Класс прочности шпильки: что это и как выбрать прочную шпильку

Класс прочности шпильки – это стандартизированный показатель, который говорит о механических свойствах крепежного изделия. Клас прочности помогает понять, насколько прочно изделие и для каких нагрузок оно предназначено. Также этот показатель используется для болтов и винтов.  В этой статье рассмотрим, что такое класс прочности шпильки, что от него зависит и как выбрать крепкую шпильку под ваши задачи.

Что означают цифры класса прочности шпильки?

Показатель класс прочности шпильки состоит из двух цифр, разделенных точкой, и каждая цифра имеет свое значение. Например, шпилька класс прочности 8.8 или шпилька класс прочности 10.9.

Рассмотрим более подробно на примере шпильки с классом прочности 8.8:  

• Первая цифра (8): указывает на предел прочности на разрыв (временное сопротивление). Чтобы получить его значение в мегапаскалях (МПа), нужно умножить первую цифру на 100. 
  Для класса прочности 8.8: 8×100=800 МПа. Это означает, что шпилька выдерживает нагрузку до 800 МПа, прежде чем произойдет ее разрушение.
• Вторая цифра (8): указывает на отношение предела текучести к пределу прочности, умноженное на 10.
  Для класса 8.8: чтобы найти предел текучести, нужно умножить предел прочности (800 МПа) на вторую цифру (8) и разделить на 10.
  800×8/10 = 640 МПа. Это значит, что шпилька начинает необратимо деформироваться (вытягиваться или сжиматься) при нагрузке 640 МПа. При меньших нагрузках она вернется в исходное состояние.

Таким образом, чтобы выбрать подходящие шпильки резьбовые, нужно ориентироваться и на класс прочности.  

Как перевести мегапаскали в килограммы силы?

И все же для обывателя показатель прочности в мегапаскалях мало о чем говорит. Чтобы было проще, мы можем перевести это в килограммы силы (кгс), которые понятнее, поскольку связаны с нашим ежедневным опытом.

Важно понимать, что мы не можем просто перевести МПа в кгс без учета площади сечения шпильки. Мегапаскали –  это давление, то есть сила, распределённая на площадь. Чтобы получить общую силу (в килограммах), нужно знать эту площадь.

Площади сечения шпилек: М6 – 28.3 кв. мм, М8 – 50.3 кв. мм, М10 – 78.5 кв. мм, М12 – 113.1 кв. мм

1 МПа ≈ 0.102 кгс/мм²

Формула для расчета нагрузки в килограмм-силах выглядит так:

Нагрузка (кгс) = Напряжение (МПа) × Площадь сечения (мм²) × 0.102

Для примера покажем, какую нагрузку выдерживает шпилька М8 разных классов прочности. 

Таблица прочности для шпильки М8 с разными классами прочности

Важно: тип нагрузки имеет значение

Когда мы говорим о классах прочности шпилек 3.6, 4.8, 8.8 и так далее, эти цифры в первую очередь описывают поведение материала при растяжении (или сжатии вдоль оси). Именно на такие нагрузки шпильки, болты и винты спроектированы и используются чаще всего — например, когда гайка накручивается на шпильку и "стягивает" детали вместе.

Как только вы прикладываете боковую нагрузку, пытаясь согнуть или срезать шпильку, её способность выдерживать эту нагрузку будет значительно ниже, чем те тысячи килограммов, о которых мы говорили применительно к растяжению.

Поэтому, если ваша задача — использовать шпильку в качестве оси, которая будет испытывать боковые нагрузки или изгиб, нужно выбирать не только по классу прочности, но и по другим параметрам, например, по диаметру (чем толще, тем сложнее согнуть) и длине (чем короче, тем сложнее согнуть). В некоторых случаях для таких задач используются специальные оси или валы, а не стандартные шпильки.

Основные классы прочности шпилек и их применение

Впрочем, если вы не инженер, а просто выбираете прочную шпильку, все эти расчеты вам ни к чему. Вот основные классы прочности шпилек, которые встречаются на рынке:

Низкопрочный крепеж (обычно без термообработки):

• Шпилька 3.6: самый низкий класс прочности. Используется для очень легких, ненагруженных соединений.
• Шпилька 4.6: тоже низкопрочный. Применяется для общих строительных работ, где нет значительных нагрузок (например, легкие деревянные конструкции).
• Шпилька 4.8: это базовый класс для общих применений, где не требуется выдерживать высокие нагрузки. 
• Шпилька 5.6: Немного прочнее, чем 4.6.
• Шпилька 5.8: Прочнее, чем 4.8. Часто используется для массовых соединений в машиностроении, где необходима немного большая прочность, чем у 4.8. 
• Шпилька 6.8: Еще прочнее, но все еще относится к обычным.

Высокопрочный крепеж (проходит термообработку):

Это крепеж, который подвергается специальной термической обработке (закалке и отпуску), что значительно повышает его прочность.

• Шпилька 8.8: один из самых распространенных классов высокопрочного крепежа. Широко используется в машиностроении, строительстве, для ответственных соединений, где требуются средние и высокие нагрузки. 
• Шпилька 9.8: еще более прочный, чем 8.8.
• Шпилька 10.9: высокопрочный крепеж для очень ответственных соединений и высоких нагрузок. Часто применяется в мостостроении, тяжелом машиностроении, для крепления двигателей и других критически важных узлов. 
• Шпилька 12.9: самый высокий из распространенных классов прочности. Используется для самых нагруженных и ответственных соединений, где требуется максимальная прочность и компактность крепежа (например, в подъемной технике, критических узлах машин).

Как выбрать прочную шпильку?

Теперь, когда вы знаете, что означают таинственные цифры на шпильке, выбор становится намного проще. Класс прочности шпильки – это ваш главный ориентир, определяющий, насколько надёжно и безопасно будет соединение.

Не переплачивайте за избыточную прочность там, где она не нужна, выбирая низкопрочные шпильки (3.6 – 6.8) для бытовых нужд, лёгких конструкций и ненагруженных соединений.

И наоборот, никогда не экономьте на безопасности, используя высокопрочные шпильки (8.8 – 12.9) для ответственных узлов, тяжёлых машин, мостовых конструкций и везде, где к соединению предъявляются повышенные требования.