Резьба накатанная или нарезанная: что прочнее и что дешевле

Ни ГОСТ 9066-75, ни ГОСТ 20700-75, ни ОСТ 26-2043-91 не обязывают изготовителя выбрать какой-то один способ. Значит, если способ важен для вашего узла — он должен стоять в спецификации, а не подразумеваться.

Это два разных процесса, а не два станка

Нарезание — резание. Резец, плашка, гребёнка или фреза снимают стружку, формируя профиль. Волокна металла, вытянутые прокаткой вдоль прутка, перерезаются: во впадине резьбы они выходят на поверхность торцами.

Накатывание — холодное пластическое деформирование без снятия стружки. Плоские плашки, ролики или резьбонакатная головка вдавливают профиль в заготовку, металл течёт из будущих впадин в будущие вершины. Волокна не перерезаются, а огибают профиль, поверхность впадины наклёпывается.

Отсюда всё остальное: разница в усталостной прочности, требование к диаметру заготовки, ограничение по материалу.

Почему накатанная резьба выносливее

Три механизма, и работают они только вместе:

1. Непрерывные волокна. Впадина резьбы — концентратор напряжений и место старта усталостной трещины. У накатанной резьбы волокна огибают впадину, у нарезанной — обрываются в ней.
2. Наклёп. Поверхностный слой впадины упрочняется деформацией.
3. Остаточные напряжения сжатия во впадине. Они вычитаются из рабочих растягивающих, и трещине труднее стартовать.

Статическая прочность на разрыв меняется мало: испытание по ГОСТ ISO 898-1-2014 рвёт шпильку по наименьшему сечению. Разница видна на циклической нагрузке — пульсирующее давление, вибрация, температурные циклы разъёма.

Оговорка, которую обычно опускают

Знак остаточных напряжений зависит от режима. При «незаполненном контуре» во впадинах формируются напряжения сжатия. При «заполненном» — когда инструменты сводят слишком близко и металл раскатывается с интенсивной осевой вытяжкой — сжимающие напряжения при длительной обработке переходят в растягивающие, и сопротивление усталости резко падает. Перекатанная резьба хуже аккуратно нарезанной.

Вывод для снабженца: слово «накатанная» в паспорте само по себе ничего не гарантирует — гарантирует отлаженный режим у изготовителя.

Что говорят ГОСТ и ОСТ: главный запрет

Разница в охвате важна: ГОСТ 20700-75 перечисляет конкретные марки, ОСТ 26-2043-91 запрещает накатку для всего аустенитного класса выше 500 °С. Если деталь попадает под оба документа, работает более жёсткое требование.

Логика запрета — та же, что в разделе выше, с обратным знаком: накатка держится на наклёпе и остаточных напряжениях сжатия, а при длительной работе на высокой температуре наклёп снимается и напряжения релаксируют. Преимущество исчезает, риски холодной деформации остаются.

Итог: «накатанная резьба» — не универсальный знак качества. В горячем аустенитном крепеже это может быть прямым нарушением ОСТ. Какой стандарт относится к вашему узлу — в материале ГОСТ 9066, ОСТ 26-2040 или 10494.

Диаметр заготовки: почему накатку нельзя добавить постфактум

Самая частая ошибка в заявке: заказчик присылает чертёж стержня Ø20 с резьбой М20 и просит «сделать накаткой». Так не получится. Металл при накатывании не исчезает, а перераспределяется, и вершины витков поднимаются выше исходной поверхности. Значит, заготовка должна быть тоньше номинального диаметра резьбы — примерно на уровне среднего диаметра d₂.

Геометрия метрического профиля (ГОСТ 9150-2002):

Для М20 с крупным шагом P = 2,5 мм средний диаметр d₂ ≈ 18,38 мм — заготовка под накатывание близка к этой величине, а не к 20 мм. Точные значения и допуски — по ГОСТ 19256-73 «Стержни под накатывание метрической резьбы. Диаметры»; для резания есть парный ГОСТ 19258-73, где диаметр стержня близок к номинальному.

Что из этого следует для чертежа:

• Прутка «в размер» под накатку не бывает. Заготовку либо точат под накатывание, либо закупают калиброванный пруток нужного диаметра. Это отдельная операция и отдельная позиция в закупке.
• Гладкий участок между резьбовыми концами останется толще резьбовых. Если по конструкции шпильки нужен гладкий цилиндр Ø20 и резьба М20 — под накатывание эту связку не подставить.
• Сбег и заход отличаются от нарезанных. Ролик не останавливается мгновенно, переходная зона у накатанной резьбы своя. Жёсткий недорез или упор под гайку впритык — повод предупредить заранее.
• Нужны фаска на торце и биение в пределах допуска: кривой пруток даёт неполный профиль с одной стороны.

Что писать в исходных данных — в материале ТЗ на изготовление детали.

Ограничения по материалу: пластичность и твёрдость

Накатывание — деформация: металл должен деформироваться, не разрушаясь. Ориентиры справочников по технологии машиностроения — относительное удлинение δ не менее 12 % и твёрдость ниже 35 HRC; в отдельных случаях накатывают материал с δ не менее 8 % и твёрдостью до 40 HRC, но стойкость инструмента резко падает. Это литературные ориентиры, а не норма стандарта: порог зависит от марки, состояния поставки и схемы накатывания.

Улучшаемые стали под фланцевый крепёж лежат близко к этой границе: типовое улучшение даёт твёрдость в верхней части «накатываемого» диапазона. Поэтому у накатки есть два принципиально разных варианта:

Когда импортный поставщик отдельной строкой пишет «rolled after heat treatment» — он продаёт именно второй вариант. Просто «накатанная» может означать первый, и для нагруженного узла эти два варианта надо различать.

У нержавеющего крепежа накатка даёт ещё один бонус, не связанный с прочностью: гладкая уплотнённая поверхность витка лучше сопротивляется задиру при сборке — см. Прикипание резьбы шпилек. Но выше 500 °С запрет из ОСТ 26-2043-91 этот бонус перевешивает.

Что дешевле

Решает тираж.

Инструмент под накатку свой на каждый типоразмер и шаг: комплект роликов окупается тиражом, а не штукой — поэтому «накатать три шпильки» почти всегда дороже, чем их нарезать. Накатка не даёт стружки, и на легированных, жаропрочных и коррозионностойких марках экономия по металлу заметна. Наладка накатного перехода на короткой партии съедает весь выигрыш по циклу. Плюс заготовку надо подготовить по диаметру: если пруток нужного калибра не в закупке, дополнительная токарная операция переворачивает расчёт — см. Из чего складывается цена детали.

Как это выглядит на приёмке

Признаки накатки, видимые глазом: продольная канавка или «расщепление» на вершине витка, следы течения металла. Часть из них нормативно допустима в определённых пределах, часть является браком.

Ловушка со ссылками. ОСТ 26-2043-91 отсылает оценку дефектов резьбы к ГОСТ 1759.2-82 и ГОСТ 18126-72. Оба документа применять «как есть» сегодня нельзя:

Вывод: если приёмка идёт по ОСТ 26-2043-91, документ на дефекты резьбы нужно назвать в договоре явно — иначе спор о том, брак ли канавка на вершине витка, упирается в отменённый стандарт.

И второе: резьбовой калибр-кольцо проверяет свинчиваемость и средний диаметр, но не различает способ образования резьбы и не ловит перекат. Способ контролируется по документам на партию — см. Входной контроль крепежа.

Что писать в спецификации

Обозначение резьбы способ не содержит: «М24×3-6g» одинаково относится и к накатанной, и к нарезанной. Если способ важен, в спецификацию добавляются отдельные строки:

1. Способ образования резьбы — накатывание / нарезание / на усмотрение изготовителя.
2. Для накатывания — до или после термообработки. Не указано — получите вариант, удобный изготовителю.
3. Поле допуска резьбы — 6g, 8g или иное; под покрытие выбирается с учётом толщины слоя.
4. Документ, по которому оцениваются дефекты резьбы при приёмке.
5. Требование к сбегу и недорезу, если у гайки или сопрягаемой детали нет запаса.
6. Рабочая температура металла узла — именно она включает запрет на накатку по ГОСТ 20700-75 и ОСТ 26-2043-91, и именно это поле в заявках пропускают чаще всего. Температура среды и температура металла — разные величины, запрет привязан ко второй.

Как способ образования резьбы связан с трением и моментом затяжки — в материале Момент затяжки фланцевого соединения.

Коротко

• Накатанная резьба выносливее нарезанной — но только при правильном режиме; перекат ухудшает деталь. На статическую прочность способ влияет слабо.
• ГОСТ 20700-75 и ОСТ 26-2043-91 разрешают оба способа, но запрещают накатку для аустенитных и жаропрочных марок при температуре металла свыше 500 °С.
• Заготовка под накатывание тоньше номинала, примерно на уровне d₂ (ГОСТ 19256-73). «Накатать резьбу на пруток в размер» нельзя.
• Ориентиры по материалу: δ ≥ 12 %, твёрдость ниже 35 HRC. Улучшаемые стали лежат у границы, поэтому «накатка после термообработки» — отдельная опция.
• В единичном изделии дешевле нарезание, в серии — накатка. Способ не следует из обозначения резьбы: нужен — пишите строкой.

---

Пришлите чертёж или ТЗ — посчитаем. Если способ образования резьбы для вашего узла принципиален, укажите рабочую температуру металла и требования к циклической нагрузке: от этого зависит, допустима ли накатка вообще.

ООО «САЙГИВАТ» · Производство: Александров, Владимирская обл., ул. Восстания 1905 г., д. 6 · Телефоны +7 985 303-05-53, +7 930 838-51-19

См. также: Крепёж для ТЭК · Марки сталей для крепежа ТЭК