Самонарезающие винты: принцип работы и ограничения

Самонарезающие винты: принцип работы, ограничения по толщине и твёрдости, сравнение с самосверлящими

Как работает самонарезающий винт и чем он отличается от самосверлящего?

Самонарезающий винт (thread-forming screw) формирует резьбу в материале за счёт пластической деформации, без удаления материала. В отличие от самосверлящего винта (self-drilling screw), который сначала сверлит отверстие, а затем нарезает резьбу, самонарезающий винт требует предварительно выполненного отверстия и работает только на формирование резьбового профиля. Это принципиальное различие определяет области применения и ограничения каждого типа.

Принцип самонарезания

Механика процесса

Самонарезающий винт имеет специальную геометрию заходной части: конический участок с неполным профилем резьбы, который постепенно внедряется в материал и формирует ответную резьбу. Процесс основан на пластическом течении материала: резьба винта вытесняет материал, который заполняет впадины профиля. Для облегчения процесса в заходной части могут быть выполнены стружкоотводящие канавки.

Типы самонарезающих винтов по ISO 1478

Тип	Обозначение	Форма заходной части	Применение
A	Острый, с прорезью	Коническая, со шлицем	Тонкий лист (t ≤ 1,2 мм)
AB	Острый, без прорези	Коническая, сплошная	Тонкий лист (t ≤ 2,0 мм)
B	Притупленный	Цилиндрическая, с канавкой	Лёгкие сплавы, пластики
C	Острый, резьба по всей длине	Коническая, мелкий шаг	Тонкий лист, высокая прочность
F	Притупленный, частый шаг	Цилиндрическая	Чугун, толстый лист

Ограничения по толщине и твёрдости материала

Ограничения по толщине

Самонарезающие винты эффективны в определённом диапазоне толщин материала. При недостаточной толщине резьба не формируется полностью, при избыточной — возрастает крутящий момент и риск срыва резьбы или поломки винта.

Диаметр винта, мм	Мин. толщина, мм	Оптим. толщина, мм	Макс. толщина, мм
2,5	0,4	0,6–1,0	1,5
3,0	0,5	0,8–1,5	2,0
3,5	0,6	1,0–2,0	2,5
4,2	0,7	1,2–2,5	3,0
4,8	0,8	1,5–3,0	4,0
5,5	1,0	2,0–4,0	5,0
6,3	1,2	2,5–5,0	6,0

Ограничения по твёрдости

Самонарезающие винты эффективны при твёрдости материала не более 30 HRC (примерно 300 HV). При более высокой твёрдости пластическая деформация материала невозможна, и резьба не формируется. Для материалов твёрдостью выше 30 HRC необходимо применение самосверлящих винтов или предварительное нарезание резьбы метчиком.

Рекомендуемые соотношения твёрдости:

Твёрдость винта должна превышать твёрдость материала минимум на 10 HRC;
Для стали: твёрдость материала ≤ 25 HRC (стали до класса прочности С345);
Для алюминиевых сплавов: ограничений по твёрдости практически нет;
Для нержавеющей стали: самонарезание затруднено из-за склонности к наклёпу.

Сравнение самонарезающих и самосверлящих винтов

Параметр	Самонарезающие	Самосверляющие
Предварительное отверстие	Требуется	Не требуется
Принцип работы	Пластическая деформация	Резание + нарезание
Макс. толщина металла	6 мм	12 мм (с усиленным сверлом)
Макс. твёрдость материала	30 HRC	35 HRC
Скорость монтажа	Ниже (2 операции)	Выше (1 операция)
Усилие закручивания	Выше	Ниже
Качество резьбы	Выше (накатанная)	Среднее (нарезанная)
Прочность соединения	Выше (наклёп)	Стандартная
Стоимость	Ниже	Выше

Расчёт несущей способности самонарезающего соединения

Сопротивление вырыву

Несущая способность самонарезающего винта на вырыв из листового материала определяется прочностью сформированной резьбы на срез:

N_t = π · d₁ · L_eng · τ_u / γ_M

Самонарезающие винты: принцип работы и ограничения

где d₁ — внутренний диаметр резьбы; L_eng — длина свинчивания (толщина материала); τ_u — предел прочности материала на срез; γ_M = 1,25.

Сопротивление срезу винта

F_v,Rd = 0,5 · f_ub · A_s / γ_M2

где f_ub — предел прочности материала винта; A_s — площадь сечения винта по резьбе.

Заключение

Самонарезающие винты — это эффективный крепёж для соединения тонколистовых материалов, обеспечивающий высокую прочность резьбового соединения за счёт наклёпа материала при формовке резьбы. Их применение ограничено толщиной материала (до 6 мм) и твёрдостью (до 30 HRC). При работе с более толстыми или твёрдыми материалами, а также при необходимости однопроходного монтажа без предварительного сверления, следует применять самосверлящие винты.