• Главная
• Статьи
• Производство
• Производство крепежа

Производство крепежа

В настоящее время, практически, ни одна отрасль промышленности не может обойтись без крепежных элементов. Поэтому совсем неудивительно, что их выпуск налажен в больших масштабах. Появление новых технологий обеспечило возможность производить метизы с различной степенью точности, а также с отличающимися размерными и прочностными характеристиками. В прошлом веке была разработана технология обработки металла давлением. Ее экономичность послужила в качестве толчка к началу массового производства соединительных деталей. Они стали выпускаться большими партиями, что обусловило снижение цены конечной продукции. Когда же возникает необходимость, применяются вторичные (дополнительные) операции, в частности, обработка резанием. В предлагаемой вашему вниманию статье речь пойдет о технологиях изготовления крепежных элементов, взятых на вооружение современными заводами металлургической отрасли.

Технология холодной высадки

Ее другое общепринятое название – метод холодной штамповки. По данной технологии сегодня выпускается примерно 87% от всего объема крепежа. Наряду с экономичностью, ей присущи и другие плюсы:

• улучшенные механические свойства метизов;

• поверхность изделий характеризуется высокой чистотой и таким же уровнем качества;

• широкий ассортимент доступных к изготовлению типоразмеров – (вплоть до M52);

• удешевление конечной продукции;

• снижение расходов металлического сырья;

• гарантирована точность размеров;

• высокая скорость производственного процесса.

По сути, в основе холодной штамповки находится комбинация 3-х технологий:

• прямое выдавливание. Цель применения – уменьшение диаметра заготовки (промежуточного продукта производства);

• обратное выдавливание. С использованием данной технологической операции проделываются отверстия;

• высадка. Задействуется на этапе формирования элемента, передающего крутящее усилие на стержень крепежа – это гостовское название головки.

Особенности производства

Изготовление соединительных деталей осуществляется с использованием холодновысадочных пресс-автоматов. Они бывают одноударными либо многопозиционными. Уровень производительности данного современного оборудования достигает 400 крепежных элементов в минуту. Накатка резьбы и формирование заостренных наконечников выполняются на станках, которые так и называются – резьбонакатные. Для придания метизам заданной твердости и требуемых прочностных характеристик, они подвергаются закалке в специальных конвейерных либо проходных печах.

Поверхность заготовки, предназначенной для обработки холодной штамповкой, должна быть абсолютно гладкой. Дефекты могут обусловить вывод конечной продукции в категорию брака. Подготовка поверхности включает следующие этапы:

• протравливание металла в соли соляной (НСl) либо серной (Н₂SО₄) кислоты;

• промывка в воде – сначала в горячей, а затем в холодной;

• нанесение подсмазочного покрытия.

Технология холодной высадки предусматривает придание заготовке необходимой формы заполнением металлом имеющихся в штампах рабочих полостей. Во время этой операции происходит ее осаживание между матрицей и небольшим по размерам прессом – пуансоном.

Холодная пластическая деформация изготавливаемого крепежа выполняется по двум схемам. Первая состоит из следующих этапов:

1. Подготовка промежуточных продуктов производства – заготовок.

2. Термообработка.

3. Подготовка поверхности заготовок.

4. Собственно, штамповка.

Проведение технологических процессов по этой схеме осуществляется на вертикальных прессах, оборудованных одно- либо многопозиционными штампами.

Вторая схема предусматривает прохождение 3-х этапов:

1. Термообработка заготовок.

2. Подготовка их поверхности.

3. Этап штамповки.

Реализуется данная схема на одно- либо многопозиционных автоматах. Допускается совмещение обеих схем.

Однопозиционные автоматы используются для изготовления крепежа, характеризующегося простыми формами. Конструкцией оборудования многопозиционного типа предусмотрен набор штамповочных позиций. Его сфера применения – производство деталей сложной конфигурации. Например, для изготовления гаек потребуется 5-позиционная установка, а болтов с шестигранной шляпкой – 3-х или 4-позиционый автомат.

Технология горячей высадки

Способ горячей высадки также предусматривает обработку металлического сплава давлением. Придание заготовки необходимой формы выполняется посредством специального устройства – штампа. Деформация в данном случае осуществляется по всему ее объему. Конфигурация будущей конечной продукции определяется формой полости штампа, по которой происходит течение расплавленного металла. На долю горячей высадки приходится 9% от всего объема изготовленного крепежа.

Штампы

Штампом в металлургии принято называть массивную форму, изготовленную из жаростойкой стали. В нее входят две части. Каждая из них имеет полости – так называемые «ручьи». К этим частям выдвигаются следующие конструктивные требования: нижняя должна быть зафиксирована на неподвижной компоненте кузнечной машины, а верхняя – на подвижной.

Штамп входит в число дорогостоящих разновидностей оборудования. По этой причине применять технологию горячей высадки экономически выгодно только при массовом производстве крепежа. Однако, встречаются случаи, когда обойтись без нее невозможно. Речь идет о заказах на выпуск деталей очень сложной конфигурации.

Особенности горячей штамповки

На первом этапе техпроцесса подготавливаются заготовки. Для этого они:

• нарезаются с использованием ленточных станков;

• разогреваются с помощью индуктора до температуры 1000°С

После этого осуществляется подача заготовок на автоматы горячей высадки. Причем тип этих агрегатов определяется разновидностью производимого крепежа. Так, при изготовлении стержневых соединительных деталей – винтов со шляпкой любой формы, болтов и «классических» заклепок – с диаметром (обозначение d), изменяющемся в диапазоне 16,0 мм≤d≤42,0 мм, задействуются роторные многопозиционные автоматы, горячевысадочные однопозиционные устройства, а также фрикционные прессы. 

Производство гаек выполняется на специальных многопозиционных гаечных автоматах.

Стали углеродистые, используемые для выпуска крепежа

Примерно 90% от всего объема крепежа в мировом масштабе производится из стали углеродистой. Объясняется данное явление совокупностью следующих факторов:

• невысокая цена в сравнении с иными сплавами;

• простота процедуры обработки;

• хорошие прочностные качества.

На механические характеристики соединительных деталей, в качестве сырья для изготовления которых использовалась сталь углеродистая, оказывает влияние количество элемента углерод (С), содержащегося в исходном материале. По данному признаку стали подразделяются на 3 группы:

• легированные. Содержание элемента (С) превышает отметку 0,65%;

• среднеуглеродистые. Углерода в них содержится min 0,25%; max 0,65%;

• низкоуглеродистые. Содержание элемента С не превышает0,25%.

Рассмотрим особенности сплавов каждой группы.

Стали низкоуглеродистые

Таким сталям присуща пластичность не в ущерб прочности. Материал легко поддается механической обработке и сварке. А его производство не сопряжено со значительными финансовыми затратами. Из низкоуглеродистых сталей выпускаются крепежные элементы с граничной прочностью, приближающейся к отметке 600 MПа.

Маркируются они литерами «Ст», за которыми после точки идет цифра – минимальная «0», а максимальная «6». Цифра играет роль условного номера марки. Углерода в стали содержится тем больше, чем цифра выше. Чаще всего используемыми марками для выпуска соединительных деталей являются Cт.5 и Cт.3.

Современная металлургия производит также  стали с особыми свойствами. Они обозначаются дополнительным сочетанием букв, идущим вслед за цифрой. Например, по критерию «Степень раскисления» общепринятая маркировка выглядит так:

• cп – сталь спокойная. Характеризуется хорошим сопротивлением хрупкому разрушению, а также внешним динамическим воздействиям;

• пc – сталь полуспокойная. В производстве она дешевле в сравнении со сталью спокойной. Данный фактор обусловил ее достаточно широкое применение в сфере производства метизов;

• кп – сталь кипящая. Эта сталь подвержена процессу коррозии в большей степени, нежели вышеуказанные сплавы.
  
  

Стали среднеуглеродистые

По-другому они называются сталями конструкционными. С целью улучшения механических качеств они подвергаются дополнительной термической обработке. Из среднеуглеродистых сплавов производятся метизы с граничной прочностью выше 600 МПа.  Маркировка этих сталей представляет собой двузначные числа. Они отображают сотую часть процентного содержания элемента углерод. Механические характеристики сталей конструкционных качественных представлены в таблице.

Марка среднеуглеродистой стали	Показатель твердости по Бринеллю, НВ	Величина относительного удлинения, %	Граничная прочность нагрузки на разрыв, MПа
70Г	285,0	8,0	800,0
60Г	269,0	11,0	710,0
85	302,0	6,0	1150,0
80	285,0		1100,0
75		7,0
70	269,0	9,0	730,0
65	255,0	10,0	710,0
60		12,0	690,0
55		13,0	660,0
50	241,0	14,0	640,0
45	229,0	16,0	610,0
40	217,0	19,0	580,0
35	207,0	20,0	540,0
30	179,0	21,0	500,0
25	170,0	23,0	460,0
20	163,0	25,0	420,0
15	149,0	27,0	380,0
10	143,0	31,0	340,0
8	131,0	33,0	330,0

Присутствующая в маркировке литера «Г» говорит о высоком содержании элемента Мn– это марганец. В число наиболее востребованных сталей конструкционных, используемых при изготовлении соединительных деталей, входят Cт.40, Cт.35, Cт.20, Cт.10.

Стали легированные

Легированными принято называть стали, содержащие элементы:

• хром (Сr) в количестве меньше 4%;

• медь (Сu) и кремний (Sі) более 0,6%;

• марганец свыше 1,65%.

Сколько (в процентах) содержится в сплаве легирующей примеси указывает идущая за буквой цифра. Ее отсутствие следует трактовать так: количество добавки составляет примерно полтора процента. Первые 2 цифры в маркировке сталей конструкционных легированных качественных отображают содержание элемента углерод. Единица измерения в данном случае – сотые доли процента. Обозначение особо высококачественных сталей заканчивается литерой «Ш», а просто высококачественных – буквой «А». Для изготовления соединительных деталей применяются легированные стали следующих марок: Cт.40Г2, Ст.35XГCA, Ст.30XГCA, Ст.40X и Ст.35X.

Марки стали для нержавеющего крепежа

Крепежные элементы, произведенные из «нержавейки», обретают все большую популярность. Их стоимость заметно выше по сравнению с метизами из сталей углеродистых. Но этот минус нивелируется более продолжительным сроком службы и лучшими эксплуатационными характеристиками.

Нержавеющему крепежу не страшна коррозия. Он успешно противостоит данному явлению не только при работе в обычных условиях окружающей среды, но и когда контактирует с агрессивными химическими соединениями. Например, с насыщенной солью морской водой, хлором и кислотами. Не боится он также резких перепадов температуры.

В зависимости от состава и свойств «нержавейка» подразделяется на:

• аустенитную. Сталь этой группы в технической документации обозначается литерой «А». Этот металл характеризуется абсолютным отсутствием магнитных свойств, либо они могут проявляться в очень незначительной степени. Аустенитная сталь содержит хром в количестве от 15%до 25%, а никель минимум 5% – максимум 15%. Хорошо обрабатывается давлением на автоматах горячей и холодной высадки. Без проблем поддается сварке;

• мартенситную. В классификаторах сталь данной группы принято обозначать литерой «C». Металл характеризуется большей твердостью. Не исключено наличие у него магнитных свойств. Упрочнение осуществляется закалкой с последующей процедурой отпуска. По сравнению со сталью аустенитной, мартенситная менее устойчива к воздействию процесса коррозии;

• ферритную. Обозначается литерой «F». Характерно обязательное наличие магнитных свойств. «Нержавейка» ферритная мягче, чем мартенситная. Объясняется данное явление очень просто: в стали «F» содержание углерода в относительных единицах - процентах – меньше, чем в стали «С».

Стали аустенитные

Стали аустенитные являются безусловными лидерами из «нержавеек» вышеуказанных групп по применению для изготовления крепежа. В зависимости от состава они подразделяются на 5 типов.

Сталь типа А1

Этот металл отличается повышенной твердостью, сочетающейся с высокой износостойкостью. Его минус – возможна уязвимость процессом коррозии по причине наличия в составе элемента сера (S). Стали типа А1 используются для производства шплинтов некоторых разновидностей, пружинных шайб, различных штифтов. Отечественный аналог – «нержавейка» марки 12X18H10E.

Сталь типа А2

Данная сталь является самой популярной для производства крепежа. Она характеризуется:

• устойчивостью к воздействию коррозии при работе на открытом воздухе. Однако устанавливать крепеж, изготовленный из сплава А2, не рекомендуется в местах, где предполагается контакт с агрессивной средой;

• практически полным отсутствием магнитных свойств;

• нетоксичностью.

Применяется этот металл для производства соединительных деталей общего назначения, используемых в пищевой отрасли, машиностроительной сфере и в строительной индустрии. Наиболее распространенный российский аналог – нержавеющая сталь марки 12X18H10.

Сталь типа А3

По составу схожа со сталью А2. Однако имеет добавки легирующих компонентов: ниобия (Nb), а также тантала (Та) либо титана (Ті). Их наличие придает материалу пружинные качества и повышает уровень его сопротивляемости воздействию коррозии. Из сплава А3 производится крепеж, для которого принципиально значимо такое свойство, как пружинистость – это кольца по ГОСТу 13943-86, шайбы, соответствующие требованиям ГОСТа 6402-70 (гроверы) и т.д. Отечественный аналог – «нержавейка» марки 08X18H10T.

Сталь типа А4

По популярности использования для изготовления соединительных деталей идет второй непосредственно за сплавом А2. Отличается наличием элемента молибден (Мо). Произведенный из стали А4 крепеж может устанавливаться в места, не исключающие контакт с агрессивной средой (хлорсодержащей и кислотной с показателем РН<7). Это обусловило его востребованность в судостроительной отрасли и химпроме. У сплава А4 отсутствуют магнитные свойства, он не теряет прочность при температуре, опустившейся до отметки минус 60°С и устойчив к негативному процессу коррозии. Российский аналог – нержавеющая сталь 03X17H14M2.

Сталь типа А5

В этот сплав входят такие легирующие добавки, как тантал (Та), ниобий (Nb), титан (Ті), а также ряд других. Их свойства обеспечивают стойкость материала к воздействию высоких температур. Применяется сталь типа А5 для изготовления метизов, характеризующихся повышенной жесткостью. Кроме того, она придает конечной продукции пружинящие свойства. Ближайший отечественный аналог – «нержавейка» 08X17H13M2T.

Заключение

Меткомбинаты производят крепежные элементы, отличающиеся классами точности, а также прочностными характеристиками, с покрытием, защищающим от коррозии, либо без такового. Изготовление высококачественных соединительных деталей – достаточно сложный технологический процесс. Он в обязательном порядке требует контроль качества и соответствия рабочих параметров крепежа нормам действующих стандартов.

 

Твитнуть

comments powered by Disqus