Шлицы

Иногда появляется задача, нужно что-то прикрутить, но при этом нужно затруднить откручивание. Уровень сложности может меняться в зависимости от задачи. Например:

Level 1. Вы закрепляете табличку с рекламой на лавочку в парке, раз в несколько месяцев табличка меняется. Требуется только защита от различных мультитулов (где есть крестовая и плоская отвертки, обычно), чтобы скучающий гражданин от скуки табличку не открутил. (впрочем, это не спасет от целеустремленных воров)

Level 2. Вы производите бытовые удлинители, и хотите, что бы "домашний мастер" не мог произвести неквалифицированный ремонт. Нужна защита от типовых наборов инструмента (плоские, крестовые PH и PZ, TORX).

Level 3. Вы производите кофе машины, и зарабатываете в том числе на их ремонте и запчастях. Нужно затруднить доступ внутрь чужих сервисных инженеров, занимающихся ремонтом техники, и имеющими наборы инструмента, в том числе и экзотических видов. Тут может использоваться свой, патентованный тип шлица, и команда юристов будет наказывать всякого, кто посмеет выпускать инструмент в обход патента и продавать всем желающим.

Level 4. Вы производите ящики для избирательных бюллетеней. Некоторые элементы должны быть съемными, но нужно предотвратить возможность несанкционированной разборки. Причем представитель партии "Единый Гондурас" очень хочет открутить винт, сделать вброс бюллетеней и закрутить обратно без следов. Для этого он готов потратиться и нанять слесаря, с любым необходимым инструментом.

Level 5. Вы устанавливаете лавочки и барбекюшницы в парке, они должны быть закреплены надежно, и в то же время, их все хотят украсть к себе на дачу. Поэтому лучше закрепить их так, что бы их демонтаж был вообще невозможен без шума и пыли.

Еще примеры, когда обычный крепеж плохое решение: крепление знаков ограничения скорости, крепление мемориальных табличек, крепление датчиков обеспечивающих безопасность, сборка детских игрушек, крепление крышки контейнера с радиоактивным источником,крепление узлов в массовом прокате велосипедов и самокатов, сборка музейных витрин.

Чем выше требуемый уровень защиты, тем больше винт и отвертка будет напоминать пару ключ-замок. Более того, при доступе к станкам можно вообще изготовить в единственном экземпляре винт с углублением в форме %подставить вариант в меру своей испорченности%, и ответный инструмент. Есть производители, готовые изготовить специально для вас партию винтов с уникальной формой углубления, и предоставить инструмент. А если вы захотите заказать новый инструмент, взамен утерянного - с вас спросят полный комплект документов. Впрочем такая система давно у производителей замков высокой секретности - там нельзя просто прийти и сказать "вот у меня ключ, хочу его дубликат".

Сразу хочется ответить на вопрос "а зачем level 5? приварить  и готово. Ну или прикрутить и зенковкой срезать шлиц". Такой подход имеет право на жизнь, но производители специализированного крепежа не обанкротились по следующим причинам:

1. Производительность труда, особенно если мастер берет десятки евро в час. Быстрее сразу закрутить шлиц one-way, чем вкрутить обычный крестовой, заменить инструмент, рассверлить. Экономия десятков секунд помноженная на количество винтов вполне окупает разницу в стоимости специализированного крепежа.

2. Снижение требований квалификации. Просто прикрутить специализированный крепеж гораздо проще, чем приварить.  Много ли вы встречали людей с прямыми руками, способных и в столярку, и в слесарку и в сварку? Кроме того сварка - это сразу и необходимость соблюдения ТБ. ("ГЛАЗААААААА!!!!!" (c) Доктор Дью)

3. Целостность декоративного и защитного покрытия.  Рассверленный шлиц - это мало того, что не эстетично, так и покроется ржавчиной. А восстановить декоративное покрытие в полевых условиях, да с гарантией в 5 лет почти нереально. Впрочем даже покраска сварного шва с соблюдением технологии процесс не быстрый.

Ниже я просто приведу картинки и краткие описания разных видов антивандального крепежа, просто для общего развития и ключевых слов, по которым потом можно гуглить. Я не занимаюсь продажами крепежа, так что это не реклама, если вы можете дополнить - пишите в комментариях.

Просто добавь штырёк.

Самым простым способом сделать "антивандальный" вариант оказалось простое добавление  штырёчка ("пина", штифта) в центр шлица. Был шестигранник - стал антивандальный шестигранник. Был torx, стал security torx.  (Версия со штырьком может еще называться "tamper resistant") Это делает невозможным использование обычного инструмента без соответствующего углубления, и выходит что внешне то же самое, а комплект бит нужно покупать снова. При особой сноровке и подходящем материале винта штырек можно отломить, превратив антивандальный шлиц в обычный.

Односторонний крепеж.

Предназначен только для закручивания, при вращении инструмента против часовой стрелки инструмент просто выталкивает из шлица. С one-way вы познакомились в прошлом посте про крепеж. А вот его брат для крестовых отверток PZ - шуруп  Sentinel®.

Помимо винтов есть и гайки одностороннего действия, например Kinmar Permanent Nut - закручивается специнструментом, и углубления на гайке затрудняют ее откручивание. Есть вариант Kinmar Removable - там форма проточек позволяет открутить обратно.

Крышечки и подкладки.

Если погуглить по "anti-thief screw" можно увидеть много разных типов шлицев. Но один из способов защиты от кражи - это не шлиц, а крышки и подкладки. Например спецшайба, используется в паре с головкой "впотай". Она скругленная, что осложняет захват ее плоскогубцами, да и вращение ее бесполезно - это отдельная деталь. В отличии от просто головки впотай - не выйдет срезать материал вокруг головки и подцепить за торчащее. Вот пример от японской компании NBK:

Или защитная крышка (NoGo Security Enclosure) - закручиваем болт в кожухе и забиваем сверху крышкой.

Если крепеж прикручен, но захотелось усилить его антивандальность, то есть просто крышки (Armour Ring security cap), которая забивается на головку болта, затрудняя его откручивание.

Разделяемый крепеж

Про отрывные болты я писал в прошлом посте. У отрывного болта (или гайки) есть тонкий перешеек, который при достижении нужного момента затяжки просто сворачивает. Это может требоваться для антивандальности - например для закрепления замка зажигания. Или для гарантированного момента - в различных клеммниках и соединительных муфтах - если головку оторвало, значит провод прижат как следует.

Вот оригинальное решение от японской NBK - гайка составная, заворачивается как обычная, а вот при попытке отвернуть - свернется только часть.

Штырьки и углубления

Вариаций на тему штырьков и углублений много. Это упомянутый в прошлом посте spanner или шлиц под вилочный ключ - содержит два углубления. Компания Microtech использует винты с тремя углублениями в головке. В продаже есть варианты и с одним углублением и с четырьмя, симметричные и не симметричные.... Причем технология изготовления довольно проста, и имея достаточно простые станки можно сделать свой вариант. Отдельно хочется упомянуть вариант с одним штырьком - создававшие в советском союзе самодельные замки в гараж, возможно видели подобную конструкцию.

Для защиты от желающих просто вставить кончики круглогубцев и повернуть придумали вариант с конусами в углублениях (Tricone® Security Bolt):

Овалы

В дополнение к прошлому посту - не только в кофемашинах используются овальные формы головки. Овал не самая популярная форма антивандальной головки - требуется высокая точность изготовления для соблюдения минимального зазора с инструментом. Малейший люфт и поворотом биты овал превратится в круг. Также выпускаются винты с овальной головкой AVSAFE.

Окружности с зубами

Идея простая - сделать углубление в форме кольца с выступами разной формы и с разным расстоянием - просто варьируя количество и расстояние меж зубами можно получить огромное количество комбинаций. Паз в форме кольца затрудняет использование тонкогубцев и другого инструмента, да и такой инструмент оставит следы. По этому пути пошли к примеру разработчики шлица key-rex. (аналог Solok от Hafren) Его производит bryce fastener под конкретного клиента. Автомобильные болты "секретки" для колес используют похожий принцип. На этой же картинке варианты пятигранника и 7-ми лучевой звездочки от того же производителя.

Как Torx но пятилучевой

Антивандальным можно назвать различные 5-lobe screws - вариации популярного торкса, но с меньшим количеством лучей. И pentalobe от Эпл отнесем сюда же. Есть вариации с штифтом и без штифта.

Еще больше ада. Scroll.

Что головка болта, что гайка имеют хитрой формы проточки. Проточки не глубокие, так что усилие затяжки не высокое, но внешний вид очень экзотичный. Аналог называется Slot-Lok.

Антивандальные гайки.

В дополнение к T-groove из прошлого поста - встречайте Pyranut (или T-slope или tufnut - у каждого производителя своя торговая марка.). Оригинальная идея квадратной пирамидальной гайки, которая затягивается при помощи второй гайки! Они навинчиваются узкими местами друг к другу, в результате чего можно вставить ключ и завернуть гайки парой, затем открутив верхнюю.

Что почитать, посмотреть?

Очень прикольный по информативности сайт https://www.losspreventionfasteners.com/ огромный им респект.

Каталог производителя https://www.sentinelgrp.com.au/

Каталог производителя https://www.hafrenfasteners.com/

Каталог производителя http://www.superfastener.com/

Каталог производителя https://www.fastenright.com/

Крепежная тема на этом не заканчивается, будет еще один пост точно.

Инженер Павел Сeрков.

Мой инстаграм: pavel.serkov

Были широко распространены в СССР, практически все бытовые приборы собраны на винты с таким шлицем.  Из плюсов - дешевизна и простота, даже сломанную отвертку можно переточить самостоятельно. Самый существенный недостаток - неудобны для сборки на конвейере - шлиц не центрируется, так что при затяжке отвертка может выскользнуть и поцарапать поверхность вокруг.

Размеров - море, от миниатюрных часовых до огромных лопат. При работе отвертка выбирается такого размера, чтобы плотно сидеть в шлице, малейший зазор/перекос/вмятина, и шанс сорвать шлиц вырастает.

Крестообразный шлиц (Phillips, PH)

В советском союзе это был самый ходовой крестовой шлиц (по ГОСТ 10753-86 тип H) В СССР они появились вместе с американской техникой, с тех пор и остались.

При значительном усилии затяжки, отвертку из шлица выталкивает (cam-out), что может привести к повреждению шлица и отвертки. Это было большим плюсом во времена, когда инструмент не имел муфт ограничения момента, лучше иметь слегка разбитый шлиц чем свернутую голову винта. Сейчас же, это большой недостаток и все современные шлицы не имеют выталкивающего усилия при затяжке.

Размеры: PH000, PH00, PH0, PH1, PH2, PH3, PH4

Крестовой шлиц с насечками (Pozidriv, PZ)

Винты с этим шлицем широко появились с волной импорта после развала СССР (по ГОСТ 10753-86 тип Z, но, похоже, метиз с этим шлицем в СССР не выпускалось). Именно из-за отсутствия отличных от PH шлицев большая часть населения не делает разницы между типами крестообразных шлицев.

Обратите внимание, угла меж гранями нет, они параллельны! Это позволяет закручивать с бОльшим моментом, чем шлицы типа PH, отвертку при этом из шлица не выталкивает. Чтобы визуально отличить крестообразные шлицы PH и PZ у последнего добавлены засечки:

Еще раз. PH и PZ хоть и внешне похожи, они не совместимы! Если крутить винт одного типа битой другого - будет разбивать и шлиц и биту. Видите крест - берите PH, видите крест с доп. насечками - берите PZ. Удивительно, что до сих пор встречаются "мастера" которые не знают этой разницы, и жалуются на некачественные винты/отвертки которые быстро разбиваются.

Размеры: PZ0-PZ4

Больше Ада! Шлиц JIS B 1012.

Это шлиц внутрияпонского стандарта, соответственно может попасться на импортированной из японии технике (например авто). Отличается от шлица PH геометрией, при внешнем сходстве. Разница важна, если вы будете пытаться открутить прикипевший винт, с большим усилием - тогда при попытке отвернуть его битой PH шлиц может сорвать. Визуально опознается по дополнительной точке на головке винта.

Для закрепления. У меня в руке три винта с крестовым шлицем, и они все РАЗНЫЕ! Для каждого требуется своя отвертка, попробуйте опознать где какой шлиц.

Шестигранник внутренний (Hex, Allen key, INBUS)

Allen -торговая марка the Allen Manufacturing Company из  Коннектикуте, зарегистрирована в 1910, но стала нарицательной. INBUS - абревиатура от Innensechskantschraube Bauer und Schaurte — винт с внутренним шестигранником Bauer & Schaurte. Очень часто его ошибочно (даже на упаковке!) называют иМбусовым, а иногда имбусовым обзывают ключ с головкой TORX.

Недостатком этого шлица является низкое усилие затяжки, особенно, если отвертка входит в шлиц с зазором. Размеры шестигранников могут быть как метрические, так и дюймовые. Если ваш ключ болтается в шлице - то возможно стоит взять дюймовый набор. Существует версия с "антивандальным" штифтом по центру.

Шлиц "звездочка" (TORX, hexalobular)

Является патентованным изделием компании textron. (патент истек в 90х, а вот торговая марка осталась.  Стандарт ISO 10664:2014 или ГОСТ Р ИСО 10664-2007) Это попытка исправить недостатки простого шестигранника - форма звездочки позволяет затягивать винт с огромным усилием, кроме того он центрируется и его при затяжке не выталкивает. Этим и объясняется, что он нашел такое распространение в технике.

Есть улучшенный (и патентованный, ха-ха!) вариант torx plus, внешне очень похож, но лучи короче, что дает большее усилие затяжки.  Есть версии со штифтом от вандалов, также есть версия с наружным шлицем.

Квадрат (Robertson)

Распространен в северной Америке, в наших краях встречается крайне редко.

12-гранные шлицы

Их несколько, они очень похожи, но тем не менее разные и не совместимые меж собой:

Triple-square (тройной квадрат) или XZN

Получается наложением трех квадратов с поворотом на 30 градусов. Угол в углублении 90 градусов.

Spline

получается наложением четырех равносторонних треугольников с поворотом каждого на 30 градусов. Соответственно угол в углублении 60 градусов.

Двойной шестигранник (Double hex, 12-point)

Получается наложением двух равносторонних шестигранников с поворотом на 30 градусов. Угол в углублении 120 градусов. Теоретически такой шлиц можно крутить обычным шестигранником, но с заметно большим шансом его сорвать.

Если вы уже пришли в себя от разновидностей крестовых шлицев, то вот вам еще один - Torq-set. К счастью он достаточно сильно отличается от крестовых шлицев в первой части поста - используется в авиационной технике - лопасти смещены от центра. Причем шанс встретить такую биту в наборе выше, чем встретить сам винт с таким шлицем :)

Зачем столько шлицев?

1. Изобретаем новый шлиц, который чуть лучше существующих

2. Патентуем

3. Продаем изделия со своим шлицем крупным производствам (автомобильным, авиационным)

4. PROFIT!!!

Причем не достаточно изобрести идеальный шлиц, любое внедрение - это головная боль - новые цепочки поставки, новые инструменты, обучение персонала, поэтому внедрение новых типов шлицев обычно происходит, если новый тип радикально лучше существующих.

Шлицы страданий

Шлицы выше обладают важным свойством, относительно прямого - бОльший крутящий момент и  центровка. Но иногда производитель не хочет, что бы внутрь устройства лазил кто попало. Ниже шлицы, которые используются для ограничения свободного доступа внутрь - просто потому что в обычных наборах инструментов нет соответствующих бит.

Трехлопастные Ti-wing и Tri-point (Y-type). Они очень похожи, но у tri-point лопасти идут из центра, а у tri-wing они смещены. На фото сверху Tri-wing, снизу - Tri-point:

Иногда можно встретить треугольные (Triangle), как наружный, так и внутренний. Бита для него вытачивается очень просто из любого гвоздя.

Для антивандальных применений (крепления чего-то в общественных местах) используют вилочный шлиц (spanner, snake eye), который советский школьник выкручивал доработав плоский шлиц напильником. Задачу усложняет пятигранник (Pentagon) - за счет нечетного количества граней, у шлица нет параллельных поверхностей - плоскогубцами такой не отвернуть. Совсем хардкор - это Tri-Groove - за счет конусной части его также не ухватить плоскогубцами, нарезов всего три - бокорезами тоже не подхватить.

Помимо пятилучевого торкса (5 lobe torx/5-point torx) одна небезызвестная фруктовая компания разработала и внедрила свой Pentalobe. Тут на лицо неслыханная наглость - собрав свои изделия на винты со своим патентованным шлицем можно вынудить ремонтировать свои продукты только в своих сервисных центрах. А благодаря патенту - можно прессовать любого, кто осмелится производить отвертки для этого шлица. К счастью, до такого не дошло, и в продаже есть отвертки для шлицев pentalobe.

Похожий шаг сделала одна компания, производящая кофе-машины, от самостоятельного ремонта защищает винт с овальной головкой.

Ну и достойным завершением поста будут шлицы One Way - они вообще не предназначены для выкручивания, при вращении против часовой стрелки отвертку будет просто выбрасывать из шлица.

Веселее только крепеж с отрывной головой (Shear head screw)- у такого головка двойная. Винт закручивается до упора и головка сворачивается. Удобно для гарантии, что винт затянут до необходимого усилия и для антивандального применения.

Ключевые слова для гугления теперь есть, визуальные образы для опознания есть. Осталось рассказать, что делать, если всё-таки вы свернули шлиц у крепежа :) но это тема для другого поста. В пост не вошли совсем уж экзотические типы шлицев (clutch, mortorq, Lox и т.д.), крайне маловероятно что вы с ними столкнетесь.

Инженер Павел Серков.