Производство крепежа: технология, марки стали

Сейчас крепежные изделия востребованы во всех промышленных и производственных отраслях, поэтому производятся в огромных масштабах. Благодаря использованию современных технологий появилась возможность получать метизы разных типоразмеров, классов прочности и точности.

Крепеж начал использоваться много веков назад. Еще древним египтянам, грекам и римлянам были известны изделия, ставшие прообразами современных винтов и болтов. Массовое производство крепежа начало развиваться в период промышленной революции и массового переходя от ручного труда к машинному. До начала XX века метизы изготавливались вручную при помощи токарных станков. Такой метод требовал много времени и не позволял получать крепежные изделия необходимого класса точности.

В XX веке началось серийное производство крепежа с использованием одного из самых экономичных технологических процессов – обработки стали давлением. Он позволял получать большие партии продукции и уменьшал ее стоимость. При необходимости используются вторичные операции, например, обработка резанием. О технологиях производства крепежа, применяемых современными производителями, а также об используемых для изготовления метизов марках сталей читайте в нашей статье.

Методом холодной штамповки сейчас изготавливается около 87% всех крепежных изделий. Популярность технологии обусловлена ее высокой экономичностью, а также другими преимуществами:

• скорость производства;
• снижение расхода металла (коэффициент его использования составляет 95-98% а при обработке резанием всего 30-50%);
• удешевление стоимости готовой продукции;
• гарантия точности размеров;
• возможность изготовления крепежных изделий в широком ассортименте типоразмеров (до М52);
• высокое качество и чистота поверхности изделий;
• улучшение механических свойств метизов.

Технология холодной штамповки основана на комбинации трех методов:

• прямое выдавливание – используется для уменьшения диаметра заготовки;
• обратное выдавливание – применяется для формирования отверстий;
• высадка – используется для формирования головок.

Для производства крепежных изделий используются горизонтальные холодновысадочные прессы-автоматы – одноударные или многопозиционные. Их производительность может достигать 400 изделий в минуту. Для накатки резьбы и формирования острых наконечников используются резьбонакатные станки. Чтобы придать метизам необходимую прочность и твердость, их закаливают в специальных печах.

Заготовка, предназначенная для холодной штамповки, должна иметь идеально гладкую поверхность. Наличие дефектов может стать причиной брака. Для удаления окалины, жировых и других загрязнений металл протравливают в растворе серной или соляной кислоты, после чего промывают в горячей и холодной воде. После этого заготовка покрывается подсмазочным слоем.

При холодной штамповке заготовке придается необходимая форма путем заполнения металлом рабочих полостей штампов. В процессе высадки часть заготовки осаживается между пуансоном и матрицей.

Для производства крепежных изделий используют две схемы холодной пластической деформации. Первая включает такие этапы:

• подготовка металлических заготовок;
• термическая обработка;
• подготовка поверхности заготовок;
• штамповка.

Технологические процессы по данной схеме проводятся при помощи вертикальных прессов, на которые устанавливаются одно- или многопозиционные штампы.

Вторая схема включает всего три этапа:

• термическая обработка заготовок;
• подготовка поверхности;
• штамповка.

Для реализации этой схемы используются одно- или многопозииционные автоматы. Обе схемы можно совмещать.

Чтобы получить детали простых форм, используют однопозиционные автоматы. Многопозиционное оборудование имеет несколько штамповочных позиций и применяется для производства изделий сложных форм. Например, чтобы сделать шестигранные болты, потребуется трех- или четырехпозиционный автомат, изготовление гайки требует наличия пятипозиционного оборудования.

Горячая штамповка – один из способов обработки металла давлением. При помощи специальных инструментов – штампов – заготовке придают необходимую форму. При использовании данного метода заготовка деформируется по всему объему, а течение металла осуществляется в полости штампа, форма которого соответствует будущему изделию. При помощи технологии горячей штамповки изготавливаются 9% крепежа.

Штампы – массивные формы из стали. Они состоят из двух частей, в которых имеются полости, называемые ручьями. Верхняя часть штампа должна быть закреплена на подвижном элементе кузнечной машины, а нижняя – на неподвижном. Штамп – дорогое оборудование, поэтому использование метода горячей штамповки целесообразно только при серийном и массовом производстве крепежных изделий. Благодаря данной технологии можно получать изделия очень сложной формы.

Первый этап технологического процесса – подготовка заготовок. Сначала их нарезают на ленточных станках, после чего при помощи индуктора разогревают до температуры 1000 градусов. Затем заготовки подаются на горячевысадочные автоматы. Для производства болтов, заклепок и винтов диаметром от 16 до 42 мм используют фрикционные прессы, однопозиционные горячевысадочные автоматы, многопозиционные роторные автоматы. Для производства гаек необходимы специальные многопозиционные гаечные автоматы. Процесс горячей штамповки позволяет использовать широкий диапазон марок сталей.

Около 90% крепежа в мире изготавливается из углеродистой стали. Причины популярности материала – высокие прочностные свойства, простота обработки и невысокая стоимость по сравнению с другими металлическими сплавами.

Механические свойства крепежных элементов, изготовленных из углеродистых сталей, напрямую зависят от процентного содержания углерода в составе сплава. По этому критерию стали делятся на три группы:

• низкоуглеродистые;
• среднеуглеродистые;
• легированные.

В составе низкоуглеродистых сталей меньше 0,25% углерода. Материал отличается высокой пластичностью и прочностью, легко обрабатывается и сваривается, недорогой в производстве. Низкоуглеродистые стали подходят для производства крепежа общего назначения с пределом прочности до 600 МПа.

Маркировка таких сплавов состоит из буквенного обозначения «Ст» и цифр от 0 до 6. Цифра является условным номером марки. Чем больше число, тем выше содержание углерода в сплаве. Популярные марки для изготовления крепежа – Ст.3, Ст.5.

Для обозначения особых свойств стали используют дополнительные буквенные индексы, которые ставятся справа от цифрового обозначения. Это может быть классификация по степени раскисления:

• кп – кипящая;
• пс – полуспокойная;
• сп – спокойная.

Если между индексом и номером марки ставится буква Г, это означает, что в сплаве повышенное содержание марганца.

Среднеуглеродистые или конструкционные стали содержат от 0,25 до 0,85% углерода. Эти сплавы могут подвергаться дополнительной термообработке для улучшения механических свойств. Конструкционные стали используются для изготовления метизов, предел прочности которых превышает 600 МПа.

Среднеуглеродистые стали маркируются двузначными числами, обозначающими сотую долю процентного содержания углерода. Буква Г в обозначении марки указывает на высокое содержание марганца.

Самые популярные марки конструкционной стали для производства крепежа – Ст.10, Ст.20, Ст.35, Ст.40.

Легированными называют стали, содержащие более 1,65% марганца, 0,6% кремния и меди и меньше 4% хрома. Наличие в составе сплавов легирующих элементов повышает механические и химические свойства крепежных изделий.

Обозначение марки качественной легированной стали состоит из буквенно-цифрового сочетания, обозначающего химический состав сплава. Для входящих в состав стали легирующих элементов используются следующие обозначения:

• никель – Н;
• хром – Х;
• кремний – С;
• марганец – Г;
• вольфран – В;
• молибден – М;
• алюминий – Ю;
• титан – Т;
• медь – Д;
• ванадий – Ф;
• кобальт – К;
• бор – Р;
• цирконий – Ц;
• ниобий – Б.

Цифра, которая стоит после буквы, указывает на процентное содержание легирующей добавки в составе. Если цифры нет, то легирующего элемента в сплаве порядка 1,5%. В обозначении марок качественных легированных конструкционных сталей две первые цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента. Высококачественные сплавы имеют в конце обозначения букву А, особо высококачественные – Ш.

Для производства крепежных изделий используются следующие марки легированных сталей: Ст.35Х, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40Г2.

Крепежные изделия, изготовленные из нержавеющей стали, становятся все популярнее. Они стоят значительно дороже метизов из углеродистых сплавов, но выигрывают у них по эксплуатационным характеристикам и сроку службы. Нержавеющий крепеж не боится коррозии и способен противостоять ей не только в стандартных атмосферных условиях, но и под воздействием агрессивных сред. Например, кислот, хлора, соленой воды, резких температурных перепадов.

По свойствам и составу нержавеющие стали делятся на три категории:

• аустенитные – имеют слабые магнитные свойства или являются абсолютно немагнитными, содержат примерно 15-25% хрома и от 5 до 15% никеля. Хорошо свариваются, могут подвергаться холодной и горячей обработке давлением. В классификаторах эта группа обозначается буквой «А»;
• марстенитные – более твердые, могут иметь магнитные свойства. Для упрочнения используется закалка с последующим отпуском. Более подвержены коррозии, чем аустенитные. В классификаторах обозначаются буквой «С»;
• ферритные – содержат небольшое количество углерода, поэтому мягче марстенитных. Имеют магнитные свойства. Буква обозначения – «F».

Для изготовления крепежных изделий используются преимущественно аустенитные стали. По составу они делятся на пять групп.

А1 (аналоги – AISI 303, DIN 1.4305, ГОСТ 12Х18Н10Е) – сталь содержит серу, из-за чего уязвима перед коррозией. Но для этого материала характерна повышенная износостойкость и твердость. Из стали А1 изготавливают штифты, пружинные шайбы, некоторые виды шплинтов.

А2 – самая популярная для изготовления крепежа марка стали. Аналоги в других системах стандартов: AISI 304, DIN 1.4301, ГОСТ 12х18Н10. Для сплава характерна нетоксичность, практически полное отсутствие магнитных свойств, стойкость к коррозии в атмосферных условиях. В агрессивных средах крепеж из стали А2 использовать не рекомендуется. Материал используется для изготовления метизов общего назначения, востребованных в строительстве, машиностроении, пищевой и химической промышленности.

А3 – марка, по составу похожая на А2, но в сплав добавлены легирующие компоненты: ниобий, титан или тантал. Благодаря им повышается устойчивость материала к коррозии, он получает пружинные свойства. Из стали марки А3 изготавливаются шайбы, кольца и другие крепежные элементы, для которых важной характеристикой является пружинистость. Аналоги в других системах стандартизации – DIN 1.4541, ГОСТ 08Х18Н10Т, AISI 321.

А4 – нержавеющая сталь, в составе которой содержится молибден. Крепеж из этого материала подходит для использования в агрессивных средах (кислотных и хлоросодержащих), поэтому востребован в химической промышленности и судостроении. А4 – вторая по популярности марка стали, используемая для производства крепежных изделий. Материал не имеет магнитных свойств, сохраняет свои прочностные характеристики при температуре до -60 градусов, хорошо противостоит коррозии. Аналоги – DIN 1.4401, AISI 316, ГОСТ 03Х17Н14М2).

А5 – сталь, содержащая титан, ниобий, тантал и другие легирующие добавки, придающие устойчивость к повышенным температурам. Материал используется для производства метизов с пружинными свойствами и повышенной жесткостью.

Крепеж из углеродистых и нержавеющих сталей, изготовленный методом холодной и горячей штамповки, вы можете купить на сайте компании «Крепсила». Сотрудничая с нами, вы экономите деньги – мы реализуем метизы на 3-10% дешевле их рыночной стоимости. Гарантия на крепеж действует в течение трех лет.