1. Введение в резьбовые вставки и пружинные втулки

Резьбовые вставки (thread inserts) и пружинные втулки (spring bushings) являются важными элементами современного крепежа, обеспечивающими создание высокопрочных резьбовых соединений в материалах с низкой прочностью на срез или для восстановления поврежденной резьбы. Эти изделия широко применяются в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, электронику и многие другие.

Основное назначение резьбовых вставок:

  • Усиление резьбы в мягких материалах (алюминий, магниевые сплавы, пластик)
  • Восстановление поврежденной или сорванной резьбы
  • Создание износостойкой резьбы, устойчивой к вибрации
  • Обеспечение многократного использования резьбового соединения без повреждений
  • Снижение веса конструкции при сохранении прочности соединения

Различные производители предлагают свои решения в этой области, наиболее известными из которых являются HELICOIL, Ensat, KEY-LOCKING и их аналоги. Каждый тип вставок имеет свои особенности, преимущества и ограничения, которые необходимо учитывать при выборе для конкретного применения.

2. Типы резьбовых вставок

2.1. Спиральные проволочные вставки HELICOIL

HELICOIL (также известные как спиральные втулки) представляют собой спиральные вставки, изготовленные из проволоки ромбовидного сечения. Эти вставки устанавливаются в специально подготовленное отверстие с резьбой увеличенного диаметра, создавая новую внутреннюю резьбу стандартного размера.

Особенности HELICOIL:

  • Изготавливаются в соответствии со стандартами ASME B18.29.1 (дюймовые) и ASME B18.29.2M (метрические)
  • Доступны как в свободноходовом (free-running), так и в самостопорящемся (screw-locking) исполнении
  • Обладают превосходной устойчивостью к вибрации и распределением нагрузки
  • Обеспечивают высокую стойкость к износу и усталостным напряжениям
  • Широкий выбор материалов, включая нержавеющую сталь 304 и 316, Инконель X-750, фосфористую бронзу и другие

HELICOIL идеально подходят для ремонта поврежденной резьбы, а также для создания прочной резьбы в мягких материалах, таких как алюминиевые сплавы.

2.2. Самонарезающие вставки Ensat

Вставки Ensat представляют собой самонарезающие втулки, которые напрямую вкручиваются в подготовленное отверстие без предварительного нарезания резьбы. Они выпускаются в различных конфигурациях, наиболее распространенными из которых являются:

  • Ensat-S 302 (с прорезью) - рекомендуется для большинства случаев применения
  • Ensat-SB 307/308 (с режущими отверстиями) - разработан для материалов со сложными свойствами резания

Особенности Ensat:

  • Имеют большую эффективную площадь среза, обеспечивающую высокую прочность на вырыв
  • Устанавливаются в уже готовую деталь, что повышает эффективность производства
  • Не требуют специальных инструментов для установки
  • Обеспечивают высокую точность позиционирования резьбы
  • Доступны в различных материалах: сталь, нержавеющая сталь, латунь

Вставки Ensat широко применяются в металло- и пластмассообрабатывающей промышленности, особенно в автомобилестроении, производстве бытовой техники и промышленного оборудования.

2.3. Другие типы вставок и их аналоги

Помимо HELICOIL и Ensat существуют и другие типы резьбовых вставок:

  • KEY-LOCKING (Keenserts) - вставки с фиксаторами-ключами, которые обеспечивают максимальную стойкость к вибрации и проворачиванию
  • E-Z LOK - твердые втулки, которые устанавливаются в подготовленное отверстие с помощью эпоксидных смол или механически
  • TIME-SERT - вставки с точной фиксацией, часто используемые для ремонта резьбы в автомобильных двигателях
  • RECOIL - аналог HELICOIL от другого производителя
  • KATO Coil - еще один тип проволочных вставок, соответствующий тем же стандартам, что и HELICOIL

Каждый из этих типов вставок имеет свои особенности и области применения. Выбор конкретного типа зависит от требований к прочности соединения, материала основы, условий эксплуатации и других факторов.

3. Стандарты и спецификации

3.1. Метрические стандарты

Метрические резьбовые вставки регламентируются следующими стандартами:

  • ASME B18.29.2M - стандарт для метрических спиральных резьбовых вставок
  • DIN 8140 - немецкий стандарт для резьбовых вставок
  • BS 4377 - британский стандарт для отверстий под проволочные резьбовые вставки (метрические резьбы ISO)
  • ISO 6410-2 - стандарт для представления резьбовых вставок на технических чертежах

Метрические резьбовые вставки обозначаются буквой M с указанием основного диаметра резьбы в миллиметрах (например, M8). При необходимости может указываться шаг резьбы после знака умножения (например, M8×1.25).

3.2. Дюймовые стандарты

Дюймовые резьбовые вставки регламентируются следующими стандартами:

  • ASME B18.29.1 - стандарт для дюймовых спиральных резьбовых вставок (свободноходовых и самостопорящихся)
  • MIL-I-45914A - военный стандарт США для резьбовых вставок
  • MS51830, MS51831, NAS1394, NAS1395 - стандарты для аэрокосмической промышленности

Дюймовые резьбовые вставки обозначаются размером и количеством витков на дюйм (TPI). Например, 1/4-20 означает резьбу диаметром 1/4 дюйма с 20 витками на дюйм. Для малых размеров используется нумерация: #4-40, #6-32 и т. д.

4. Конструктивные особенности

4.1. Особенности конструкции HELICOIL

HELICOIL имеет несколько ключевых конструктивных особенностей:

  • Ромбовидное сечение проволоки - обеспечивает упругую фиксацию в резьбе
  • Тангенциальный выступ (tang) - используется для установки вставки и удаляется после монтажа (в обычных вставках; также доступны вставки без выступа - "tangless")
  • Предварительное натяжение - вставка устанавливается с натягом, обеспечивая плотный контакт с резьбой отверстия
  • Уникальный профиль резьбы - обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всей длине вставки

Благодаря этим особенностям, HELICOIL обеспечивают высокую прочность соединения и устойчивость к вибрации, а также значительно увеличивают срок службы резьбового соединения.

4.2. Особенности конструкции Ensat

Вставки Ensat имеют следующие конструктивные особенности:

  • Режущая прорезь (в модели 302) - обеспечивает самонарезание и позволяет вставке небольшое сжатие внутрь, создавая эффект фиксации винта
  • Три режущих отверстия (в моделях 307/308) - распределяют режущее усилие на три кромки, что особенно важно для материалов со сложными свойствами резания
  • Толстая стенка - обеспечивает высокую прочность и устойчивость к нагрузкам
  • Большая эффективная площадь среза - вставка M4 часто может заменить обычную резьбу M5 по прочности на вырыв

Вставки Ensat являются оптимальным решением для создания прочных и износостойких резьбовых соединений в материалах с низкой прочностью на срез, таких как алюминиевые сплавы, латунь, пластики и древесные материалы.

5. Установка и монтаж

5.1. Установка HELICOIL

Процесс установки спиральных вставок HELICOIL включает следующие этапы:

  1. Сверление отверстия необходимого диаметра (см. Таблицу 1 и 2 для определения размера)
  2. Нарезание специальной резьбы с помощью STI-метчика (со специальным профилем для HELICOIL)
  3. Установка вставки с помощью установочного инструмента
  4. Удаление установочного выступа (tang) при использовании стандартных вставок

Для установки HELICOIL рекомендуется использовать специальные комплекты, которые включают все необходимые инструменты. Также доступны профессиональные инструменты для серийной установки вставок.

5.2. Установка Ensat

Процесс установки самонарезающих вставок Ensat более прост и включает следующие этапы:

  1. Сверление отверстия необходимого диаметра (см. Таблицу 3)
  2. Снятие фаски с отверстия (при необходимости)
  3. Установка вставки на монтажный инструмент режущей прорезью или отверстиями вниз
  4. Вкручивание вставки в отверстие
  5. Удаление монтажного инструмента

Важно обеспечить правильное совмещение вставки с отверстием и не допускать чрезмерного момента затяжки, который может привести к повреждению вставки или основного материала.

5.3. Необходимый инструмент

Для установки различных типов вставок требуется следующий инструмент:

  • Для HELICOIL:
    • Комплект метчиков STI (специальный профиль)
    • Установочный инструмент
    • Инструмент для удаления выступа (при необходимости)
    • Калибры GO/NO-GO (при необходимости)
  • Для Ensat:
    • Ручной инструмент для установки (для серии 030/031)
    • Пневматические инструменты для серийной установки
    • В некоторых случаях можно использовать болт с гайкой для полевой установки
  • Общие инструменты:
    • Сверла необходимого диаметра
    • Инструмент для снятия фаски
    • Инструменты для удаления стружки и очистки отверстия

Правильный выбор и использование инструмента значительно влияют на качество установки и долговечность резьбового соединения.

6. Области применения

6.1. Автомобильная промышленность

В автомобильной промышленности резьбовые вставки широко применяются в следующих областях:

  • Блоки двигателей и головки блоков цилиндров из алюминиевых сплавов
  • Впускные коллекторы из композитных материалов
  • Трансмиссии и коробки передач
  • Различные вспомогательные компоненты: зеркала, радиаторы, бамперы и т.д.
  • Ремонт поврежденной резьбы в различных компонентах

Использование вставок позволяет снизить вес конструкций за счет применения легких сплавов при сохранении высокой прочности резьбовых соединений.

6.2. Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической промышленности резьбовые вставки применяются в критически важных соединениях, где требуется максимальная надежность и минимальный вес:

  • Компоненты фюзеляжа и крыльев из алюминиевых и титановых сплавов
  • Двигательные установки
  • Системы управления полетом
  • Электронные компоненты и приборы

В аэрокосмической отрасли часто используются специальные сплавы для вставок, такие как Инконель X-750, Нимоник 90, титановые сплавы и другие, обеспечивающие работу в экстремальных условиях.

6.3. Другие отрасли

Резьбовые вставки также широко применяются в следующих отраслях:

  • Электроника и бытовая техника - крепление компонентов в пластиковых корпусах
  • Медицинское оборудование - создание надежных соединений в компактных устройствах
  • Производство промышленного оборудования - фланцевые соединения, строительное оборудование и т.д.
  • Военная техника - танки, самолеты и другие виды вооружения
  • Изготовление мебели - особенно для мебели, требующей многократной сборки и разборки

Универсальность и надежность резьбовых вставок делает их незаменимыми в самых различных областях применения.

7. Рекомендации по выбору

7.1. Выбор материала

При выборе материала резьбовой вставки следует учитывать следующие факторы:

  • Коррозионная среда - для агрессивных сред рекомендуется использовать нержавеющую сталь 316 или специальные сплавы
  • Температурный режим - для высокотемпературных применений подходят сплавы Инконель или Нимоник
  • Электропроводность - для электротехнических применений часто используется фосфористая бронза
  • Механические нагрузки - для высоких нагрузок рекомендуются стальные или титановые вставки
  • Вес конструкции - для снижения веса могут применяться титановые или алюминиевые вставки

Подробные характеристики материалов представлены в Таблице 6.

7.2. Выбор размера

При выборе размера резьбовой вставки необходимо учитывать:

  • Диаметр резьбы - должен соответствовать требуемому винту или болту
  • Длина вставки - обычно рекомендуется выбирать длину, равную 1.5-2 диаметрам резьбы
  • Толщина стенки основного материала - должна быть достаточной для надежного удержания вставки
  • Нагрузка на соединение - для высоких нагрузок рекомендуется выбирать более длинные вставки

Для большинства применений рекомендуется использовать размеры, указанные в соответствующих таблицах (Таблицы 1-3).

7.3. Выбор типа вставки

Выбор типа вставки зависит от конкретного применения:

  • HELICOIL - оптимальны для ремонта поврежденной резьбы и создания износостойких соединений в мягких материалах
  • Ensat 302 - рекомендуются для большинства стандартных применений в металлах и пластиках
  • Ensat 307/308 - лучший выбор для материалов со сложными свойствами резания
  • KEY-LOCKING - для применений с высоким уровнем вибрации
  • E-Z LOK - для быстрого и простого ремонта без специальных инструментов

Сравнительные характеристики различных типов вставок представлены в Таблице 4.

Отказ от ответственности и источники

Данная статья предназначена исключительно для ознакомительных целей. Представленная информация основана на открытых источниках и стандартах, действующих на момент публикации (май 2025 г.). При практическом применении резьбовых вставок рекомендуется консультироваться с технической документацией конкретного производителя и соответствующими стандартами.

Автор и компания "Иннер Инжиниринг" не несут ответственности за какие-либо прямые или косвенные убытки, возникшие в результате использования представленной информации. Перед применением резьбовых вставок в ответственных конструкциях рекомендуется проводить соответствующие испытания и расчеты.

Источники:

  • ASME B18.29.1 - Helical Coil Screw Thread Inserts - Free Running and Screw Locking (Inch Series)
  • ASME B18.29.2M - Helical Coil Screw Thread Inserts - Free Running and Screw Locking (Metric Series)
  • DIN 8140 - Threaded inserts for metric ISO threads
  • BS 4377 - Specification for Tapping of Holes to Receive Wire Thread Inserts (ISO Metric Threads)
  • Технические каталоги и спецификации производителей HELICOIL, Ensat и других