Карташов А.Л., Макаров В.А., Хохлов Е.Н.
ОАО «Завод Красная Этна»

Первые конструкции винтов имели прямые шлицы на головке. Однако они создавали много проблем, особенно в период развития конвейерного производства в автомоби-лестроении, не позволяя увеличить темп сборочных работ. Соскальзывание пера от-вёртки со шлица вело к порче корпуса машины, к травмам рабочих, сдерживался рост производительности труда.
Развитие машиностроения и в первую очередь автомобилестроения, механизации и автоматизации сборочных работ способствовало разработке новых конструкций эле-ментов передачи крутящего момента на головках винтов и на постановочном инстру-менте. К ним были предъявлены определённые требования, в частности:
лёгкое и быстрое вхождение конца отвёртки в шлиц, достаточная площадь контакта сопрягаемых поверхностей инструмента и шлица;
фиксация пера отвёртки в шлице головки винта и удержание последнего на отвёртке;
снижение сил выталкивания отвёртки из шлицевого углубления при значительных мо-ментах завинчивания и затяжки крепёжной детали, способность передачи высокого крутящего момента;
технологичность и экономичность изготовления головки винта со шлицем;
долговечность шлицев при многократной сборке-разборке.
Это привело к появлению крестообразных шлицев. Разработчиками и изготовителями винтов с крестообразными шлицами стали две американские фирмы «Phillips Screw Co.» и «American Screw Co.».
В 1936 году в Портланде США H.Phillips получил свои первые патенты на конструкции крестообразных шлицев для головок резьбонарезающих винтов, формообразующий и постановочный инструмент, технологию изготовления. Конструкция крестообразного шлица, описанная в патенте США № 2046839 НКИ 85-45, разошлась по всему миру под торговой маркой Phillips.
Конструкция крестообразного шлица и конструкция инструмента для его изготовления постоянно совершенствовались. Например, в патентах США № 3120012 НКИ 85-45 и 2588404 НКИ 10-7 описаны пуансоны для формовки стенок и рёбер углубления креста шлица и способ получения крестообразного шлица высадкой.
Введение крестообразного шлица обеспечило выполнение только части выше пере-численных требований на первом этапе механизации сборочных работ. В дальнейшем возникли новые проблемы, связанные уже непосредственно с геометрическими пара-метрами крестообразных шлицев. Недостатком конструкции крестообразного шлица в головке винта явилось недостаточное зацепление боковых наклонных поверхностей стенок (5-8°) четырёх радиально направленных от центра углубления канавок с ответ-ными поверхностями перьев крестообразной отвёртки. Из-за возникновения сил, вы-талкивающих отвёртку из шлица, затруднялась фиксация винта на пере и устойчивое его удержание в рабочем положении, особенно в условиях конвейерной сборки при ввинчивании с крутящим моментом. У резьбообразующего винта со шлицем Phillips глубиной от 1,9 до 2,3 мм осевое усилие доходит до 200 Н.
При этом из-за периодической потери контакта «шлиц-инструмент» при ввинчивании происходит разрушение и шлица, и постановочного инструмента.
В начале 60-х годов 20 века для фирмы «Phillips Screw Co.» была разработана новая конструкция креста формообразующего пуансона и отвёртки для крестообразного шлица, на которые был получен патент США № 3238540 НКИ 10 – 7. Данная конструкция известна в мире под товарным знаком «Posidriv». Конструкция шлица обеспечивает более высокий крутящий момент затяжки винта, снижает выталкиваю-щее осевое усилие при ввинчивании. В данной конструкции шлица между его радиаль-но направленными крестообразными канавками выполнены V-образные прорези, или лучи, предназначенные для увеличения крутящего момента и удерживающие головку винта на отвёртке от выпадания. Плоскости, передающие крутящий момент при ввин-чивании, выполнены вертикально, или с отрицательным углом, что обеспечивает удержание винта на отвёртке, но это требует точного выполнения геометрии формы рёбер и граней на кресте шлица в головке винта, на кресте мастер-пуансона, и перьях отвёртки, что на практике трудно выполнимо.
Указанная геометрическая форма достигается относительно сложным инструментом и сложным технологическим приёмом при высадке последнего. Заклинивание винта в постановочном инструменте позволяет ввинчивать винты в вертикальной и горизон-тальной плоскостях без специальных поддержек.
На крестообразные шлицы были разработаны международные и национальные стан-дарты, например, DIN ISO 8764 – 12. 2000 «Отвёртки для крестообразных шлицев», ГОСТ 10753 – 86 «Шлицы крестообразные для винтов и шурупов». В них крестообраз-ный шлиц «Phillips» обозначен как тип «Н», а крестообразный шлиц «Posidriv» обозна-чен как тип «Z».
В России шлиц «Phillips» широко изготавливается и применяется на винтах и постано-вочном инструменте, шлиц «Posidriv» по имеющейся информации не изготавливается. Нет в России и производства отвёрток для такого шлица.
В настоящее время увеличился спрос на винты резьбонарезающие, самонарезающие и резьбовыдавливающие. Однако, точность изготовления отечественными производи-телями крестообразных шлицев, как в головках винтов, так и отвёрток далеко не иде-альны, поэтому крестообразный шлиц вызывает много нареканий. В России рынок винтов и шурупов, в основном, представлен изделиями производства Германии, Тай-ваня и Польши.
Известны и другие решения задачи удержания головки винта на пере отвёртки, напри-мер, технологическим путём – за счёт направленного перемещения части металла го-ловки к центру шлица. В патентах США № 2377114 и № 3151519 НКИ 85 - 45 описаны конструкции формообразующего инструмента и технология высадки головок винтов с крестообразным шлицем с углублениями разной формы, выполненными между ради-альными канавками креста. В патенте № 2377114 углубления прямоугольной формы, в патенте № 3151519 выполнены четыре полукруглые лунки. Однако их опробование по-казало, что приведённые формы впадин не способствуют оптимальному перемещению металла к центру шлица, рёбра и грани шлица остаются до конца незаполненными.
Указанная задача в большей мере решена на ОАО «Завод Красная Этна» в комплексе: технология, формообразующий инструмент и конструкция самого крестообразного шлица – патент России № 2170371 МПК F 16 В 23/00.
В предложенной конструкции форма впадин между канавками шлица типа «Н» в плане представляет собой параболу, направленную к осевому углублению в центре шлица до пересечения её лучей с боковыми плоскостями, расположенных смежно, рядом двух взаимно перпендикулярных канавок креста шлица. Данное техническое решение обеспечивает чёткую фиксацию и удержание шлица головки на перьях отвёртки. По-следнее достигается за счёт направленного течения металла при формовке шлица не только в осевом, но и в радиальном направлении. Соответственно обеспечивается плотность контакта граней и рёбер шлица головки винта и перьев отвёртки.
Конструкция крестообразного шлица по этому патенту была внедрена в производстве завода на винтах с потайными и полукруглыми головками, используемыми на автомо-билях, а также в строительстве для крепления металлических профилей, гипсокартон-ных плит и других изделий.
Испытания самонарезающих винтов-шурупов с крестообразными шлицами по патенту № 2170371, проведённые фирмой «Авангард – Кнауф», показали, что:
крестообразный шлиц надёжно заклинивается на перьях отвёртки, и винт зависает не падая;
при креплении плит ГВЛ и ГКЛ и профилей нет необходимости поддерживать винт при ввинчивании, что значительно упрощает и облегчает сборочные работы;
выталкивающее усилие при крутящем моменте сводится к минимуму силой удержания шлица на отвёртке.
Таким образом, проведённые исследования существующего рынка крепёжных деталей с крестообразными шлицами, технического уровня производимых и применяемых кон-струкций технических решений, а также известных из патентной и технической доку-ментации, показали, что конструкция крестообразного шлица по патенту России № 2170371, устраняет отклонения от требований стандартов, обеспечивает высокое ка-чество изделий и стабильность работы сборочного инструмента. Такие шлицы могут быть рекомендованы для широкого применения.
От редакции: Для консультаций по технологии изготовления инструмента и вин-тов с усовершенствованным шлицем можно обратиться по E-mail: bgv@r52.ru.