Как делать гвозди из нержавеющей стали: производство метизов
Большую часть метизов изготавливают из стали. Этим достигается высокая прочность соединений. Но у черных железных сплавов есть огромный недостаток – они ржавеют. Эта проблема становится более серьезной, если конструкция эксплуатируется в агрессивной среде, например, на берегу моря. Это можно частично решить, используя разнообразные покрытия. Но наиболее кардинальный способ – это применение нержавеющих сталей. Разнообразный ассортимент нержавейки позволяет сделать аналоги крепежей, которые изготавливаются из черных металлов. Рассмотрим, как делают гвозди и другой крепеж из нержавеющей стали и где его применяют.
Преимущества нержавеющих метизов
Крепеж является важным элементом конструкции. Ослабленное коррозией болтовое соединение может привести к разрушению всей системы. Или пятно от ржавчины, например, на сайдинге испортит внешний вид.
Поэтому целесообразно использовать устойчивые к коррозии материалы. Хотя они несколько дороже по стоимости, но имеют ряд неоспоримых преимуществ перед обычным крепежом:
- Неподверженность разрушению под воздействием среды. Хром и никель, которые находятся в составе нержавеющей стали, позволяют сохранять устойчивость к окислению даже при стирании поверхностного слоя. Это выгодно отличает крепеж от изделий из черных металлов, покрытых защитным слоем.
- Привлекательный внешний вид. Серебристый белый металл не меняет цвет со временем. При необходимости он поддается полировке до зеркального состояния. Крепежные соединения не оставляют следов ржавчины на изделии и не вступают в химическую реакцию с материалом. Например, дуб в условиях повышенной влажности синеет от присутствия железа. А нержавеющая сталь и её частицы не приводят к такому результату.
- Высокая прочность. Конструкционные стали, легированные хромом, никелем и молибденом, имеют хорошие прочностные характеристики и успешно конкурируют с черными сплавами. А метизы из цветных металлов: бронзы, латуни, алюминия значительно дороже и мягче.
- Гигиеничность и устойчивость к воздействию кислот и щелочей. Во многих конструкциях невозможно избежать контакта крепежа с агрессивной кислотной или щелочной средой, с продуктами или медицинскими препаратами. В этих случаях заменить метизы другими материалами невозможно.
К ограничениям использования нержавеющих метизов можно отнести: высокую цену относительно изделий из черного металла и невозможность применять крепеж в тех сферах, где требуются сверхпрочные соединения.
Виды нержавеющих метизов
Из устойчивого к окислению материала можно изготовить любые крепежные изделия. Их делят на несколько групп:
- Гвозди. Они бывают стандартные россыпные и объединенные в технологическую обойму. Гвозди выпускают разных типоразмеров, длиной от 13 до 200 мм, диаметром от 0,8 до 6 мм. Изделие может иметь стандартную, декоративную или потайную (предназначено для глубокого проникновения в дерево) шляпку.
- Скобы. Выпускаются разнообразных диаметров, ширины и глубины. Поставляются на рынок в виде обойм для механических и пневматических пистолетов. Применяются в мебельной промышленности, строительстве и в быту.
- Шурупы. Ассортимент разнообразен по толщине, длине и шагу резьбы. Головка может быть круглой, плоской, конусной, под крестовую и плоскую отвертку, под шестигранник или звездочку. Шурупы используют при сборке бытовой техники, отделке помещений и т.д.
- Резьбовые метизы. Это болты с разнообразными параметрами. Головка может быть с наружным или внутренним шестигранником, или звездой. Мелкие болты исполняются с головками под отверточные насадки.
- Гайки. Выпускаются с разным шагом, стандартные и с пластиковым фиксатором. Исполнение – шестигранная, самоконтрящаяся, барашковая, колпачковая, с фланцем, рым-гайка. Особый разряд – это гайки, предназначенные для запрессовки внутри тела конструкции. Они выпускаются во многих вариациях. Для монтажа сантехники используют муфты и контргайки с дюймовой резьбой.
Кроме этих изделий, выпускают огромный ассортимент резьб, шайб, втулок, шпонок, граверов и т.д.
Технологии производства и материалы
Для изготовления нержавеющих метизов используют высоколегированную аустенитную сталь, маркированную буквой А и цифрами от 1 до 5. Чем больше цифровое значение, тем сталь будет более устойчивой к воздействию окружающей среды. Промышленность предпочитает работать со сплавами А2 (в РФ – это марка 08Х18Н10, а в США – AISI 304) или А4 (русский аналог – 10Х17Н13М2, американский – AISI 316). Крепеж из этих марок оптимально подходит для конструкций, которые эксплуатируются в условиях повышенной влажности, или находящихся в тесном контакте с кислотами и щелочами. Нержавеющие метизы востребованы в химической, пищевой, нефтегазовой промышленностях, судостроении, ракетной отрасли и для создания конструкций, которые взаимодействуют с хлорированной или морской водой.
В виде исходного материала применяют круг разного диаметра, проволоку, ленту.
Нержавеющий крепеж производится несколькими способами:
- Горячей высадкой из прутка.
- Холодной высадкой из проволоки на автоматизированных производственных линиях.
- Точением. Операция оптимальна при небольшой партии в заказе.
Горячая высадка
Методом горячей высадки делают изделия под давлением и формируют заготовки при помощи специального штампа.
Этапы производства:
- Подготавливают заготовки, например, из круга.
- Далее их разрезают ленточным станком на части необходимого размера.
- Индукционным методом разогревают заготовки до 1000 градусов.
- После горячий металл подают на автоматы горячей высадки. В зависимости от вида крепежа используют роторные многопозиционные устройства, фрикционные прессы или однопозиционные аппараты. Они позволяют создавать различные типы крепежа с разными формами и размерами.
Разогретый металл попадает в форму, сделанную из жаростойкой стали, где и происходит деформация заготовки по всему объему. Метод экономически не выгоден, так как штампы имеют высокую стоимость. Горячая высадка оправдана лишь в тех случаях, когда требуется массовое производство и необходимо создать метизы сложной конфигурации с большой деформацией болванки.
Холодная высадка
Метод является самым распространенным для производства нержавеющего крепежа. Холодной штамповкой делают около 85% изделий от общего объема.
К преимуществам метода холодной высадки можно отнести:
- Экономическую эффективность. Высокая скорость производства, сокращение расходов на материалы (используется недорогая проволока), экономия энергии и автоматизация снижают стоимость конечного продукта.
- Расширение сортамента.
- Улучшение чистоты поверхности и механических свойств деталей из-за отсутствия температурного воздействия.
- Получаемые изделия имеют более высокую прочность и сопротивление истиранию.
Особенности производства по технологии холодной высадки:
- Применяют сплавы, которые могут деформироваться без образования внутренних дефектов.
- Материал предварительно подвергают отжигу для придания большей пластичности.
- Требуется подготовка поверхностей заготовки методом протравливания. Деталь обрабатывают кислотой, промывают горячей или холодной водой и наносят на нее технологическую смазку, которая позволяет поверхности скользить по матрице.
- При изготовлении сложных метизов возможна операция промежуточного отжига для снятия внутренних напряжений, которые появились в результате деформации.
Процесс штамповки технологически мало отличается от горячей высадки. Оборудование и последовательность операции такие же. Повышенные требования предъявляют к рабочим инструментам: матрицам, пуансонам и т.д. Это необходимо, так как холодный металл сложнее деформировать, чем горячий. Операция получила широкое распространение из-за того, что в процессе не требуется нагрев детали.
Оборудование для производства метизов из нержавеющей стали почти не отличается от станков, работающих с черными металлами. Выпускается широкая линейка производственных линий с разной степенью автоматизации. В зависимости от вида крепежа процесс может состоять из нескольких этапов. Например, производство гайки включает в себя 4 деформирующие операции. А изготовление стандартного гвоздя требует 2 операции.
Точение
Нержавеющая сталь хорошо поддается обработке на токарном оборудовании. Но процесс очень трудоемкий и экономически не оправданный. Поэтому гайки, болты и шайбы изготавливают таким методом только при производственной необходимости.
Наиболее оптимальным материалом для токарных работ являются шестигранники разных размеров. Резьбы возможно создать резцом или плашками и метчиками. Токарей привлекают к такой работе в ситуации, когда требуется создание штучного изделия с нестандартными параметрами, например, резьбового соединения с левой резьбой.
Раскрой на ЧПУ-станках
Один из вариантов изготовления плоских деталей со сложной геометрией – это раскрой нержавеющего листа на лазерных и плазменных станках. Себестоимость изделия получается высокой из-за большого количества отходов. Но процесс позволяет легко менять форму выпускаемой детали. На 1 листе за один цикл можно получить комплект метизов разной конфигурации. То есть по заданной программе станок автоматически режет лист по любым параметрам.
Мы сделали поверхностный обзор, как делать гвозди и другой крепеж из нержавеющей стали, как происходит производство метизов. Подобная продукция становится все более популярна из-за уникальных свойств нержавейки. А ее производство с каждым годом становится более технологичным и простым, что увеличивает количество изделий и расширяет их сферу использования.