Диаметр отверстия под саморез по дереву

Отличия саморезов и шурупов

ГОСТ 27017-86 определяет шуруп как крепежное изделие в форме стержня с наружной специальной резьбой, резьбовым коническим концом и головкой на другом конце, образующие резьбу в отверстии соединяемого деревянного или пластмассового изделия. Из этого определения становится ясно, что шуруп вворачивается в предварительно подготовленное отверстие и используется для крепления на деревянных или пластмассовых основах. Такие шурупы, изготавливаемые обычно из малоуглеродистых сталей (Ст1, Ст2, Ст3, 10кп), реже из коррозионностойких сталей без покрытия и из латуней, традиционно выпускались и выпускаются отечественной метизной промышленностью и поныне.

Однако уже давно на российском рынке появились крепежные изделия, которые по формальному определению соответствуют термину «шуруп», но имеют существенные отличия:

• принципиально усовершенствованы их основные конструктивные элементы: головки, резьбы на стержне, концы и шлицы;
• использованы высококачественные стали и сплавы с современными защитно-декоративными покрытиями.

В результате существенно расширились функциональные возможности этих изделий:

• стала возможна их установка без предварительного сверления отверстий, что существенно упрощает и ускоряет процесс монтажа закрепляемых изделий;
• расширился круг материалов, в которые можно устанавливать эти изделия: к дереву и пластмассе добавились стали, алюминиевые и медные сплавы, композиционные материалы, бетон, кирпич.

Столь значительные отличия новых изделий от шурупов потребовали появления специального термина. И такие изделия стали называть самонарезающими винтами, короче – саморезами.

Основные конструктивные элементы шурупов или саморезов это:

• головка – часть крепежного изделия, имеющего стержень, служащая для передачи крутящего момента и образования опорной поверхности;
• шлиц – углубление специальной формы в торце головки, служащее для передачи крутящего момента от инструмента;
• стержень с резьбой;
• конец.

Основные типы головок саморезов и шурупов

Использование того или иного типа головки определяется условиями и особенностями монтажа. Наиболее часто употребляются следующие типы головок:

• шестигранная – с плоской опорной поверхностью, выступающая над плоскостью установки; применяется в основном на шурупах больших размеров или при креплении к металлическим основам, то есть в случаях, когда требуется передача значительных крутящих моментов;

• полукруглая – с плоской опорной поверхностью, выступающая над плоскостью установки;

• цилиндрическая со сферой, с плоской опорной поверхностью, выступающая над плоскостью установки;

• потайная – с конической опорной поверхностью, утапливающаяся в плоскость установки;

• потайная – с конической опорной поверхностью и зенкующими кромками на ней, утапливающаяся в плоскость установки; зенкующие кромки подготавливают углубление под установку изделия «в потай»;

• полупотайная – с конической опорной поверхностью, частично выступающая над плоскостью установки; часто используется в декоративных целях;

• потайная рожковая – с вогнутой опорной поверхностью, утапливающаяся в плоскость установки; незаменима при креплении гипсокартонных плит, т.к. обеспечивает легкое и надежное заглубление самореза «в потай» без предварительной раззенковки;

• плоская с прессшайбой – с опорной поверхностью, выступающая над плоскостью установки;

• в виде колец и крючков разной конфигурации, выступающих за плоскость установки;

• в виде стержня с метрической резьбой, выступающим за плоскость установки.

Основные типы шлицов саморезов

Существуют следующие типы шлицов саморезов:

• прямой, наиболее традиционен, но в последнее время применяется все реже;
• крестообразный Ph или H (Рhillips) вытеснил прямой шлиц и значительно ускорил процесс завинчивания;
• Каждый из основных типов шлицев также различается и по размерам. При этом для каждого типа шлица образуется стандартизованный и пронумерованный ряд:

• шлицы Phillips: Ph0, Ph1, Ph2, Ph3, Ph4;
• шлицы Pozidrive: Pz0, Pz1, Pz2 Pz3, Pz4;
• шлицы TORX: T (или TX) 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 27, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100.

Иначе расположенные кромки шлица Pz образуют более устойчивое сцепление c инструментом, которое уменьшает его износ, снижает вероятность «срыва». Это дает возможность приложить большее крутящее усилие к инструменту.

Российская версия шлица TORX по ГОСТ Р ИСО 10664-2007 (размеры указаны в мм)

Для каждого типа шлица и его размера (номера) требуется строго соответствующий инструмент: отвертка или бита. В противном случае возможен быстрый износ или даже разрушение элементов привода.

Основные типы резьбы саморезов

В зависимости от того, какие материалы необходимо соединить, выбирают саморез с тем или другим типом резьбы. При этом учитываются следующие традиционные для резьб количественные характеристики:

Но кроме них существенное влияние на самонарезающие свойства изделия оказывает угол при вершине профиля резьбы α. Чем меньше указанный угол, тем легче закручивается изделие, легче формируется резьба в отверстии, выше самонарезающие свойства.

Традиционные шурупы, выпускаемые отечественной промышленностью (ГОСТ 1144 -80, ГОСТ 1145-80), имеют этот угол равным 60º, как у метрической резьбы.

Современные саморезы изготавливаются с углом α=45º и меньше. Особенно эффективны такие острые резьбы при установке изделий в сравнительно мягкие материалы: дерево, ДСП, пластик и т.п

Саморезы же, предназначенные для вворачивания в металл (DIN 7976, 7981…7983), изготавливаются с большими углами (в основном 60º) для повышения прочности нитки резьбы у основания профиля. Кроме того режущая кромка изделия подвергается специальной упрочняющей термообработке, что обеспечивает твердость на ней 450HV.
Саморезы по металлу относятся к высоко стандартизованным изделиям и их резьбы изготавливаются по стандартам ISO 1478, EN 2478, DIN 7970. В чертежно-конструкторской документации перед диаметром их резьбы ставятся буквы ST (SCREW THREADS).

В таблице представлены основные размеры для острого (тип C) и притупленного (тип F) концов.

Для уменьшения времени закручивания в дерево, а также для предотвращения растрескивания древесины используются специальные насечки на резьбе, создающие дополнительные режущие кромки, и собственно волнообразная режущая кромка резьбы.

Основные типы концов саморезов

В зависимости от технологии установки, саморез следует выбирать с тем или иным концом. Наиболее распространены шурупы с традиционным острым концом, которые могут отличаться друг от друга величиной угла захода β. Понятно, что с его уменьшением облегчается внедрение стержня в материал, и увеличиваются самонарезающие свойства изделия.

У традиционных шурупов (по ГОСТ 1144-80, ГОСТ 1145-80, ГОСТ 1146-80) этот угол составляет 40 о .

У популярных саморезов по гипсокартону (т.н. «черных») он значительно меньше: 26…280.
У широко распространенных универсальных еще меньше: 20…300.

Для повышения самонарезающих свойств применяются специальные конструкции конца.

Наиболее эффективны в этом плане саморезы с буром (сверлоконечные). Они действуют при установке, как последовательно работающие сверло и саморез. Сперва сверло создает в материале основы отверстие, а затем в него вворачивается саморез. Таким образом, установка происходит как единая операция ввинчивания.

Резьбонарезающий винт имеет конец в виде метчика, которым он нарезает метрическую резьбу в предварительно высверленном отверстии.

Конец на трехгранном стержне с заходной часть и плавным сбегом резьбы характерен для так называемого резьбовыдавливающего винта. Его вворачивают в гладкое отверстие, в котором он сам раскатывают соответствующую резьбу. Это удобно при установке изделий в условиях односторонне доступом и существенно увеличивает плотность соединения, особенно с металлическим листом.

Конец сверлоконечного шурупа типа Flügel, предназначенного для крепления дерева к металлу, имеет специальные крылышки на переходной части от сверлильного острия к резьбе. Они проделывают отверстие в древесине и срезаются на металлической поверхности. Далее наружная резьба шурупа формирует в металле ответную резьбу.

Размеры саморезов и шурупов

Основными для шурупов и саморезов являются два размера: диаметр и длина.

За номинальный диаметр шурупа или самореза принимается диаметр окружности выступов его резьбы.
В настоящее время шурупы выпускаются следующих диаметров: 1.6, 2.0, 2.2, 2.5, 3.0 (2.9), 3.5, 3.8 (3.9), 4.0, 4.2, 4.5, 4.8, 5.0, 5.5, 6.0, 6.3, 7.0, 7.5, 8.0, 10.0, 12.0 мм.

При этом следует иметь в виду, что саморез того или иного типа вовсе не обязательно выпускается всех возможных диаметров. Наиболее широкий ряд производимых диаметров имеют универсальные саморезы, специализированные саморезы имеют более узкие размерные ряды.

Длина самореза или шурупа измеряется по разному для потайной и выпуклой головки изделия. Для потайной за номинальную длину принимается полная длина изделия, а для выпуклой – расстояние от опорной поверхности головки до конца самореза.

Длины шурупов и саморезов нормализованы и имеют одинаковый размерный ряд: 4.5, 6.5, 7, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 20, 22, 25, 29, 30, 32, 35, 36, 38, 40, 41, 45, 50, 51, 55, 57, 60, 64, 66, 70, 76, 80, 89, 90, 100, 102, 120, 140, 160, 180, 200, 230, 250, 280, 300 мм. Для некоторых специализированных изделий могут применяться и другие длины. Естественно, что шурупы одного диаметра выпускаются с ограниченным рядом длин.

Выбор диаметра и длины шурупа определятся в первую очередь нагрузкой, которую должно выдерживать соединение, а кроме того размерами соединяемых деталей, материалом установки и другими факторами. При определении диаметра шурупа вворачиваемого в пластмассовый распорный дюбель следует ориентироваться на рекомендации производителя, приведенные в каталогах или на упаковке дюбелей. Дело в том, что с одной стороны, чем больше диаметр шурупа – тем прочнее соединение, но, с другой стороны, требуемый для установки крутящий момент при этом возрастает. И тогда могут быть превзойдены возможности инструмента или сорвана головка самореза.

Длина шурупа (Lш) вычисляется как сумма номинальной длины дюбеля,(Lд) толщины прикрепляемой детали (S) и диаметра шурупа (d). Последнее слагаемое обеспечивает выход конца самореза из дюбеля.

Для классических шурупов (с углом на конце 40 0 ) этого достаточно, но для остроконечных саморезов длину требуемого шурупа необходимо увеличить, чтобы весь его наконечник вышел из дюбеля при закручивании.

Вопрос кажется парадоксальным, действительно зачем сверлить отверстия под самонарезные винты, которые, судя по названию, сами должны нарезать себе резьбу? Однако тем, кто пытался закрутить саморез по дереву диаметром 3 мм (не говоря уже о пятимиллиметровом саморезе) в доску из лиственницы, а тем более из березы или дуба, такой вопрос не покажется таким уж странным. Оказывается саморезы бывают разные и под саморезы со сверлом на конце, действительно, сверлить ничего особенно не нужно, а вот под обычные черные саморезы, особенно большого диаметра, предварительно просверлить отверстия перед закручиванием саморезов не помешает. Кроме того предварительное сверление отверстий в деревянных планках и изделиях из ДСП небольших геометрических размеров позволяет избежать раскалывания материала.

Обычно отверстие сверлится диаметром на 0.2-2 мм меньше диаметра стержня самореза (без учета винтовой резьбы) в зависимости от диаметра самореза и прочности материала, в который нужно вкрутить саморез. Например, под саморез диаметром 5 мм в сосне достаточно просверлить отверстие диаметром 3-4 мм, а в дубе желательно просверлить отверстие диаметром 4.5-4.7 мм. А кроме того диаметр предварительно просверливаемого отверстия зависит от глубины, на которую нужно вкрутить саморез. Почему? Давайте разбираться. Для начала рассмотрим, что происходит, когда мы вкручиваем хоть шуруп, хоть саморез в древесину перпендикулярно волокнам.

В отличие от гвоздей скрепляющих деревянные детали за счет обжатия стержня гвоздя древесиной, у шурупов и саморезов есть винтовая резьба. Эта самая резьба и не позволяет шурупу или саморезу свободно выходить из тела древесины, а кроме того резьба значительно увеличивает площадь контакта шурупа или самореза с древесиной. Поэтому даже если просверлить отверстие такого же диаметра как саморез, то несущая способность вкрученного самореза при этом, конечно, немного уменьшится, но при этом намного больше уменьшатся и внутренние напряжения в древесине после закручивания самореза, а значит закручивать саморез будет намного легче и риск раскалывания древесины, ДСП или другого материала значительно уменьшится.

Процесс деформации древесины под воздействием силы при закручивании самореза очень сложный. Древесина неоднородный материал и прочность древесины очень сильно зависит от точки приложения нагрузки, наличия сучков, породы древесины и т.д. Минимальная прочность у древесины в местах примыкания волокон, поэтому обычно острие самореза попадает между волокнами древесины, и закрутить саморез, как впрочем и просверлить отверстие в древесине с точностью до десятых долей миллиметра практически невозможно. К счастью такой необходимости как правило нет. Для бытовых целей погрешность в 0.5-1.5 мм вполне нормальна.

Любой шуруп или саморез имеет некоторый объем и когда мы вкручиваем шуруп или саморез в древесину, мы тем самым пытаемся уменьшить объем древесины на объем шурупа. Никакого чуда при этом не происходит. Частично объем древесины уменьшается за счет смятия древесины, т.е. за счет неупругих деформаций. Причем, чем тупее шуруп или саморез (а саморезы тоже бывают тупые), тем больше доля неупругих деформаций, возникающих под острием шурупа, а значит, давить на саморез или шуруп для совершения этих деформаций нужно сильнее. Часть объема освобождается за счет раскалывания древесины вдоль волокон, при этом между волокнами появляются щель, а говоря по научному — трещина. Ширина раскрытия трещины зависит не только от факторов, перечисленных в п.2, но еще и от геометрических размеров изделия и точки приложения нагрузки. Чем больше геометрические параметры изделия и чем ближе точка вкручивания самореза к центру тяжести сечения, тем ширина раскрытия трещины меньше, и значит опять таки усилий для закручивания самореза или шурупа в таком месте нужно приложить больше. А чем меньше ширина и высота изделия и чем ближе место вкручивания самореза к краю, тем больше вероятность, что изделие не просто треснет, но и расколется и тогда закручивать саморез или шуруп будет очень легко, но пользы от такого самореза или шурупа не будет никакой, а только один сплошной вред. Остальной объем для вкручиваемого шурупа освобождается за счет упругих деформаций. Распределение внутренних напряжений в теле древесины при упругих деформациях и приводит к появлению трещин. Похожая ситуация наблюдается и при закручивании саморезов в детали из ДСП или ОСП небольших размеров, древесно-стужечные или ориентированно-стружечные плиты имеют меньшую прочность чем древесина.

Таким образом когда мы вкручиваем шуруп или саморез в древесину без предварительного сверления, мы должны постоянно преодолевать предел прочности древесины под острием самореза или шурупа и на витках резьбы и все возрастающую силу трения, возникающую из-за обжатия стержня самореза древесиной. Сила трения увеличивается из-за увеличения площади контакта самореза или шурупа с древесиной. В итоге при достаточно больших диаметрах стержней или при вкручивании в более твердые сорта древесины или на большую глубину ни у какого нормального шуруповерта не хватит мощности, чтобы закрутить шуруп или саморез на требуемую глубину. А будет шуруповерт только громко стрекотать, намекая что предел прочности превышен и это правильно, потому как производители шуруповертов не любят бесплатно ремонтировать изделия, испорченные из-за упрямства пользователя.

Однако далеко не все люди пользуются шуруповертом, имеющим регулировку по мощности, зачем покупать лишний электроинструмент, когда есть дрель и насадка для шуруповерта под саморезы. Дрель в отличие от шуруповертов регулировки по мощности не имеет, а потому при закручивании саморезов или шурупов большого диаметра или на большую глубину возможны 4 варианта развития событий:

• Вы сорвете шлицы на головке самореза или шурупа — очень высокая вероятность, особенно при закручивании на высоких оборотах.
• Вы очень быстро испортите насадку для шуруповерта. Впрочем если насадка для саморезов китайская, это может произойти и при относительно небольших нагрузках на насадку.
• Вы сломаете саморез, который не выдержит крутящего момента — не часто но такое бывает. Дело в том что саморезы в отличие от шурупов имеют предварительную закалку и потому более хрупкие, чем шурупы.
• Вы спалите дрель при закручивании большого количества саморезов на низких оборотах.

Не думаю, что хотя бы один из этих вариантов Вам понравится, поэтому лучше потратить дополнительное время на сверление отверстий, чем тратить это время на ремонт дрели, покупку новых насадок, выкручивание сломанного самореза.

Не смотря на победное шествие электричества по земному шару действие грубой физической силы пока никто не отменял, а потому и сейчас не редки случаи, когда шурупы или саморезы закручиваются вручную отверткой. Да чего греха таить, я и сам не люблю лишний раз спускаться за электроинструметом, когда работаю на высоте. При закручивании шурупов или саморезов вручную варианты развития событий почти такие же, как и при работе дрелью, вот только дрель Вы не спалите, а вместо насадки испортите отвертку и еще можете заработать пару хороших мозолей. Но в этом есть и положительная сторона — Ваши мышцы будут развиваться, а девушки это любят, только не говорите им, как именно Вы накачали мышцы.

Есть и еще один сейчас малоиспользуемый способ — не закручивать шурупы или саморезы, а забивать. Впрочем, этот способ больше подходит для шурупов, саморезы из-за повышенной хрупкости чаще ломаются, чем гнутся и только если саморез торчит на 0.3-0.5 см над поверхностью древесины, то можно попробовать его добить. О специальных шурупах забиваемых в дюбеля здесь речь не идет.

Были в советские времена и другие рекомендации по закручиванию шурупов (дешевой электроэнергии тогда было много, а вот доступных электроинструментов почему-то мало), например, предлагалось сначала закручивать первый шуруп до слизывания шлицов, затем выкрутить и выбросить первый шуруп и вкрутить на его место второй, а если и на втором шлицы слижутся, то выкрутить и второй шуруп и вкрутить на его место третий. Другой вариант был более щадящим, предлагалось перед закручиванием смазать шуруп мылом для уменьшения силы трения стержня шурупа о древесину. Сейчас такие способы вкручивания шурупа кажутся экзотикой, тем не менее выбор способа остается за Вами.

Под саморезы по металлу сверлить отвестия тоже иногда приходится, если саморезы тупые. Особенно часто это приходится делать при сборке металлического каркаса под гипсокартон, пластиковые панели или панели МДФ. Дело в том, что тупые саморезы не прорезают жесть каркаса, а продавливают и соответственно площадь контакта самореза увеличивается еще больше и давить на такой саморез нужно очень сильно. В этом случае сверление отверстий не только облегчит и ускорит сборку каркаса, но и поможет избежать ненужных травм, потому как повредить руку соскочившей с самореза насадкой очень просто.