Таблица дюймовых резьб и метрических сверл: справочник стандартов UNC, UNF, BSP, NPT

Введение

Дюймовая система резьб является доминирующим стандартом для оборудования североамериканского (США, Канада) и британского производства. В случае ремонта импортных узлов инженеру важно безошибочно идентифицировать крепеж: дюймовые метизы имеют уникальный шаг (TPI) и угол профиля. Стандартный метрический инструмент здесь категорически не подходит - попытка применить метчик из другой системы координат (ISO) приведет к уничтожению ответной части детали.

Несмотря на глобальный промышленный переход на метр, имперские меры (дюйм, фут) сохраняют актуальность в машиностроении более 100 лет. Сменились поколения технологов, но международная кооперация распространила стандарты ANSI/ASME и BSW по всему миру, создавая постоянные метрологические коллизии в цехах.

Абсолютное математическое совпадение дюймовой и метрической сеток невозможно, однако в пределах инженерных допусков (H12-H14) всегда существует рабочее решение. Простого подбора сверла «на глаз» недостаточно: ошибка в 0.1 мм при работе с легированными сталями (40Х, AISI 304) вызовет либо поломку инструмента из-за завышенного припуска, либо ослабление соединения.

Ниже представлена экспресс-таблица для пяти самых распространенных дюймовых стандартов, позволяющая оперативно подобрать сверло без обращения к полным справочникам.

Критическое предупреждение: Данные в таблицах этой статьи рассчитаны исключительно для классического нарезания резьбы (Cutting Tap) со снятием стружки. Если технологический процесс предусматривает использование бесстружечных раскатников (Forming/Roll Tap), диаметр отверстия должен быть существенно больше (формулы расчета для раскатки приведены в разделе "Технология"). Использование стандартных сверл под раскатку приведет к мгновенному заклиниванию, перегреву и поломке твердосплавного инструмента.

Далее в статье - полные таблицы совместимости стандартов UNF (мелкий шаг), NPT (конусная резьба) и проверенные алгоритмы пересчета TPI в миллиметры.

Идентификация резьбы: алгоритм определения UNC, UNF, NPT и BSP

Визуальная оценка - прямой путь к браку. Чтобы точно определить тип соединения, технолог обязан игнорировать внешнее сходство и применять инструментальные способы измерения. Критическая необходимость аппаратного контроля обусловлена микроскопическими различиями: болт M8x1.25 и дюймовый 5/16"-18 UNC отличаются по диаметру всего на 0.06 мм. Без проверки того, как производители обозначают конкретную партию метизов, ошибка гарантирована. Для диагностики следует последовательно пройти этапы анализа трех параметров: угла профиля, геометрии и величины шага.

• Угол профиля: Позволяет понять базовый стандарт. Метрика и серии UNC/UNF/NPT имеют угол 60°. Британские BSP/BSW - 55°.
• Геометрия: Конусность 1:16 указывает на NPT/BSPT. Цилиндр - на крепежные UNC/UNF.
• Направление: Обратите внимание, левая или правая резьба перед вами (маркировка LH/RH).

Процедура идентификации

1. Инструментальный контроль диаметра: С помощью измерительного инструмента (цифрового микрометра или резьбовой скобы) зафиксируйте фактический размер на поверхности внешнего диаметра. Очистите деталь от смазки перед замером.
2. Проверка резьбомером: Используйте наборные шаблоны (калибровочные пластины). Приложите инструмент к детали на просвет так, чтобы контрольные зубья идеально совпали с впадинами резьбы. Зазор недопустим.
3. Ручной метод (TPI): Если спецотснастка отсутствует, ручные методы позволяют узнать шаг "в поле". Измеряют расстояние между соседними вершинами гребней или считают количество витков на дюйм.
   • Возьмите линейку. Ширина контрольного участка должна составлять ровно 25.4 мм.
   • Посчитайте пики. 13 витков - 1/2"-13 UNC; 20 витков - 1/2"-20 UNF.

Если вам удалось измерить шаг и полученное число витков не является целым (и не кратно 0.5 для трубных стандартов), перед вами метрическая резьба. Дюймовая система всегда оперирует фиксированным числом витков на дюймовой базе.

Расшифровка маркировки (Class 1A, 2B, 3B)

В соответствии с техническими требованиями стандарта ANSI/ASME B1.1, маркировка в чертежах определяет не только номинальный размер и шаг, но и поле допуска (пример: 1/4-20 UNC-2A). Игнорирование этого параметра при подборе инструмента приводит к производственному браку: проходной калибр-пробка (Go Gauge) не входит в отверстие, либо резьба получается критически ослабленной.

Буквенный индекс (Тип детали):

• A (External): Наружная резьба (болты, шпильки, фитинги).
• B (Internal): Внутренняя резьба (гайки, корпусные отверстия).

Цифровой индекс (Класс точности):

Эта группа допусков регламентирует величину зазора в резьбовой паре, что напрямую влияет на свинчиваемость и эксплуатационные качества соединения.

Технологический вывод: При подготовке отверстий под метчик технологи по умолчанию ориентируются на класс 2B. Это обеспечивает формирование профиля высотой 75%, что гарантирует расчетную прочность на срез и нормальный выход стружки. Попытка нарезать резьбу класса 3B стандартным метчиком в легированной стали без предварительного развертывания отверстия часто заканчивается заклиниванием и поломкой инструмента из-за чрезмерного трения.

Стандарт UNC (Coarse): основной шаг (таблица сверл)

Система UNC (Unified National Coarse) входит в семейство стандартов Unified Inch Threads (унифицированная дюймовая резьба) и служит технологическим базисом американского тяжелого машиностроения. По функционалу UNC - это полный аналог метрического основного шага, сопоставимый по применяемости с резьбами M8 или M10. Данный профиль с углом 60° доминирует в узлах двигателей Cummins, агрегатах спецтехники John Deere и промышленном оборудовании США.

Конструкторы закладывают UNC из-за высокой эксплуатационной надежности. Глубокий профиль и крупный шаг позволяют резьбе выдерживать значительные нагрузки на срез, работу в условиях загрязнения и монтаж в мягкие материалы (чугун, алюминий). Там, где мелкая резьба (UNF) разрушается при перетяжке, UNC сохраняет целостность соединения. Однако в диапазоне диаметров менее 1/4 дюйма (6.35 мм) дробная логика теряет актуальность, уступая место номерной системе.

Специфика «Номерных сверл» (Number Drills)

Размеры формата #4-40 или #10-24 создают сложности при идентификации крепежа. Это калибры (Gauge), исторически перешедшие из оружейных стандартов, где дюймовый номинал не указан явно. Подбор инструмента «на глаз» здесь гарантированно приведет к браку.

Для вычисления фактического наружного диаметра (Major Diameter) используйте императивную формулу стандарта ASME B1.1:

Где:

• 0.060 - базовый диаметр нулевого винта (#0) в дюймах.
• N - номер калибра винта (диапазон 0–12).
• 0.013 - шаг увеличения диаметра на каждый номер (дюймы).

Пример расчета: Для винта #6-32 UNC диаметр составляет: D = (0.060 + 6 × 0.013) × 25.4 = 3.505 мм. Перевод в метрические единицы обязателен для инструментального контроля.

Таблица сверл для резьбы UNC (Крупный шаг)

Ниже представлены эталонные данные для формирования резьбы класса точности 2B (стандартная посадка) с высотой профиля 75%. Инструкция по использованию: найдите ряд с маркировкой вашего крепежа и соответствующий столбец, содержащий значения для выбора инструмента.

Почему именно 75% высоты профиля?

В таблице указан параметр "75% резьбы". Это золотой стандарт металлообработки. Теоретически можно взять сверло меньшего диаметра и получить 100% профиль резьбы. Однако лабораторные тесты на разрыв показывают: прочность соединения перестает расти уже при 75% заполнения профиля. Оставшиеся 25% высоты витка не несут силовой нагрузки, но значительно (в 3 раза!) увеличивают нагрузку на метчик при нарезании.

Результат попытки сделать 100% резьбу:

• Мгновенный перегрев режущих кромок.
• Пакетирование стружки в канавках.
• Слом метчика внутри детали (извлечение обломка часто дороже самой детали).

Поэтому диаметры сверл в таблице подобраны с учетом безопасного зазора на вершине профиля.

Критическая ошибка: резание и раскатка

Внимание! Все диаметры сверл, указанные в таблице выше, применимы ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО для классических метчиков, которые срезают стружку (Cutting Taps).

Если ваше предприятие перешло на современные бесстружечные раскатники (Forming Taps / Roll Taps), которые формируют резьбу пластической деформацией, эти сверла использовать КАТЕГОРИЧЕСКИ НЕЛЬЗЯ.

Раскатник выдавливает металл, "поднимая" его внутрь отверстия. Пилотное отверстие под раскатку всегда больше, чем под нарезку. Попытка загнать раскатник в отверстие из таблицы выше (например, 5.1 мм для 1/4-20) приведет к заклиниванию инструмента на втором витке из-за переполнения профиля металлом.

Правильная формула расчета отверстия под раскатку будет приведена в техническом блоке в конце статьи.

Стандарт UNF (Fine): мелкий шаг (таблица сверл)

Если резьба UNC - это "строитель", то UNF (Unified National Fine) - это "ювелир", работающий под нагрузкой. Этот стандарт доминирует в авиастроении, гидравлике высокого давления и автомобильной подвеске. Причина инженерного выбора в пользу мелкого шага проста: меньше угол подъема винтовой линии. Это работает как самотормозящий клин, который удерживает затяжку даже при сильной вибрации, где обычная гайка UNC открутилась бы за пару часов работы двигателя.

Кроме того, за счет меньшей глубины профиля стержень болта UNF имеет большую площадь поперечного сечения (stress area). Это делает его прочнее на разрыв по сравнению с UNC того же диаметра.

Технологический нюанс: Обработка мелкой резьбы не прощает небрежности. Высота профиля здесь минимальна. Если при сверлении под UNC ошибка в +0.1 мм лишь немного ослабит соединение, то для UNF такой "люфт" критичен. Сверло, выбранное "с запасом", срежет верхушки профиля, и болт вырвет при первой же затяжке моментом. Сверло "в минус" - и метчик заклинит из-за перегрузки стружечных канавок.

Трубные резьбы: BSP (G) и NPT - в чем подвох?

Трубная резьба - это главный источник ошибок при комплектации гидравлических и пневматических систем. Основная проблема кроется в так называемом «Парадоксе трубного дюйма». Если вы замерите наружный диаметр фитинга 1/2" штангенциркулем, вы увидите на дисплее 20.95 мм, а вовсе не ожидаемые 12.7 мм. Логика «1 дюйм = 25.4 мм» здесь не работает напрямую.

Причина историческая: размер трубной резьбы привязан к условному проходу трубы (DN/Dy). То есть 1/2" - это внутренний диаметр трубы, по которой течет жидкость. Сама резьба нарезается снаружи, поверх стенки трубы. Поэтому наружный диаметр всегда существенно больше номинала. Инженер должен запомнить: трубный дюйм - это характеристика пропускной способности, а не размер резьбы.

Битва стандартов: Европа (BSP) против США (NPT)

Второй подводный камень - геометрия профиля. Визуально похожие штуцеры могут иметь принципиально разную конструкцию:

• BSP (British Standard Pipe) / G: Европейский и российский стандарт (ГОСТ 6357-81). Резьба цилиндрическая, не имеет сужения. Угол профиля при вершине - 55°. Герметичность соединения обеспечивается только уплотнительным кольцом, прокладкой или анаэробным герметиком. Сама резьба не герметична.
• NPT (National Pipe Taper): Американский стандарт (ANSI/ASME B1.20.1). Резьба коническая (сужение 1:16). Угол профиля - 60°. При закручивании витки сминаются, создавая герметичный замок «металл-по-металлу».

Таблица сверл под трубную резьбу G (BSP) и K (NPT)

Ниже представлены диаметры отверстий для нарезания резьбы. Обратите внимание: для качественной резьбы NPT после сверления рекомендуется пройти отверстие конической разверткой (taper reamer) перед использованием метчика. Сверление простым цилиндрическим сверлом увеличивает нагрузку на метчик.

Кросс-референс: импортные стандарты и ГОСТ

Снабженцы часто требуют найти «отечественный аналог» для импортного крепежа, чтобы закрыть ведомость покупных изделий. Инженер обязан внести ясность: метрического крепежа, способного заменить UNC или UNF без полной переделки ответной детали, не существует. Разница в шаге резьбы даже в 0.02 мм приведет к заклиниванию соединения на третьем витке.

Однако в российской системе стандартизации существуют действующие ГОСТы, которые регламентируют дюймовые и трубные резьбы. Эти документы либо полностью гармонизированы с ISO/ANSI, либо описывают исторические советские стандарты, геометрически совпадающие с западными. Используйте приведенную ниже таблицу для корректного заполнения конструкторской документации и заявок на закупку инструмента.

Технический комментарий: При заказе метчиков и плашек для резьбы NPT в России допустимо указывать в заявке «Метчик К 1/2" ГОСТ 6111-52». Инструментальные заводы (например, в Томске или Белгороде) производят их именно под этой маркировкой, и они полностью совместимы с американскими фитингами NPT. Для крепежных резьб UNC/UNF ссылки на ГОСТ Р используются редко; в коммерческой практике надежнее указывать оригинальную спецификацию ASME B1.1.

Технология: расчет, режимы и СОЖ

Наличие таблицы - это хорошо, но на реальном производстве инженер обязан владеть методикой расчета. Таблицы теряются, интернет в цеху пропадает, а станок должен работать. Кроме того, слепое следование справочнику без понимания физики процесса - прямой путь к браку, особенно при смене технологии с традиционного нарезания на высокопроизводительную раскатку.

Универсальная формула расчета

Если под рукой нет справочника, используйте фундаментальное правило механообработки: «Диаметр сверла равен наружному диаметру минус шаг». В дюймовой системе это требует промежуточного перевода шага (TPI) в миллиметры.

Формула для полевых условий (Точность ±0.1 мм):

Где 25.4 / TPI - это шаг резьбы, конвертированный в миллиметры.

Практический пример расчета для популярного болта 3/8"-16 UNC:

1. Определяем наружный диаметр: 3/8 дюйма = 3 ÷ 8 × 25.4 = 9.525 мм.
2. Вычисляем шаг: 25.4 ÷ 16 ниток = 1.587 мм.
3. Считаем сверло: 9.525 - 1.587 = 7.938 мм.

Вердикт технолога: Идеального сверла 7.938 мм не существует.

• Если взять 7.9 мм - метчик пойдет с натягом, профиль будет полным (полезно для вибронагруженных узлов).
• Если взять 8.0 мм - вход будет легче, нагрузка на метчик снизится на 15–20%, что предпочтительно для серийного производства.

Нюанс: Раскатка резьбы (Forming Taps)

Это самый опасный момент для тех, кто привык работать по старинке. Раскатники (бесстружечные метчики) не срезают металл, а пластически деформируют его, выдавливая витки из тела заготовки. В процессе работы металл "течет" внутрь отверстия, уменьшая его диаметр.

Следовательно, исходное отверстие должно быть значительно больше, чем под нарезание. Если вы засверлитесь по стандартной таблице (под резание) и загоните туда раскатник, инструменту будет некуда выдавливать металл. Результат - мгновенное заклинивание и разрыв метчика, который практически невозможно высверлить из-за его твердости (62-64 HRC).

Формула для раскатников:

Вернемся к нашему примеру 3/8"-16 UNC: Вместо вычитания полного шага (1.587 мм), мы вычитаем только его половину (~0.8 мм). Расчет: 9.525 - 0.8 = 8.725 мм.

Разница колоссальна: Под резание - сверло 8.0 мм. Под раскатку - сверло 8.7 мм или 8.8 мм. Ошибка в 0.7 мм гарантированно уничтожит инструмент.

Режимы резания и СОЖ

Дюймовая резьба требует той же культуры производства, что и метрическая. Однако из-за частого использования переточенных или нестандартных сверл, режимы следует подбирать консервативно.

1. Скорость резания (V):

• Для сверл из быстрорежущей стали (HSS) по конструкционной стали: 20–30 м/мин.
• Для нержавеющих сталей (AISI 304): 10–12 м/мин с обязательным выводом сверла для удаления стружки.

2. Пилотное отверстие:

Если диаметр резьбы превышает 1/2" (12.7 мм), сверление за один проход запрещено. Широкая перемычка большого сверла создает колоссальную осевую нагрузку, что приводит к перегреву и уводу оси.

Алгоритм: Сначала пройдите "пилотом" диаметром 4–5 мм. Это разгрузит вершину основного сверла и обеспечит центрирование.

3. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ):

Сухое трение - враг резьбы. Выбор химии зависит от материала:

• Черные стали: Олеиновая кислота (идеал), сульфофрезол или готовые пасты для нарезания резьбы. Масло снижает трение и сохраняет профиль.
• Алюминий и сплавы: WD-40 или специальные жидкости с высокой текучестью (например, спирто-масляные смеси). Вязкие масла здесь вредны - на них налипает стружка, образуя "нарост", который рвет мягкую резьбу.
• Нержавейка: Специализированные концентраты с высоким содержанием серы и хлора (EP-присадки) для предотвращения сваривания инструмента с деталью.

FAQ: Ответы технолога

В цеховой практике времени на глубокий анализ часто нет, и решения принимаются «у станка». Однако дюймовая резьба не терпит интуитивного подхода. Ниже разобраны три типичных сценария, где ошибка в логике стоит сломанного оборудования или забракованной партии деталей.

Короткий ответ: Категорически нет. Это геометрический тупик.

Техническое обоснование: Сравним наружные диаметры. Дюймовая резьба 1/4" имеет диаметр 6.35 мм. Метрическая M6 - ровно 6.00 мм. Вы пытаетесь нарезать меньшую резьбу на месте большей. Даже если вы попытаетесь прогнать метчик M6, он просто «провалится» внутрь или нарежет рваные, неполные вершины, которые не удержат нагрузку.

Решение: Единственный выход - рассверливание под следующий метрический размер. Ближайший полноценный номинал - M8. Алгоритм действий:

1. Рассверлить отверстие сверлом 6.7 мм (для стандартного шага M8x1.25).
2. Нарезать полноценную метрическую резьбу M8.

Если конструкция не позволяет увеличить диаметр (тонкие стенки), используйте пружинные вставки (типа HeliCoil или V-Coil). Они позволяют восстановить резьбу до номинала M6, но требуют спецметчика и навыка установки.

Стандартное сверло для самой ходовой американской резьбы - 5.1 мм (сверло №7). В метрических наборах оно встречается редко. Инженеры часто стоят перед выбором: взять 5.0 мм или 5.2 мм.

Для стандарта UNC (Крупный шаг): Допускается компромисс.

• Вариант 5.0 мм: Высота профиля увеличится до ~85%. Метчик пойдет тяжело, риск поломки возрастает. Требуется обильная смазка (олеиновая кислота). Допустимо для мягких сталей.
• Вариант 5.2 мм: Высота профиля упадет до ~60-65%. Резьба будет «ослабленной», но метчик зайдет легко. Допустимо для неответственных крепежей (крышки, кожухи), но запрещено для силовых узлов.

Для стандарта UNF (Мелкий шаг): Замена запрещена. Для резьбы 1/4"-28 UNF требуется сверло 5.5 мм. Любое отклонение критично:

• 5.4 мм вызовет заклинивание (слишком мало места для мелкой стружки).
• 5.6 мм срежет вершины профиля практически полностью.

Если нет нужного размера - перетачивайте сверло большего диаметра на универсально-заточном станке.

Иногда в спецификациях на насосное оборудование для нефтегазового сектора (API Standards) встречается обозначение типа 2"-8 UN. Это не опечатка.

Это специальная серия Constant Pitch (Постоянный шаг). В отличие от UNC/UNF, где шаг меняется вместе с диаметром, здесь он фиксирован - 8 ниток на дюйм (TPI), независимо от того, какой диаметр у болта: 1 дюйм, 2 дюйма или 4 дюйма.

Зачем это нужно? В энергетике и на сосудах высокого давления используются болты огромных диаметров. Если нарезать на болте диаметром 100 мм стандартную крупную резьбу, шаг будет настолько гигантским, что для затяжки гайки потребуется чудовищный крутящий момент, а гайка будет самоотвинчиваться. Серия 8-UN позволяет сохранить мелкий шаг на больших диаметрах, обеспечивая высокое усилие прижима (натяг) при разумном моменте затяжки гидравлическим ключом.

Заключение и чек-лист

Работа с дюймовыми стандартами - это не просто арифметический пересчет миллиметров в дюймы. Это иная философия допусков и посадок. Если в метрическом крепеже общестроительного назначения «погрешность в десятку» часто сходит с рук, то при работе с американскими стандартами UNF (мелкий шаг) или прецизионными NPT такое отклонение гарантированно отправит деталь в брак. Дефицит дюймового инструмента в РФ делает цену ошибки кратно выше: сломанный метчик 3/8"-24 UNF придется ждать под заказ несколько недель.

Чтобы исключить человеческий фактор и аварийные остановки производства, внедрите в цеху обязательный протокол проверки перед каждой операцией сверления под дюймовую резьбу.

Информация из этого справочника имеет свойство забываться именно в тот момент, когда станок уже запущен. Рекомендую распечатать сводные таблицы сверл UNC/UNF и повесить их на инструментальном шкафу или рабочем месте оператора ЧПУ. Это сэкономит вашему предприятию часы простоя и тысячи рублей на сломанном инструменте.