При огромном выборе промышленным фирмам следует избегать количественного роста крепежных изделий. Если не быть предусмотрительным на стадии проектирования какого-либо оборудования, то увеличение числа крепежных деталей различных типов и размеров в проекте впоследствии может обернуться большими материальными потерями.

Проблемы разнообразия крепежных изделий

Предположим, что разрабатывается конструкция какой-либо машины, на определенной стадии сборки которой потребуется установка самонарезающего винта. Допустим также, что винт этот должен иметь вполне определенные диаметр и длину. В данном случае конструктор имеет следующий выбор самонарезающих винтов в соответствии с действующими стандартами: девять форм профилей резьбы, шесть типов головок, три типа прорезей на головке и четыре разновидности обработки поверхности. В результате конструктору придется выбирать один винт из 648 возможных. Из приведенного примера видно, с чем может столкнуться компания с большим штатом конструкторов при увеличении числа крепежных деталей, каждая из которых нумеруется по принадлежности и поставляется в партии.

Та же проблема характерна и для более простых случаев. Пусть требуется подобрать соответствующие друг другу болт, гайку и шайбу. Обращаясь к стандартным изделиям, инженер обнаруживает, что болт необходимых диаметра и длины он может выбрать из трех с разной формой головки, из четырех, рассчитанных на различные нагрузки, из двух с неодинаковым шагом резьбы и из трех, отличающихся способом обработки поверхности; нужную ему гайку он может выбрать по меньшей мере из двух типов, и из двух типов - шайбу. В целом число возможных комбинаций равно 288.

Подсчитано, что стоимость хранения запасов деталей одного наименования обходится более чем в 2 тыс. долл. в год. Каждое из этих наименований необходимо записать в банк данных вычислительной машины, откуда в нужный момент можно извлечь требуемую информацию; необходимо также поддерживать определенные условия, при которых имеющиеся в наличии детали данного типа сохраняли бы свою пригодность; для хранения запасов требуется специальное помещение и, кроме того, необходимо располагать техническими и людскими средствами для доставки нужного оборудования со склада. Все это относится к каждой гайке, болту, шайбе и другим крепежным элементам, используемым при сборке машин и узлов.

Многие фирмы склонны уделять значительно меньше внимания крепежным деталям, чем любым другим, из которых собирается тот или иной узел. Обычно гайки и болты представляют как стандартизованные недорогие детали, которые всегда под руками, и при необходимости рабочему достаточно дотянуться до ящика, взять нужное и установить. В результате (за несколькими исключениями, в том числе в автомобильной промышленности и в производстве сельскохозяйственной техники) немало средств расходуется на увеличение запасов крепежных деталей, а также на необоснованное использование болтов и гаек с повышенными прочностными характеристиками, из улучшенных материалов, с особым видом резьбы и специальным покрытием. На основании собственного опыта могу сказать, что любая промышленная фирма, расходующая 1 млн. долл. в год на крепежные детали, может сэкономить 15% от этой суммы только за счет более рационального использования этих деталей.

С необходимостью решения указанной проблемы связано появление в последние годы нового подхода в инженерной практике. Еще на стадии разработки конструкции машины инженер выбирает необходимые крепежные детали из большого числа имеющихся в наличии, а также наиболее подходящий способ их установки. В результате такого подхода достигается существенное повышение надежности и конструктивной безопасности разрабатываемых машин.

Правильная затяжка болтовых соединений

Помимо того, что многие компании не уделяют должного внимания проблеме крепежных элементов, можно отметить и другое немаловажное обстоятельство, а именно - недостаточность знаний о правильных способах затяжки болтовых соединений. Чтобы затяжка была наиболее надежной, завинчивание гаек должно производиться до момента, непосредственно предшествующего появлению в металле остаточной деформации. При этом достигается наиболее высокое давление в месте затяжки.

Ввиду того, что затяжка производится вручную, крупные болты и гайки (диаметром 5/8 дюйма и больше), как правило, не до затягиваются, и наоборот, более мелкие крепежные детали обычно затягиваются слишком сильно.

Для обеспечения нормальной затяжки болтов и гаек используются специальные гаечные ключи и приспособления. В тех же случаях, когда к соединению крепежных деталей предъявляются особо жесткие требования (с точки зрения обеспечения высокой надежности и безопасности), их затяжка осуществляется с использованием электронных устройств автоматического управления, которые получают все более широкое практическое применение. Используемый в этих системах микропроцессор управляет операцией затяжки (в настоящее время ее может выполнять и робот). В основе принципа управления лежит измерение и преобразование величины момента и угла в электрические сигналы. По достижению определенной величины сигналов завертывающее устройство с электрическим приводом выключается.

Контролирование степени затяжки часто позволяет применить более мелкие или относящиеся к более низкому классификационному классу крепежные детали, что может обеспечить экономию в размере 10% на каждую деталь. Для предприятия, которое производит сборку, скажем, 1 млн. машин в год, такая замена крепежных деталей может снизить издержки на 100 тыс. долл. в год. Кроме того, если учесть, что после установки более надежного болтового соединения снизится возврат некачественной продукции для ремонта, то экономия будет еще больше.

Покрытие метизов

Многие крепежные детали работают в агрессивных средах, вызывающих коррозию, или в условиях высоких температур, а иногда при одновременном воздействии обоих факторов. Стандартами предусматривается покрытие деталей, рассчитанных на работу в указанных условиях, специальными составами из фосфата и жидкой смазки или из черного окисла. Для обеспечения повышенной устойчивости к коррозии на поверхность крепежных деталей гальваническим способом наносят цинк или кадмий. Но все эти методы не лишены недостатков. Покрытие цинком и кадмием, например, может повысить хрупкость металла.

В последнее время разработана технология покрытия крепежных изделий алюминием, которая успешно применяется в авиационно-космической промышленности для деталей, рассчитанных на работу в экстремальных условиях, например, в газовых турбинах. Алюминий рассеивается на фосфате или хромате. Алюминиевые покрытия повышают способность крепежных изделий выдерживать высокие температуры и противостоять воздействию многих жидких химических и органических веществ.

Некоторые успехи достигнуты и в технологии покрытия инструментов, применяемых при холодных способах производства крепежных изделий. Эти инструменты, хотя и изготовляются из высокопрочных и твердых материалов, все же быстро изнашиваются. Самые большие затраты в производстве крепежных изделий связаны с заменой используемых для их производства инструментов. Меры, обеспечивающие продление срока службы инструментов для изготовления крепежных изделий, включают различные виды обработки их поверхностей, такие, как цементация, азотирование и гальванопокрытие. Используется также и установка вкладышей из карбида титана или нитрида титана в места, подверженные наибольшему износу. В настоящее время разработана технология нанесения тонкого слоя карбида титана или нитрида титана химическим путем или методом осаждения. Покрытия не только придают инструментам исключительно высокую твердость, но и выполняют роль смазки, которая снижает трение между инструментом и обрабатываемой деталью. Указанные технологические приемы в большинстве случаев повышают срок службы инструментов, в три-пять раз.

Срок службы оцинкованной стали приблизительно пропорционален толщине покрытия, когда сталь подвергается атмосферным воздействиям. Но, плотно подогнанные поверхности гаек и болтов, не подвержены атмосферным воздействиям и продукт окисления защищает конец нитки резьбы так, что атмосферное воздействие не может проникнуть внутрь. Поэтому, не следует бояться относительно долговечности и целостности частей оцинкованного болтового соединения. Но, можно позаботиться о сохранении, подверженных атмосферным воздействиям, частей головки болта и резьбы. Толщина покрытия, в этом месте, составляет около половины от толщины покрытия у остальных частей, и вероятно, что гайки и болты покажут следы воздействия коррозии перед тем, как они появятся у других. Лучшее, что можно сделать в этом случае, это нанести цинкосодержащую краску на головки болтов и открытые участки резьбы после соединения, для увеличения покрытия. Но даже если Вы не сделаете этого, то у Вас не будет проблем с целостностью такого соединения в будущем. Единственная сложность, здесь, в появлении красных пятен, которые портят вид, в особенности тогда, когда прожилки уже идут вглубь структуры материала.