Виробництво кріплення: технологія, марки сталі

Зараз кріпильні вироби користуються попитом у всіх промислових і виробничих галузях, тому виробляються у величезних масштабах. Завдяки використанню сучасних технологій з'явилася можливість отримувати металовироби різних типорозмірів, класів міцності і точності.

Кріплення почало використовуватися багато століть назад. Ще стародавнім єгиптянам, грекам і римлянам були відомі вироби, що стали прообразами сучасних гвинтів і болтів. Масове виробництво кріплення почало розвиватися в період промислової революції і масового переходу від ручної праці до машинної. До початку XX століття металовироби виготовлялися вручну за допомогою токарних верстатів. Такий метод вимагав багато часу і не дозволяв отримувати кріпильні вироби необхідного класу точності.

У XX столітті почалося серійне виробництво кріплення з використанням одного із самих економічних технологічних процесів – обробки сталі тиском. Він дозволяв отримувати великі партії продукції і зменшував її вартість. При необхідності використовуються вторинні операції, наприклад, обробка різанням. Про технології виробництва кріплення, які використовуються сучасними виробниками, а також про вибір потрібних для виготовлення металовиробів марок сталей читайте в нашій статті.

Методом холодного штампування зараз виготовляється близько 87% всіх кріпильних виробів. Популярність технології обумовлена ​​її високою економічністю, а також іншими перевагами:

• швидкість виробництва;
• зниження витрати металу (коефіцієнт його використання становить 95-98% а при обробці різанням всього 30-50%);
• здешевлення вартості готової продукції;
• гарантія точності розмірів;
• можливість виготовлення кріпильних виробів в широкому асортименті типорозмірів (до М52);
• висока якість і чистота поверхні виробів;
• поліпшення механічних властивостей металевих виробів.

Технологія холодного штампування заснована на комбінації трьох методів:

• пряме видавлювання – використовується для зменшення діаметра заготовки;
• зворотне видавлювання – застосовується для формування отворів;
• висадка – використовується для формування головок.

Для виробництва кріпильних виробів використовуються горизонтальні холодновисадочні преси-автомати – одноударні або багатопозиційні. Їх продуктивність може досягати 400 виробів за хвилину. Для накатки різьби та формування гострих наконечників використовуються різьбонакатні верстати. Щоб надати металовиробам необхідну міцність і твердість, їх гартують в спеціальних печах.

Заготовка, призначена для холодного штампування, повинна мати ідеально гладку поверхню. Наявність дефектів може стати причиною браку. Для видалення окалини, жирових та інших забруднень метал протруюють в розчині сірчаної або соляної кислоти, після чого промивають у гарячій і холодній воді. Після цього заготовка покривається мастилом.

При холодному штампуванні заготовці надається необхідна форма шляхом заповнення металом робочих порожнин штампів. В процесі висадки частина заготовки осаджується між пуансоном і матрицею.

Для виробництва кріпильних виробів використовують дві схеми холодної пластичної деформації. Перша включає такі етапи:

• підготовка металевих заготовок;
• термічна обробка;
• підготовка поверхні заготовок;
• штампування.

Технологічні процеси за даною схемою проводяться за допомогою вертикальних пресів, на які встановлюються одно- або багатопозиційні штампи.

Друга схема включає всього три етапи:

• термічна обробка заготовок;
• підготовка поверхні;
• штампування.

Для реалізації цієї схеми використовуються одно- або багатопозиційні автомати. Обидві схеми можна поєднувати.

Щоб отримати деталі простих форм, використовують однопозиційні автомати. Багатопозиційне обладнання має кілька штампувальних позицій і застосовується для виробництва виробів складних форм. Наприклад, щоб зробити шестигранні болти, буде потрібно трьох-або чотирьохпозиційний автомат, виготовлення гайки вимагає наявності п'ятипозиційного обладнання.

Гаряче штампування –один із способів обробки металу тиском. За допомогою спеціальних інструментів – штампів –заготовці надають необхідну форму. При використанні даного методу заготовка деформується по всьому об'єму, а протягування металу здійснюється в полості штампа, форма якого відповідає майбутньому виробу. За допомогою технології гарячого штампування виготовляються 9% кріплення.

Штампи – масивні форми зі сталі. Вони складаються з двох частин, в яких є порожнини, звані струмками. Верхня частина штампа повинна бути закріплена на рухомій частині ковальської машини, а нижня – на нерухомій. Штамп – дороге обладнання, тому використання методу гарячого штампування доцільно тільки при серійному і масовому виробництві кріпильних виробів. Завдяки даній технології можна отримувати вироби дуже складної форми.

Перший етап технологічного процесу – підготовка заготовок. Спочатку їх нарізають на стрічкових верстатах, після чого за допомогою індуктора розігрівають до температури 1000 градусів. Потім на заготовки подаються на гарячевисадочні автомати. Для виробництва болтів, заклепок і гвинтів діаметром від 16 до 42 мм використовують фрикційні преси, однопозиційні гарячевисадочні автомати, багатопозиційні роторні автомати. Для виробництва гайок необхідні спеціальні багатопозиційні гайкові автомати. Процес гарячого штампування дозволяє використовувати широкий діапазон марок сталей.

Близько 90% кріплення в світі виготовляється з вуглецевої сталі. Причини популярності матеріалу – високі властивості міцності, простота обробки і невисока вартість у порівнянні з іншими металевими сплавами.

Механічні властивості кріпильних елементів, виготовлених з вуглецевих сталей, безпосередньо залежать від процентного вмісту вуглецю в складі сплаву. За цим критерієм сталі діляться на три групи:

• низьковуглецеві;
• середньовуглецеві;
• леговані.

У складі низьковуглецевих сталей менше 0,25% вуглецю. Матеріал відрізняється високою пластичністю і міцністю, легко обробляється і зварюється, недорогий у виробництві. Низьковуглецеві сталі підходять для виробництва кріплення загального призначення з межею міцності до 600 МПа.

Маркування таких сплавів складається з літерного позначення «Ст» і цифр від 0 до 6. Цифра є умовним номером марки. Чим більше число, тим вищий вміст вуглецю в сплаві. Популярні марки для виготовлення кріплення – Ст.3, ст.5.

Для позначення особливих властивостей сталі використовують додаткові літерні індекси, які ставляться праворуч від цифрового позначення. Це може бути класифікація за ступенем розкислення:

• кп – кипляча;
• пс – напівспокійна;
• сп – спокійна.

Якщо між індексом і номером марки ставиться буква Г, це означає, що в сплаві підвищений вміст марганцю.

Середньовуглецеві або конструкційні сталі містять від 0,25 до 0,85% вуглецю. Ці сплави можуть піддаватися додатковій термообробці для поліпшення механічних властивостей. Конструкційні сталі використовуються для виготовлення металовиробів, межа міцності яких перевищує 600 МПа.

Середньовуглецеві сталі маркуються двозначними числами, що позначають соту частку процентного вмісту вуглецю. Буква Г в позначенні марки вказує на високий вміст марганцю.

Найпопулярніші марки конструкційної сталі для виробництва кріплення – Ст.10, Ст.20, Ст.35, Ст.40.

Легованими називають сталі, що містять більш 1,65% марганцю, 0,6% кремнію і міді і менше 4% хрому. Наявність в складі сплавів легуючих елементів підвищує механічні і хімічні властивості кріпильних виробів.

Позначення марки якісної легованої сталі складається з літерно-цифрового поєднання, що означає хімічний склад сплаву. Для входять до складу стали легуючих елементів можуть використовуватися такі символи:

• нікель – Н;
• хром – Х;
• кремній – С;
• марганець – Г;
• вольфран – В;
• молібден – М;
• алюміній – Ю;
• титан – Т;
• мідь – Д;
• ванадій – Ф;
• кобальт – К;
• бор – Р;
• цирконій – Ц;
• ніобій – Б.

Цифра, яка стоїть після букви, вказує на процентний вміст легуючої добавки в складі. Якщо цифри немає, то легуючого елемента в сплаві близько 1,5%. У позначенні марок якісних легованих конструкційних сталей дві перші цифри вказують на вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Високоякісні сплави мають в кінці позначення букву А, особливо високоякісні – Ш.

Для виробництва кріпильних виробів використовуються наступні марки легованих сталей: Ст.35Х, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40Г2.

Кріпильні вироби, виготовлені з нержавіючої сталі, стають дедалі популярнішими. Вони коштують значно дорожче металовиробів з вуглецевих сплавів, але виграють у них за експлуатаційними характеристиками і терміну служби. Нержавіюче кріплення не боїться корозії і здатне протистояти їй не тільки в стандартних атмосферних умовах, а й під впливом агресивних середовищ. Наприклад, кислот, хлору, солоної води, різких температурних перепадів.

За властивостями та складом нержавіючі сталі діляться на три категорії:

• аустенітні –мають слабкі магнітні властивості або є абсолютно немагнітними, містять приблизно 15-25% хрому і від 5 до 15% нікелю. Добре зварюються, можуть піддаватися холодної та гарячої обробки тиском. У класифікаторах ця група позначається буквою «А»;
• марстенітні – більш тверді, можуть мати магнітні властивості. Для зміцнення використовується гарт з подальшим відпуском. Більш схильні до корозії, ніж аустенітні. У класифікаторах позначаються літерою «С»;
• ферритні – містять невелику кількість вуглецю, тому м'якше марстенітних. Мають магнітні властивості. Буква позначення - «F».

Для виготовлення кріпильних виробів використовуються переважно аустенітні сталі. За складом вони поділяються на п'ять груп.

А1 (аналоги – AISI 303, DIN 1.4305, ГОСТ 12Х18Н10Е) – сталь містить сірку, через що вразлива перед корозією. Але для цього матеріалу характерна підвищена зносостійкість і твердість. З сталі А1 виготовляють штифти, пружинні шайби, деякі види шплінтів.

А2 – найпопулярніша для виготовлення кріплення марка сталі. Аналоги в інших системах стандартів: AISI 304, DIN 1.4301, ГОСТ 12Х18Н10. Для сплаву характерна нетоксичність, практично повна відсутність магнітних властивостей, стійкість до корозії в атмосферних умовах. В агресивних середовищах кріплення зі сталі А2 використовувати не рекомендується. Матеріал використовується для виготовлення металовиробів загального призначення, затребуваних в будівництві, машинобудуванні, харчовій та хімічній промисловості.

А3 – марка, за складом схожа на А2, але в сплав додані легуючі компоненти: ніобій, титан або тантал. Завдяки їм підвищується стійкість матеріалу до корозії, він отримує пружинні властивості. Зі сталі марки А3 виготовляються шайби, кільця і ​​інші елементи кріплення, для яких важливою характеристикою є пружинистість. Аналоги в інших системах стандартизації – DIN 1.4541, ГОСТ 08Х18Н10Т, AISI 321.

А4 – нержавіюча сталь, в складі якої міститься молібден. Кріплення з цього матеріалу підходить для використання в агресивних середовищах (кислотних і хлоровмісних), тому затребуване в хімічній промисловості та суднобудуванні. А4 – друга за популярністю марка сталі, яка використовується для виробництва кріпильних виробів. Матеріал не має магнітних властивостей, зберігає свої характеристики при температурі до -60 градусів, добре протистоїть корозії. Аналоги – DIN 1.4401, AISI 316, ГОСТ 03Х17Н14М2).

А5 – сталь, що містить титан, ніобій, тантал та інші легуючі добавки, що додають стійкість до підвищених температур. Матеріал використовується для виробництва металовиробів з пружинними властивостями і підвищеною жорсткістю.

Кріплення з вуглецевих і нержавіючих сталей, виготовлене методом холодного та гарячого штампування, ви можете купити на сайті компанії «Крепсилп». Співпрацюючи з нами, ви економите гроші – ми реалізуємо металовироби на 3-10% дешевше від їхньої ринкової вартості. Гарантія на кріплення діє протягом трьох років.