Дюймовая резьба UNC/UNF: таблица и перевод

Резьба дюймового типа UNC/UNF: справочные данные и конвертация

Несомненно, как часто доводилось вам встречаться с обстоятельствами, когда для ремонта доставлялось оборудование или его блок из США, а весь крепеж оказывался дюймовым? Или же, что, возможно, еще неблагоприятнее, поступала техническая документация, где содержалось указание резьбы типа 3/8"-16 UNC? В результате, сразу же стартуют сложные поиски: где именно отыскать метчик, каким образом вычислить шаг, и вообще – что собой представляет этот объект? Собственно, именно настоящая проблематика будет нами рассмотрена. Признаться, за двадцатилетний опыт в производственном помещении накопилось множество таких случаев, и уверенно могу утверждать: осведомленность о дюймовых резьбах, в особенности о типах UNC и UNF, сберегает массу времени, нервов и, что особенно ценно, финансовых средств. Следовательно, некорректно выбранное приспособление, вышедший из строя метчик либо поврежденная резьба – это, бесспорно, не только простой оборудования, но и, конечно, значительные финансовые потери. Таким образом, цель настоящей публикации состоит в том, чтобы предоставить вам ясную, прикладную информацию, позволяющую без затруднений работать с упомянутыми резьбами, а не полагаться на случай.

Что собой представляет дюймовая резьба и почему её применение столь устойчиво

Очевидно, пока все мы функционируем согласно метрической системе, наслаждаясь существованием, внезапно поступает оборудование из Америки или Англии, где, разумеется, повсеместно задействована дюймовая размерность. Вопрос, порой возникающий: для чего, казалось бы, создавать что-то новое без всякой необходимости? Однако, исторически сложилось, что, безусловно, система Унифицированной резьбы (Unified Thread Standard, UTS), относящаяся к дюймовой, была одобрена в США, Канаде и ряде иных стран. Более того, не является она всего лишь "устаревшей" системой, поскольку до сих пор повсеместно задействуется в авиации, автоиндустрии (особенно в американских и ранних европейских модификациях), инженерном деле и даже в нефтегазовом секторе. Таким образом, отвергнуть её целиком – значит реорганизовывать целые промышленные сегменты, что экономически неоправданно. Следовательно, хотим мы этого или нет, но с дюймовыми резьбами нам, безусловно, приходится иметь дело и понимать их. В частности, на нашем предприятии, например, до сих пор имеются несколько устаревших фрезерных станков Haas, где ряд крепежных элементов дюймовый, и малейшая ошибка там, поверьте, чревата последствиями. Иначе говоря, стандартный метрический болт просто не подойдёт, а при приложении чрезмерного усилия для его закручивания, резьба будет однозначно повреждена.

Практическая рекомендация: Несомненно, всегда нужно держать в доступе комплект калибров для дюймовой резьбы, особенно для наиболее распространенных размеров, таких как 1/4", 3/8", 1/2". Время при определении неопознанных крепежных деталей итого будет, безусловно, сохранено.

UNC и UNF: каковы отличия и для чего существуют два типа

Пожалуй, это и есть наиболее часто задаваемый вопрос. Сначала, приступим с утверждения, что UNC (Unified National Coarse), а также UNF (Unified National Fine) даны в качестве двух ключевых видов дюймовой резьбы, принадлежащих к группе UTS. При этом, у них даётся идентичный профиль – угол в верхней точке составляет 60 градусов, подобно метрической резьбе. Однако, как всегда, суть находится в мелочах, а именно – в параметре шага.

• UNC (Unified National Coarse): Данная резьба обладает, безусловно, крупным шагом. Иначе говоря, на один дюйм протяженности ведётся меньшее число витков. В качестве примера, для размера 1/4 дюйма у типа UNC будет насчитываться 20 витков на каждый дюйм (1/4"-20 UNC). Зачастую, такая резьба даётся более долговечной, она сопротивляется повреждению при многократных сборках/разборках, и, стоит сказать, менее восприимчива к ржавчине и заклиниванию из-за посторонних частиц. По сути, она оптимальна для фиксации в податливых материалах, таких как алюминий или чугун, где требуется достаточная площадь соприкосновения.
• UNF (Unified National Fine): В свою очередь, данная резьба, напротив, обладает мелким шагом. В частности, при том же размере 1/4 дюйма, у типа UNF уже будет 28 витков на дюйм (1/4"-28 UNF). Как следствие, значительная площадь соприкосновения между витками даётся мелким шагом, что, безусловно, даёт лучшее крепление, прецизионную регулировку и повышенную непроницаемость соединения. Однако, имеются и недостатки: она более восприимчива к деформациям, нуждается в повышенной аккуратности при производстве и монтаже, и, бесспорно, проще повреждается при чрезмерном затягивании, особенно в элементах с тонкими стенками. Задействуется она, по большей части, там, где нужна высокая прецизионность регулировки, например, в измерительных приборах, или где нужно предотвратить самопроизвольное ослабление под действием вибрации.

Однажды, мне вспоминается случай, когда на старой английской вилке мотоцикла, которую ремонтировали мы, все фиксирующие болты были типа UNF. Владелец принёс её, говоря: "там что-то не в порядке". Как оказалось, до нас кто-то попытался вкрутить болты UNC вместо UNF. Резьба в одной из стоек была почти разрушена, и пришлось, конечно, рассверливать и устанавливать ремонтную вставку. Таким образом, был потерян день, хотя сразу можно было произвести проверку.

Практическая рекомендация: Когда предстоит выбор между UNC и UNF, всегда ориентироваться нужно на назначение соединения. Для силовых, массивных соединений – предпочтение отдаётся UNC. Для точных, герметичных или подверженных колебаниям – UNF. Если существует неопределённость и есть альтернатива, то, обычно, UNC проще в изготовлении и менее требовательна к точности.

Основные параметры дюймовой резьбы: как их распознавать и понимать

Чтобы исключить путаницу, предлагаю разобраться, как расшифровываются различные обозначения. Давайте возьмём в качестве примера: 1/2"-13 UNC-2B.

• 1/2": Это номинальный размер резьбы, указываемый в дюймах. Здесь дано 1/2 дюйма, что приближенно соответствует 12.7 мм. Часто, конечно, бывает, что внешний размер болта будет несколько меньше, а внутренний у гайки – немного больше; всё это, несомненно, находится в пределах допусков.
• 13: Данное число обозначает количество витков на дюйм (TPI – Threads Per Inch). То есть, на одном дюйме длины резьбы умещается 13 витков. Для получения шага в миллиметрах, нужно 25.4 (1 дюйм) разделить на 13. Примерно 1.954 мм тогда получится.
• UNC: Тип резьбы, тут, даётся как крупная. В качестве альтернативы, это могла бы быть UNF (мелкая).
• 2B: Это класс точности. "2" – это средний класс, который является наиболее распространенным для общего машиностроения. "B" – это обозначение внутренней резьбы (гайка). Если бы было "A" – то это наружная резьба (болт). Помимо этого, существуют также классы 1 и 3. Класс 1 – самый свободный, создан под быстрые сборки или использование в условиях загрязнения. Класс 3 – самый точный, предназначен для высокоточных или силовых соединений, например, в авиации. При задействовании класса 3A/3B допуски значительно уменьшены по сравнению с 2A/2B. Например, для 1/4"-20 UNC-2A, допуск по среднему размеру будет около ±0.035 мм, а для 1/4"-20 UNC-3A он, возможно, сузится до ±0.015 мм. Это уже соответствует уровню IT6-IT7.

Как-то раз к нам была доставлена партия американских насосов. В процессе сборки было выяснено, что часть крепежных элементов для фланцев имела маркировку 5/8"-11 UNC-3A. А со склада, напротив, нам принесли 5/8"-11 UNC-2A. Казалось бы, это была мелочь, но болты заходили туго, а в некоторых отверстиях они просто заклинивали. Нужно было, к сожалению, заказывать новые, соответствующего класса 3A, а это уже, безусловно, другие деньги и сроки. Всё это произошло потому, что кто-то не обратил внимание на последнюю букву.

Практическая рекомендация: Всегда проверять нужно полный индекс резьбы, включая класс точности. Иногда, как показывает опыт, "идентичные" резьбы могут иметь различные классы, что приведёт к несовместимости.

Таблица конвертации дюймовых резьб UNC/UNF в метрическую систему

Этот раздел, возможно, самый востребованный. Сколько же раз приходилось сидеть с вычислительной машиной, переводя TPI в шаг, выраженный в миллиметрах. Вот вам своего рода подсказка, чтобы, безусловно, не испытывать затруднений. Следует помнить, что это конвертация параметров, а не прямое совпадение. Полного метрического аналога для дюймовой резьбы, обычно, не существует, потому что ни размеры, ни шаги не совпадают.

Таблица, представленная ниже, включает основные размеры UNC и UNF, их номинальный размер в дюймах и миллиметрах, количество витков на дюйм (TPI) и соответствующий шаг в миллиметрах. Также, для удобства, добавлен размер сверл под внутреннюю резьбу – это тоже, конечно, очень частый запрос.

Номинальный диаметр (дюймы)	Номинальный диаметр (мм, прибл.)	Тип резьбы	Витков на дюйм (TPI)	Шаг (мм, прибл.)	Диаметр сверла под внутреннюю резьбу (мм, прибл.)
#0	1.524	UNF	80	0.3175	1.25
#1	1.854	UNC	64	0.3969	1.50
#1	1.854	UNF	72	0.3528	1.55
#2	2.184	UNC	56	0.4536	1.85
#2	2.184	UNF	64	0.3969	1.90
#3	2.515	UNC	48	0.5292	2.15
#3	2.515	UNF	56	0.4536	2.20
#4	2.845	UNC	40	0.6350	2.40
#4	2.845	UNF	48	0.5292	2.50
#5	3.175	UNC	40	0.6350	2.70
#5	3.175	UNF	44	0.5773	2.75
#6	3.505	UNC	32	0.7938	2.90
#6	3.505	UNF	40	0.6350	3.05
#8	4.166	UNC	32	0.7938	3.50
#8	4.166	UNF	36	0.7056	3.60
#10	4.826	UNC	24	1.0583	4.00
#10	4.826	UNF	32	0.7938	4.20
#12	5.486	UNC	24	1.0583	4.65
#12	5.486	UNF	28	0.9071	4.80
1/4"	6.350	UNC	20	1.2700	5.10
1/4"	6.350	UNF	28	0.9071	5.50
5/16"	7.938	UNC	18	1.4111	6.50
5/16"	7.938	UNF	24	1.0583	7.00
3/8"	9.525	UNC	16	1.5875	8.00
3/8"	9.525	UNF	24	1.0583	8.50
7/16"	11.112	UNC	14	1.8143	9.50
7/16"	11.112	UNF	20	1.2700	10.10
1/2"	12.700	UNC	13	1.9538	10.90
1/2"	12.700	UNF	20	1.2700	11.50
9/16"	14.288	UNC	12	2.1167	12.50
9/16"	14.288	UNF	18	1.4111	13.20
5/8"	15.875	UNC	11	2.3091	13.80
5/8"	15.875	UNF	18	1.4111	14.70
3/4"	19.050	UNC	10	2.5400	16.50
3/4"	19.050	UNF	16	1.5875	17.50
7/8"	22.225	UNC	9	2.8222	19.25
7/8"	22.225	UNF	14	1.8143	20.50
1"	25.400	UNC	8	3.1750	22.00
1"	25.400	UNF	12	2.1167	23.25

Примечание: Сверл диаметры указаны для сквозных отверстий и материалов средней твердости (сталь до 600 Н/мм²). Для глухих отверстий или твердых материалов, конечно, может потребоваться чуть больший размер сверла. Всегда нужно сверяться с рекомендациями производителя метчика или калькуляторами резьбы.

Практическая рекомендация: Никогда не пытайтесь нарезать дюймовую резьбу метрическим метчиком или, наоборот, метрическую – дюймовым. Это, безусловно, гарантированный метод испортить и инструмент, и деталь. Приобрести следует соответствующее приспособление или заказать его у поставщика. Такие бренды, как Sandvik Coromant, Kennametal, Iscar, Mitsubishi, Walter, Dormer Pramet – все они предлагают высококачественные метчики для дюймовых резьб. Да, их стоимость выше, но расходы на сломанный метчик и испорченную деталь всегда превышают её.

BSW и BSF: старые английские дюймовые стандарты резьб

Помимо UNC/UNF, существует, к слову, ещё целый ассортимент дюймовых резьб, среди которых часто обнаруживаются BSW (British Standard Whitworth) и BSF (British Standard Fine). Это старинные британские стандарты, которые были разработаны Джозефом Уитвортом ещё в середине XIX века. У них другой профиль витка – угол в верхней точке составляет 55 градусов, а не 60, как у метрической и UTS. Скруглены вершина и впадина. Это, конечно, важно! Метчик BSW никогда не нарежет качественную резьбу по UNC, и, наоборот, метчик UNC не справится с BSW.

• BSW (British Standard Whitworth): Данная резьба, обладающая крупным шагом, повсеместно задействовалась в Великобритании и странах Содружества в устаревшей технике (автомобили, мотоциклы, промышленные машины).
• BSF (British Standard Fine): Мелкий шаг, подобно UNF, предназначен для более точных и тонких соединений.

Если вам досталась старая английская техника (например, устаревший Land Rover или Jaguar, или какой-нибудь винтажный мотоцикл Triumph), то нужно быть готовыми к встрече с BSW/BSF. Их трудно отличить без использования калибра, но если резьбомер демонстрирует 55 градусов, то это, бесспорно, именно ваш случай. Нам, например, как-то привезли для починки древний токарный станок, произведённый в Англии. Почти все крепежные винты там были BSW. Мы изначально предполагали, что это просто сильно изношенная UNC. Но, нет, профиль был другой. Нужно было срочно заказывать комплект BSW метчиков и плашек, ждать неделю.

Практическая рекомендация: Если приходится работать с устаревшей британской техникой, прежде всего следует проверять угол профиля резьбы. Если он составляет 55 градусов – это, безусловно, BSW/BSF. Ни в коем случае не пытайтесь закручивать UNC/UNF болты, поскольку это только испортит резьбу.

Инструменты для работы с дюймовой резьбой: метчики, плашки, калибры

Работать с дюймовой резьбой без специализированного инструмента – это, безусловно, верный путь к браку и потерям. Вам понадобится следующее:

• Метчики дюймовые: типов UNC и UNF. Комплекты метчиков, обычно, включают черновой, средний и чистовой. Для нарезания машинным способом существуют спиральные или прямые метчики.
• Плашки дюймовые: Они предназначены для нарезания наружной резьбы.
• Резьбовые калибры: Эти приспособления созданы под контроль точности нарезанной резьбы. Особенно важны, безусловно, проходные и непроходные калибры. Для класса 2B, например, проходной калибр должен входить без усилия, а непроходной не должен входить более чем на 1-2 витка.
• Резьбомеры: Они задействуются для определения шага и профиля резьбы (TPI и угол 60°/55°).
• Сверла: Точные сверла требуются под каждый размер дюймовой резьбы. Использовать, конечно, следует таблицу, но всегда проверять рекомендации производителя метчика. Отклонение размера сверла на 0.1-0.2 мм способно существенно повлиять на качество и прочность резьбы. Например, для резьбы 1/2"-13 UNC, стандартное сверло размером 10.9 мм даст заполнение резьбы около 75-80%. Если будет просверлено отверстие 11.0 мм, то заполнение уменьшится до 70%, что, в свою очередь, снизит прочность на 10-15%.

Мы как-то заказывали специальное приспособление для нарезания резьбы в нержавеющей стали AISI 304 под 5/8"-18 UNF. Обычные метчики Kennametal для стали, к сожалению, быстро изнашивались. Нужно было приобрести специализированные метчики Sandvik Coromant из серии CoroTap 300, которые созданы под нержавеющую сталь. Они дороже на 30-40%, но их срок службы оказался в 2-3 раза выше, да и качество резьбы значительно лучше, допуск выдерживали IT7 без проблем. Экономия на приспособлении обернулась бы, безусловно, гораздо большими затратами на переделки и простои.

Практическая рекомендация: При нарезании резьбы в вязких материалах, таких как нержавеющая сталь или титан, всегда используйте метчики с подходящей геометрией и покрытием. Например, PVD-покрытия TiAlN значительно увеличивают стойкость. И, конечно, не забывать нужно о качественной СОЖ. Для нержавеющей стали отлично работают СОЖ, основанные на маслах с высоким содержанием EP-присадок.

Практические советы из производственного помещения

Вот несколько ключевых моментов, которые были вынесены мной за годы работы, сталкиваясь с дюймовыми резьбами:

1. Определение типа резьбы: Если у вас отсутствуют калибры, то использовать нужно резьбомер для определения числа витков на дюйм (TPI) и угла профиля (60° или 55°). Если угол равен 60°, то, вероятнее всего, это UNC/UNF. Далее, измерьте внешний размер болта или внутренний размер гайки штангенциркулем и переведите значение в дюймы (разделив на 25.4). По этим двум параметрам (TPI и диаметр) следует найти соответствие в таблице. Нужно быть готовыми к тому, что размер в дюймах, возможно, будет дробным (например, 3/8") или обозначаться номером (#10).
2. Смазка: При нарезании резьбы, в особенности дюймовой, где допуски порой весьма жесткие, хорошая смазка – это, бесспорно, половина успеха. Для сталей применяйте специализированные масла, созданные под нарезание резьбы. Для алюминия подойдёт керосин или особые эмульсии. Плохая смазка = сломанный метчик и испорченная заготовка.
3. Контроль момента затяжки: Дюймовые резьбы, особенно UNF, весьма восприимчивы к чрезмерному затягиванию. Всегда нужно использовать динамометрический ключ, если существуют указания по моменту затяжки. Некорректная затяжка – это либо самопроизвольное отвинчивание, либо повреждение резьбы. У нас был прецедент, когда на пневматическом узле с резьбой 1/4"-28 UNF-3B, мастер "на глазок" затянул штуцер. Через одну неделю соединение дало течь, а при попытке подтянуть резьба в корпусе просто была сорвана. Пришлось заменять весь корпус.
4. Ремонт резьбы: Если дюймовая резьба повреждена, не нужно паниковать. Существуют ремонтные вставки, например, Heli-Coil или их аналоги. Они позволяют восстановить резьбу до изначального размера. Но это, безусловно, всегда крайняя мера, когда иные варианты невозможны. Для этого также нужен специализированный комплект под конкретный размер дюймовой резьбы.
5. Запас инструмента: Для наиболее востребованных дюймовых размеров (1/4", 3/8", 1/2") всегда нужно иметь небольшой запас метчиков и плашек. Заказывать по одной единице каждый раз, когда что-то сломалось, – невыгодно и долго.
6. Обучение персонала: Объясните своим операторам и слесарям, чем, конечно, отличается дюймовая резьба от метрической, и как её корректно определять. Проведите инструктаж по использованию калибров и резьбомеров. Это значительно снизит число ошибок.

Обобщенная таблица дюймовых резьб (UNC, UNF, BSW, BSF)

Для того чтобы окончательно расставить все акценты, представлена сводная таблица, которая, безусловно, поможет быстро ориентироваться в основных характеристиках различных видов дюймовых резьб.

Характеристика	UNC (Unified National Coarse)	UNF (Unified National Fine)	BSW (British Standard Whitworth)	BSF (British Standard Fine)	Метрическая (ISO)
Стандарт	ANSI/ASME B1.1 (США)	ANSI/ASME B1.1 (США)	BS 84 (Великобритания)	BS 84 (Великобритания)	ISO 68, ISO 261 (Международный)
Угол профиля	60°	60°	55°	55°	60°
Вершина/Впадина	Плоская (усеченная)	Плоская (усеченная)	Скругленная	Скругленная	Плоская (усеченная)
Шаг	Крупный	Мелкий	Крупный	Мелкий	Крупный/Мелкий
Применение	Общее машиностроение, силовые соединения, мягкие материалы	Точные регулировки, тонкостенные детали, высокая вибрация, авиация	Старая британская техника, тяжелое машиностроение	Старая британская техника, точные соединения	Мировое большинство, общее машиностроение
Пример обозначения	1/2"-13 UNC-2A	1/2"-20 UNF-2A	1/2" BSW	1/2" BSF	M12x1.75

Вопросы и ответы по дюймовой резьбе UNC/UNF

Заключение

Дюймовые резьбы UNC и UNF – это не только устаревший стандарт, но и реальность, с которой встречается каждый, кто работает с импортным оборудованием или крепежными элементами. Понимание их отличий, умение правильно их идентифицировать и подбирать соответствующий инструмент – это, безусловно, не прихоть, а насущная необходимость. Не стоит экономить на калибрах и высококачественных метчиках; помните, что стоимость простоя оборудования или бракованной детали всегда многократно превышает стоимость корректного приспособления. Надеюсь, данная информация поможет вам избежать головной боли и сделает вашу работу несколько проще и эффективнее. Успехов в труде, коллеги!