Для соединения изделий друг с другом используется металлический крепеж, представленный на рынке в широком ассортименте. Крепежные элементы имеют разные размеры, форму и назначение. Чаще всего детали соединяют винтами, болтами, гайками, саморезами, шурупами, анкерами, заклепками, шпильками, шайбами и т. п.
1. Болт.
Одним из способов соединения металлических изделий является посредством болтов – стержней с наружной резьбой и четырех- или шестигранной головкой. Для соединения требуется гайка или отверстие с внутренней резьбой. Болт внешне напоминает винт, оба крепежных элемента широко применяются в машиностроении, строительстве и пр.
Различаются они по способу работы:
болт проходит через соединяемые элементы насквозь, фиксируется гайкой или гаечным ключом;
винт вкручивается в деталь с резьбой с помощью отвертки или торцевого ключа.
В отличие от второго, первый не прокручивается внутрь соединяемых элементов.
2. Саморезы.
Для соединения деревянных деталей часто используются саморезы:
крепежными элементами с мелкой резьбой соединяют металлические заготовки небольшой толщины с деревянными или пластмассовыми деталями;
саморезы с крупной резьбой предназначены для фиксации деревянных деталей.
Острый наконечник, выполненный в форме сверла, самостоятельно проделывает отверстия в соединяемых заготовках.
3. Гайка.
Еще одним способом соединения деталей из металла является с помощью гаек – крепежных элементов с отверстием и внутренней резьбой. Используются в паре с болтами. Гайки различаются по форме (шестигранные, круглые с насечками, квадратные, T-образные, с выступами для пальцев и т. п.), а также по прочности.
4. Шуруп.
Этот крепежный элемент представляет собой стержень с наружной резьбой, острием конической формы и головкой. Способ соединения металла между собой с помощью шурупов заключается во вкручивании крепежа в готовое отверстие или мягкий материал (пластмассу, дерево). В этом заключается разница между ними и саморезами. Они менее универсальны по сравнению с последними, так как имеют меньшую высоту и шаг резьбы. Востребован этот вид крепежных изделий в строительных и отделочных работах.
5. Анкер.
Анкер крепится к опорному основанию и удерживает нужный элемент. Крепеж имеет две части:
нераспорную, которая не участвует непосредственно в фиксации конструкций;
распорную (рабочую), с изменяемыми размерами.
Помимо основных частей, может иметь манжету – кайму, препятствующую проникновению внутрь основания или фиксируемой конструкции. Анкеры используют для соединения металлических изделий из листовых материалов, а также для крепления тяжеловесных конструкций и фундамента.
6. Заклепки.
Делятся на два основных вида:
Вытяжные, состоящие из алюминиевой головки и стержня из оцинкованной стали. Они предназначены для неразрывной фиксации двух или более металлических элементов. При работе с ними используются механические инструменты.
Резьбовые заклепки широко применяются в машиностроении и электронике. На стержень этого крепежного изделия нанесена резьба, поэтому соединяемые с его помощью детали можно при необходимости разобрать.
7. Шпилька.
Это цилиндрический стержень без головки с резьбой по всей длине или только на концах. К такому способу соединения металлических изделий прибегают при отсутствии резьбы у фиксируемых деталей. Используется в паре с гайкой, может быть дополнен шайбой. Последняя представляет собой круглую пластинку, подкладываемую под гайку и повышающую прочность крепления, предотвращающую деформацию соединяемых заготовок. Это достигается за счет увеличения прижимной поверхности скрепляемых деталей.
С помощью шпилек скрепляют любые изделия и конструкции, включая высоконагруженные. Преимущество этого способа крепления металлических элементов заключается в том, что для его применения не требуются особые навыки.
В зависимости от наличия резьбы крепежные элементы делятся на:
метрические, представленные винтами, болтами, гайками и шпильками;
неметрические (приспособленные), представленные гвоздями, анкерами и т. п.
В зависимости от области использования они делятся на:
высокопрочные резьбовые крепежи;
элементы массового использования;
изделия для безударной и/или односторонней фиксации;
крепежи, предназначенные для герметизации изделий;
детали, предназначенные для соединения полимерных композитных материалов и т. п.
Это условная классификация, поскольку крепежные изделия могут одновременно относиться к нескольким группам.
Рекомендации по выбору крепежа для соединения металлических изделий
Различные способы соединения металлических изделий используются в самых различных сферах промышленности и производства: от создания электронных устройств до строительства. После обработки специальными составами, повышающими их прочность и антикоррозионные свойства, крепежные элементы подходят для эксплуатации в агрессивной среде, в условиях повышенной влажности.
Срок службы готового изделия или конструкции зависит в том числе и от используемых крепежных элементов, поэтому при их выборе следует обратить внимание на следующее:
прочность крепежа должна быть выше прочности соединяемых заготовок;
высокая герметичность, не зависящая от того, на каком объекте используют тот или иной крепеж и/или способ соединения металлических изделий;
качественные материалы, благодаря которым достигается высокая надежность и безопасность готовой конструкции;
тип и диаметр крепежа выбирается в соответствии с предполагаемым характером воздействия (поперечным или продольным, статичным или динамическим).
Разные способы соединения металлических изделий имеют свои достоинства и недостатки. При выборе того или иного варианта необходимо, в первую очередь, исходить из предполагаемых условий эксплуатации будущей конструкции, а во вторую – из характеристик крепежных элементов.
1. Спайка.
Технологически этот способ соединения деталей из металла схож со сваркой, разница заключается в плавящемся материале:
при спайке плавится присадочная проволока;
при сварке – сам материал заготовки.
Спайка отличается меньшей надежностью по сравнению со сваркой.
Для соединения алюминиевых деталей, к примеру, велосипедных рам, больше подходит сварка, поскольку в данном случае требуются прочные сварные соединения.
Учитывая, что большая часть элементов велосипедной рамы изготовлена из алюминия, то сложностей при сварке не возникнет, главное, правильно выбрать технологию сваривания. Шов должен быть качественным и высокопрочным, устойчивым к деформациям и механическому воздействию.
Такое решение приводит к сложностям при применении сварки как способа соединения металлических деталей. Высокая температура может стать причиной появлений трещин и деформации стальных элементов рамы. Вместо сварки в таком случае использовали спайку.
Хотя шов и получается более прочным, он все равно уступает по качеству сварным соединениям. Современные велосипедные рамы изготавливают из карбона, поэтому необходимость использования того или иного способа крепления металлических элементов либо полностью отсутствует, либо сводится к минимуму.
2. Склеивание.
Склеивание как способ соединения металлических изделий подходит для материалов, которые плохо поддаются сварке. Речь идет о таких металлах, как титан или магний. Во время склеивания мастера сталкиваются со следующими сложностями:
склеиваемые поверхности должны быть точечно подготовлены к обработке;
при склеивании внахлест требуется подгонка;
для соединения характерна невысокая прочность;
нельзя выполнять работу в несколько приемов.
Для повышения прочности крепления заготовок используют комбинированные способы, такие как заклепочно-клееные и сварочно-клееные.
3. Сварка.
Наиболее надежным способом соединения металлических изделий друг с другом считается сварка. Для фиксации элементов используют следующие ее виды:
газовую ацетиленокислородную;
контактную;
электродуговую;
электроннолучевую;
лазерную;
холодную.
При газовой сварке края соединяемых заготовок расплавляют в пламени кислородно-ацетиленовой смеси. Таким образом сваривают малоуглеродистые и низколегированные стали. Недостаток способа заключается в том, что сварной шов получается пористым, во время обработки из-за воздействия кислорода подвергается окислению, что отрицательно сказывается на его качестве.
Во время контактной сварки края соединяемых заготовок плотно прижимаются друг к другу и нагреваются за счет прохождения через них тока большой силы. Используется для соединения небольших по площади изделий, делится на шовную и точечную.
Электроды для электровакуумных изделий изготавливают при помощи точечной сварки. Крепление элементов друг к другу производится за счет импульсного тока, при этом изменяются такие параметры обработки, как продолжительность и сила воздействия, а также давление в точке сварки. Правильный подбор параметров позволяет соединять различные по типу и форме металлические заготовки, к примеру, вольфрамовую нить и никелевую фольгу.
4. Заклепывание.
Несмотря на широкое распространение сварки, заклепывание по-прежнему продолжает применяться как один из способов соединения металлических изделий. Его основной недостаток заключается в том, что шов может быть выполнен только внахлест. Однако он менее прочный, поскольку со временем заклепки расшатываются, а сверление отверстий может привести к дополнительной деформации материала заготовки.
Тем не менее, этот способ фиксации металлических деталей применяется в самолето- и мостостроении. Он долговечен и безопасен для конструкции, зачастую к заклепыванию прибегают при невозможности использования сварки.
Этот способ соединения деталей из металла также используется в производстве техники, автомобилестроении, при ремонте транспортных средств, однако он вытесняется технологией точечной сварки.
По мере развития технологий сварка все больше заменяет другие способы крепления металлических деталей. Уже сегодня она используется при возведении мостов, в строительстве авиатехники.
5. Шпоночное соединение.
Шпонки используют как способ соединения таких металлических изделий, как вал с деталями, передающими вращение и колебание. Элементы могут иметь различную конструкцию: призматическую, клиновую, сегментную, тангенциальную. Крепежные детали образует два основных вида соединений:
Ненапряженные, для создания которых используются призматические сегментные шпонки. Во время сборки не возникает предварительное напряжение.
Напряженные, для создания которых используются тангенциальные и сегментные шпонки. Подходят для соединения деталей сложных конструкций, во время сборки возникает монтажное напряжение.
6. Зубчатое (шлицевое).
Этот способ соединения металлических изделий предполагает фиксацию элементов путем попадания выступающих зубьев на валу в специальные углубления в ступице.
Размеры крепежных элементов устанавливаются отраслевыми стандартами. Способ подходит для создания подвижных и неподвижных соединений.
В зависимости от жесткости фиксации выделяют три варианта: легкая, средняя, высокая. Отличаются друг от друга высотой и количеством зубцов, варьирующимся от 6 до 20 штук. Зубцы могут иметь различную форму:
Треугольные подходят для соединения небольших валов неподвижных или с небольшим крутящим моментом. Этот вид крепежных элементов используется редко.
Прямобочные. Этот вид изделий для соединения металлических деталей центрируют по внутреннему и наружному диаметру боковых граней.
Эвольвентные – используют для крепления больших валов.
Назначение зубчатых соединений – передача крутящего момента. В основном, их используют в производстве электроинструментов.
Области применения различных способов соединения металлических изделий
Различные способы фиксации металлических элементов применяются в разных сферах промышленности, а также в быту. Их используют при производстве мебели, в строительстве, тяжелой промышленности и т. п.
Шпоночные и шлицевые крепления распространены в сферах создания электроинструментов, оборудования, в машиностроении. Без соединений с натягом невозможно изготовить валы зубчатых колец, червячные колеса. Пайка необходима для работы над электронным оборудованием, требующем высокой точности. С помощью заклепок соединяют тонколистовые металлы.