурации, размер под ключ которых увеличен, а также шайбы.

Прочностные характеристики данного болтокомплекта определяются согласно ГОСТа 32484.1-2013 по двум системам – Роквелла (показатель НR) и Виккерса (показатель НV). При этом НR для болта может принимать одно из двух значений – 10.9 либо 8.8, а НV только одно – 10.9. В тексте данного нормативного документа отдельно оговорено, что формирование соединения не должно допускать смешивание деталей пусть даже с одинаковой прочностью, но определенной по разным системам.

Технические характеристики болтов

Технические характеристики болтов, обладающих высокой прочностью, установлены ГОСТом P 52644-2006. Его положения утверждают одно исполнение данных крепежных деталей.

Значения параметров, отображенных на этом чертеже, представлены в таблице. Единица измерения миллиметры.

Диаметр резьбы, параметр d		M48	M42	M36	M30	M27
b	lnom≥150,0	102,0	96,0	84,0	72,0	66,0
	lnom<150,0	102,0	90,0	78,0	66,0	60,0
	lnom≥3×d
r	Не меньше	2,0
da	Не больше	53,0	47,0	41,0	35,0	31,0
е	Не меньше	82,6	71,3	66,4	55,4	50,9
K	Не меньше	29,58	25,58	22,58	18,58
	Не больше	30,42	26,42	23,42	19,42
	Номинал	30,0	26,0	23,0	19,0
S	Не меньше	73,1	63,1	58,8	49,0	45,0
	Не больше	75,0	65,0	60,0	50,0	46,0
ds	Номинал	48,0	42,0	36,0	30,0	27,0
Шаг резьбы	Номинал	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0

Продолжение таблицы.

Диаметр резьбы, параметр d		M24	M22	M20		M18		M16
b	lnom≥150,0	60,0	56,0	52,0	48,0		44,0
	lnom<150,0	54,0	50,0	46,0	42,0		38,0
	lnom≥3×d
r	Не меньше	1,5					1,2
da	Не больше	28,0	26,0	24,0	21,0		19,0
е	Не меньше	45,2	39,6	37,3	33,0		29,6
K	Не меньше	16,65	14,65	13,65	12,65		11,65
	Не больше	17,35	15,35	14,35	13,35		12,35
	Номинал	17,0	15,0	14,0	13,0		12,0
S	Не меньше	40,0	35,0	33,0	29,16		26,16
	Не больше	41,0	36,0	34,0	30,0		27,0
ds	Номинал	24,0	22,0	20,0	18,0		16,0
Шаг резьбы	Номинал	3,0	2,5				2,0

Параметр l (длина стержня) изменяется в диапазоне 40,0 мм≤l≤300 мм.

Для предотвращения коррозии на поверхность болтов может наноситься защитный слой. Максимальная толщина такого покрытия (обозначение W) зависит от диаметра резьбы крепежной детали. В цифрах это выглядит следующим образом:

• резьба M16 – W≤25,0 мкм;

• резьба M22, M20, M18 – W≤30,0 мкм;

• резьба M27. M24 – W≤40,0 мкм;

• резьба M48, M42, M36, M30 – W≤50, мкм.

Основные положения CHиП III 18 75

В данном нормативном документе указаны правила, которыми нужно руководствоваться при изготовлении конструкций из металла. Кроме того, им описаны все виды соединений, созданных с использованием высокопрочных болтов, в частности:

• Фланцевое. Сфера применения таких соединений – конструкции, работающие исключительно на изгиб или на растяжение. В первом случае задействуются т.н. фланцы податливого вида, а во втором – жесткие;

Соединение, сформированное болтами:

• совместно со сваркой – болтосварное. Применяется для усиления конструкций, созданных на основе фланцевых, а также фрикционных соединений путем приваривания деталей. Второй вариант реализации – монтаж высокопрочных болтов в сварных соединениях, предусматривающий предварительное натяжение последних;
• болтозаклепочное. Используется, когда возникает необходимость замены заклепок высокопрочными стержневыми метизами. В число самостоятельных разновидностей соединений не входит. Подбор болтов, заменяющих заклепки, требует тщательного подхода. В Сети можно найти специальные таблицы, отображающие, какому болтовому соединению соответствует заклепочное. Нужно просто не полениться, скачать хотя бы одну из них, изучить размещенную в ней информацию и корректно ее применить на практике. К примеру, на место демонтированной заклепки с          диаметром d, равным 23,0 мм следует устанавливать болт M24. А заклепочный элемент с d=21,0 мм заменяется высокопрочной стержневой деталью с резьбой M20;

• совместно с клеящим составом – болтоклеевое. Реализуется в случае необходимости учета наряду с изгибающим моментом еще и других сдвигающих усилий. В число таковых входят силы с векторами, ориентированными в продольном и поперечном направлениях. Соприкасающиеся элементы подобных конструкций покрываются пленкой из клеевого компаунда – чаще всего это олигомерный реакционноспособный вязкий продукт ЭД16, а также ЭД20. Состоят данные вещества из: химических соединений, увеличивающих пластичность покрытия. Они так и называются – пластификаторы; олигомеров, содержащих 3-членные насыщенные гетероциклы – а это уже эпоксидные смолы; продукта, обеспечивающего полимеризацию смолы – отвердителя; масс, затвердевающих под воздействием комнатной температуры – специальные наполнители в виде корунда.

Фрикционное. Здесь метизы формируют силу трения заданной величины между скрепляемыми компонентами конструкции, плотно прижимая их один к другому. Такое соединение должно обладать несущей способностью, превышающей, 75% от значения данного показателя детали, прикрепляемой к конструкции;

С несущими высокопрочными болтами. В этих соединениях сдвигающее усилие передается через:

• деформацию, носящую местный характер – смятие;

• нагрузку, работающую на срез;

• силу трения между контактирующими поверхностями.

Расчет несущей способности проводится для каждого болта отдельно. Одновременно вычисляются индивидуальные прочностные показатели всех таких крепежных деталей и их стойкость к воздействию внешних нагрузок. Сфера применения несущих высокопрочных болтов – сборка конструкций следующих разновидностей:

• постоянных, рассчитанных на работу под исключительно статическими нагрузками;

• временных, устойчивых к воздействию вышеуказанных нагрузок;

• временных, а также постоянных, при расчете которых учитываются нагрузки динамического характера, либо воздействия, работающие на сдвиг.

Необходимо отметить, что проектирование любого фрикционного соединения проводится на основе специальных нормативов. Их полный перечень содержится в CHиПе II.B.3-72. Разработка соединений иных видов осуществляется в соответствии с техническими условиями, представленными конкретной компанией-контрагентом, являющейся производителем работ. По причине широкого спектра разновидностей болтовых соединений, на чертежах они обозначаются каждое по-своему. Данное правило и цифробуквенные последовательности обозначения не претерпевали изменений с момента вступления в силу ГОСТа 2.315. А произошло это в далеком 1968 году.

Особенности натяжения высокопрочных болтов

Регулировка вращающего усилия в ходе натяжения этих крепежных деталей осуществляется следующими способами: по

• величине момента закручивания;

• углу, на который поворачивается гайка;

• осевому натяжению самого болта;

• количеству тангенциальных ударов гайковерта.

Независимо от выбранного метода затягивания высокопрочных соединительных элементов необходимо применять стяжные болты. И здесь есть еще один момент. Формулируется он так: в начале натяжения шляпку высокопрочных деталей нужно придерживать. Место, с которого следует начинать формировать соединение – середина либо его наиболее жесткий участок. Затягивание болта с определенным усилием выполняется посредством динамометрического ключа. Последовательность этапов скрепления компонентов конструкции с использованием данного инструмента выглядит так:

• совмещение отверстий в сопрягаемых пластинах путем сквозного забивания пробок в некоторые из этих отверстий;

• фиксация пакета в заданном положении стяжными болтами;

• все резьбовые крепежные детали (включая стяжные) подлежат затягиванию с требуемым усилием;

• пробки удаляются аккуратными ударами молотка по предварительно установленной направке. Далее там, где они находились, монтируются с помощью динамометрического ключа высокопрочные болты.

Технологические нюансы

При формировании соединения необходимо соблюдать определенные требования. Рассмотрим лишь ключевые.

Обработка поверхностей

Обработка контактирующих поверхностей скрепляемых элементов осуществляется:

• пневматическим методом с использованием кварцевого песка;

• огневой методикой посредством ацетиленовых многопламенных горелок;

• вручную либо механически щетками со стальным ворсом.

Выполнять данную операцию необходимо с максимальной тщательностью. Ведь она призвана изменить коэффициент трения так, чтобы несущая способность формируемого соединения повысилась. Приступать к сборке объекта нужно не позднее 72 часов после проведения обработки. Если этот временной интервал будет превышен, ранее выполненную процедуру нужно будет повторить.

Подготовка болтов

Подготовка метизов предусматривает их расконсервацию с последующей:

• очисткой от грязи и следов коррозии;

• прогонкой резьбы отбракованных болтов.

Смазочный слой удаляется путем помещения высокопрочного крепежа в кипящую воду на непродолжительное время. По окончании данной процедуры болты следует окунуть в раствор, состоящий из 15 процентов автола и 85 процентов неэтилированного бензина. И здесь на срок хранения до формирования соединения действует ограничение – не больше 10 суток. Данное требование связано с возможным увеличением коэффициента закручивания при превышении этого временного интервала.

Прогонку резьбовой накатки высокопрочных болтов следует выполнять, применяя специальный гайковерт с пневматическим приводом.

Установка

Монтаж осуществляется с использованием двух (тоже высокопрочных!) шайб – одна идет под шляпку болта, а вторая размещается под гайкой. Гайка должна навинчиваться на резьбовую накатку свободно, то есть от руки. Иные варианты недопустимы. Гайка, накручивающаяся с трудом, подлежит замене. Впрочем, можно заменить сам высокопрочный болт.

Теперь несколько слов о пробках. Они должны размещаться в 10 процентах отверстий. Соответственно, удалять их допускается лишь после того, как во все остальные гнезда будут установлены болты и затянуты с требуемым усилием. При этом нужно действовать, не мешкая. Удалив пробку, монтировать на ее место высокопрочную соединительную деталь следует сразу же.

Затягивание крепежа M24 часто осуществляется гайковертом. Для его тарировки применяется такой показатель, как поворот ответной гайки на заранее определенный угол. Момент закручивающего усилия, обеспечиваемый подобным инструментарием, может достигать отметки 1600 Нм. Тарирование устройства для болтов M24 должно предварять начало выполнения монтажных работ. Гайковерт может комплектоваться сменными головками конусообразной конфигурации, отличающимися повышенным весом. Это обусловливает снижение потерь мощности при скручивании.

Помимо большой массы, у головок имеется еще одна особенность: они в обязательном порядке проходят этап термообработки. По его завершении твердость сменных приспособлений находится в диапазоне от НRС35 до НRС45.

Часто для формирования соединения на высокопрочных болтах M24 применяются последовательно два динамометрических ключа. Это предоставляет возможность получения максимально точной величины момента закручивания. Выглядит данная методика так:

• первым ключом, который принято называть «малый», закручивают болты с моментом, не превышающим 200 Нм;

• вторым инструментом, называемым «большой», производится финишное затягивание с моментом, равным 1600 Нм.

При закручивании всех высокопрочных болтов за исключением M24 ориентиром обычно является осевое усилие. Для выполнения данной процедуры применяется ключ с пневматическим приводом. Он подлежит обязательному тарированию перед формированием соединения.

Впрочем, для крепежа M20 и ряда иных типоразмеров можно осуществлять корректировку затягивания на величину момента закручивания. Способ достаточно сложен. Его реализация предусматривает расчет момента закручивания с последующим его измерением в ходе затяжки болта. Выполняется эта операция с болтами M20 и M24 с помощью электрического ударного гайковерта так:

• сначала стержневой высокопрочный крепеж устанавливается в место, указанное на чертеже создаваемой конструкции;

• затем осуществляется затягивание болтов посредством вышеупомянутого инструмента нанесением 3-х единичных ударов;

• финишная затяжка. Гайковертом наносятся удары в количестве, требуемом для получения в высокопрочном стержневом крепеже осевого напряжения заданной величины. Обычно это 14-18 воздействий импульсного характера.

Заключение

В заключение стоит отметить один момент. При формировании соединения посредством высокопрочных болтов допускается депланация (так по-научному называется перепад поверхностей) сопрягаемых элементов конструкции до 0,5 мм. Если этот показатель (обозначение ПВ) находится в диапазоне 0,5 мм<ПВ≤3,0 мм, такой дефект нужно будет ликвидировать. Делается это механической обработкой, предусматривающей формирование плавного скоса, характеризующегося уклоном с соотношением меньшего катета к гипотенузе, не превышающим 1:10. Когда же параметр ПВ>3,0 мм, тогда устанавливаются металлические прокладки подходящей толщины.

 

Твитнуть

comments powered by Disqus