Разновидности шпилек: типы, сфера использования, методика производства, материал

Резьбовая шпилька – крепеж, выполненный в виде стального стержня, на который нанесена метрическая или дюймовая резьба. Она может полностью покрывать метиз или находиться только на его концах.

У шпилек нет головки. Крепежные изделия используются для стягивания деталей между собой и фиксируются при помощи гаек или вкручиваются в резьбовые отверстия. Метизы востребованы в разных сферах, в первую очередь в строительстве, где просто незаменимы при высокой степени нагрузки. Устанавливать шпильки просто – работы по монтажу не требуют особых навыков и физических усилий.

Производство строительных резьбовых шпилек регламентируют нормативные документы – стандарты ГОСТ и DIN. В них перечислены требования к конструкции метизов, их техническим параметрам, классу точности и прочности, материалам и т.д.

Шпилька DIN 975 – резьбовой стержень с метрической крупной и мелкой резьбой, нанесенной по всей его длине. Номинальная длина изделия – 1000, 2000 и 3000 мм. При необходимости шпильки можно разрезать на фрагменты необходимой длины или соединять два стержня при помощи переходной гайки DIN 6334.

Диаметр резьбы шпилек, изготовленных по DIN 975 – от М2 до М52. Типоразмеры М2-М6 имеют крупный шаг резьбы, изделия с диаметром от М8 до М52 – крупный и мелкий.

Резьбовые шпильки используются для монтажа водопроводов, воздуховодов, вентиляционных систем, крепления брусьев, лаг, досок, монтажа деревянных срубов, наращивания крепежных конструкций.

Согласно стандарту DIN 975 крепежные изделия могут изготавливаться из таких материалов:

• углеродистая сталь – классы прочности 4.6, 5.6, 8.8, 10.9;
• нержавеющая сталь – марки А2-70, А4-80;
• медно-цинковый сплав;
• алюминиевый сплав.

Сейчас в Украине для обозначения резьбовых шпилек используются два стандарта – DIN 975 и DIN 976. Первый был введен в действие 50 лет назад – в 1970 году. Норматив регламентировал требования к резьбовым шпилькам длиной 1 метр с диаметром резьбы от 2 до 52 мм, изготовленных из углеродистой стали с классами прочности 4.6 и 5.6. В 1983 и 1996 годах стандарт дорабатывался. В нем появились параметры резьбовых стержней из нержавеющей стали и номинальные длины шпилек 2 и 3 метра.

В 1995 году вместо стандарта DIN 975 был введен DIN 976-1. Этот норматив не отменял характеристики предыдущего, но был дополнен. К установленным ранее параметрам длины 1000, 2000 и 3000 мм добавлялись более 30 допустимых длин резьбовых стержней в диапазоне от 5 до 160 мм. Кроме того, в стандарт были внесены резьбовые шпильки классов прочности 8.8, 10.9, 12.9.

На сегодняшний день стандарт DIN 975 формально недействителен. Правильно указывать обновленный – DIN 976-1. Но так как все параметры были перенесены без изменений, то крепежные изделия, изготовленные по DIN 975, аналогичны тем, которые производятся по DIN 976-1.

Отечественный стандарт ГОСТ 9066 регламентирует производство односторонних и двухсторонних шпилек для фланцевых соединений. Крепежные изделия имеют цилиндрическую форму. Резьба расположена на концах стержней, в центре остается гладкий участок. Всего выпускается четыре типа метизов:

• А – сплошная шпилька, у которой диаметры резьбового и гладкого участков одинаковые. Может использоваться для монтажа фланцевых соединений трубопроводов, котлов, приборов, резервуаров, арматуры, температура металла которых равна 300 градусам или меньше этого значения;

• Б – сплошные шпильки, диаметр резьбы которых больше диаметра гладкой части. Используется для создания фланцевых соединений с температурой металла больше 300 градусов;

• В – шпильки, имеющие осевое отверстие по всей длине. Диаметр резьбы метизов больше номинального диаметра гладкого участка. Крепежное изделие имеет четырехгранный выступ «под ключ» и затягивается с нагревом. Используется для разъемов корпусов цилиндров турбин (паровых и газовых), регулирующих и стопорных клапанов, температура металла которых может достигать 650 градусов;
• Г – шпильки с осевым отверстием по всей длине, с диаметром резьбы, который превышает значение диаметра гладкой части. На ввинчиваемом конце метиза имеется цилиндрический выступ. Шпилька затягивается с нагревом и используется для разъемов корпусов цилиндров турбин, арматуры, регулирующих и стопорных клапанов с температурой металла до 650 градусов;

• Д – шпильки, которые имеют по всей длине осевое отверстие, а их диаметр резьбы превышает диаметр гладкой части. Крепежное изделие затягивается с нагревом и используется для разъемов корпусов турбинных цилиндров, арматуры, трубопроводов, клапанов, температура которых может достигать 650 градусов.

Типы А, Б и Д выпускаются в двух исполнениях, типы В и Г – в одном.

Диаметр резьбы шпилек для фланцевых соединений, выпускаемых по ГОСТ 9066-75 – от 10 до 160 мм. Шаг резьбы может быть крупным и мелким. Полная длина крепежных изделий – от 45 до 750 мм. Для производства фланцевых шпилек используются такие материалы:

• углеродистая конструкционная сталь – марки ст.20, ст.35, ст.45;
• конструкционная низколегированная сталь – марка 09Г2С;
• конструкционная легированная сталь – марки 30ХГСА, 40Х, 30ХМА, 20ХН3А;
• конструкционная теплоустойчивая сталь – марки 20Х1М1Ф1ТР, 25Х2М1Ф, 25Х1МФ;
• коррозиестойкие, жаростойкие и жаропрочные стали.

Фланцевые шпильки востребованы в разных отраслях промышленности, в первую очередь в электротехнике и тяжелом машиностроении. Метизы используют при строительстве железных дорог, возведении мостовых конструкций, при строительных работах и т.д.

В 1976 году был принят стандарт ГОСТ 22038, регламентирующий производство шпилек с ввинчиваемым концом длиной 2d. Длина ввинчиваемого конца метизов равна удвоенному значению диаметра их резьбы. Класс точности крепежных изделий – В (нормальная точность).

Шпильки изготавливаются в таких вариантах:

• крупный шаг резьбы на ввинчиваемом и гаечном концах;
• мелкий шаг резьбы на гаечном и ввинчиваемом концах;
• мелкий шаг резьбы на ввинчиваемом конце и крупный – на гаечном;
• крупный шаг резьбы на ввинчиваемом конце и мелкий – на гаечном.

Для шпилек предусмотрено два конструкционных исполнения – с равной или разной длиной резьбового и гладкого участков. Диаметр резьбы крепежных изделий – от 2 до 48 мм.

Шпильки с ввинчиваемым концом служат центрирующим крепежом для соединения детали, в которой предусмотрены сквозные отверстия, с другой деталью, имеющей резьбовые отверстия. Например, с помощью метизов можно присоединить фланец к ответной части вентиля. Крепежные изделия востребованы в автомобиле- и машиностроении, а также в других отраслях промышленности. В качестве материала для изготовления может использоваться углеродистая, жаропрочная, легированная или нержавеющая сталь. на поверхность крепежа могут быть нанесены защитные покрытия на цинковой, никелевой или окисной основе.

Аналог шпилек ГОСТ 22038-76 – метизы, изготовленные в соответствии с DIN 835. По данному стандарту выпускаются шпильки с ввинчиваемым концом длиной 2d, имеющие диаметр резьбы от М6 до М16. Длина крепежных изделий – от 16 до 120 мм.

По стандарту ГОСТ 22032-76 выпускаются шпильки с ввинчиваемым концом длиной 1d (длина ввинчиваемого конца равняется диаметру резьбы метизов). Диаметр резьбы крепежных изделий – от М2 до М48. Длина шпильки – от 10 до 300 мм. Шаг резьбы может быть крупным или мелким, одинаковым или разным на ввинчиваемом и гаечном концах. Метизы выпускаются в двух исполнениях. Резьбовая часть стержня может быть длиннее гладкого участка или равняться ему.

Шпильки с вывинчиваемым концом изготавливаются из углеродистых и нержавеющих сталей. Метизы из нержавейки незаменимы для эксплуатации в условиях агрессивных сред, например, в нефтедобывающей, химической или газовой промышленности. Чтобы защитить от коррозии крепежные изделия из углеродистых сталей, на их поверхность наносят покрытие на основе цинка. Классы прочности шпилек по ГОСТ 22032-76: 5.8, 8.8, 10.8, 12,9.

Аналогичные шпильки с ввинчиваемым концом производятся по DIN 938. Диаметр резьбы крепежных изделий – от М5 до М30. Метизы производятся из углеродистой стали (класс прочности от 5.6 до 8.8), нержавейки марок А2 и А4, латуни.

Данный стандарт распространяется на резьбовые шпильки с ввинчиваемым концом, длина которого равняется диаметру метиза, умноженному на коэффициент 1.25. Номинальный диаметр резьбы крепежных изделий – от 2 до 48 мм. Шаг резьбы крупный и мелкий, предлагаются следующие варианты:

• крупный на гаечном и ввинчиваемом концах;
• мелкий на гаечном и ввинчиваемом концах;
• мелкий на ввинчиваемом конце и крупный на гаечном;
• крупный на ввинчиваемом конце и мелкий на гаечном.

Шпильки по ГОСТ 22034-76 выпускаются в двух исполнениях:

• 1 – с одинаковым диаметром резьбового и гладкого участков;
• 2 – диаметр резьбы больше диаметра гладкой части.

Длина крепежных изделий – от 10 до 300 мм. Шпильки могут изготавливаться из стали (углеродистой или нержавеющей) или латуни. Для защиты от коррозии используются разные виды гальванических покрытий, из которых самом востребованным является оцинковка.

Шпильки, которые производятся по DIN 939, являются аналогами крепежных изделий, изготовленных по ГОСТ 22034-76. Диаметр резьбы метизов – от М5 до М30, полная длина – 16-180 мм.

Стальные резьбовые шпильки используются при проведении строительных и ремонтных работ, монтаже оборудования и металлоконструкций. При помощи метизов устанавливают системы вентиляции и воздуховоды, собирают каркасы, стенды, различные строения. При сборке деревянных домов при помощи шпилек фиксируют бревна срубов.

В машиностроении шпильки применяют для фиксации крупногабаритного оборудования. Для этой цели подходят метизы с ввинчиваемым концом. Один конец шпильки ввинчивается, второй затягивается гайкой.

Производители используют несколько технологий для изготовления резьбовых шпилек. Самая простая и низкорентабельная – обработка металлических заготовок на токарных станках. Более совершенный метод – использование станков с числовым программным управлением. Они увеличивают объем выпускаемых деталей, но расход металла при этом достаточно большой.

Самая современная и эффективная технология производства резьбовых шпилек – холодная штамповка. Использование специальных автоматов позволяет получать до 400 готовых изделий в минуту, а потери металла сводятся к минимуму.

Процесс изготовления шпилек на токарных станках состоит из нескольких этапов:

• нарезка катанки на отдельные заготовки требуемой длины;
• механическая обработка поверхности заготовок;
• нарезка резьбы;
• термическая обработка для получения необходимой прочности;
• чистовая обработка.

Первую изготовленную деталь обязательно проверяют на соответствие чертежу и тщательно сверяют все размеры. Для контроля размеров используется штангенциркуль. Если были обнаружены отклонения, в программу станка вносятся необходимые изменения.