Стальной прокат: какой сортамент выбрать под заготовку детали

Металл в себестоимости детали — это не только рубли за килограмм. Снабженец берёт круг ⌀100, потому что он лежал на складе, технолог точит из него втулку ⌀80, и половина оплаченного проката уезжает в стружку вместе с машинным временем на её съём. Обратная ошибка не дешевле: конструктор рисует бобышку под ключ, а заготовку закладывает круглую — и деталь получает лишнюю фрезерную операцию на ровном месте. Разберём сортамент стального проката по профилям, размерам и ГОСТам, посчитаем на конкретных деталях, сколько металла уходит в стружку на разных заготовках, и сведём это в рабочее правило выбора под токарную и фрезерную обработку.

Стальной прокат: как он делится и почему это касается технолога

Прокат — это металл, которому придали постоянное сечение прокаткой между валками. Для механообработки важны две классификации: способ производства (он определяет точность и состояние поверхности) и форма сечения (она определяет, сколько придётся снимать).

• Горячекатаный — прокатка при температуре выше рекристаллизации. Дешёвый, самый широкий размерный ряд, но поверхность в окалине, допуски грубые, пруток имеет кривизну.
• Холоднокатаный — только листовой прокат и лента малых толщин. Поверхность чистая, толщина выдержана точнее, металл наклёпан и прочнее по пределу текучести.
• Калиброванный (холоднотянутый) — сортовой прокат, протянутый через фильеру после горячей прокатки. Размер по квалитетам h9–h11, поверхность светлая, кривизна минимальная.
• Со специальной отделкой поверхности — серебрянка по ГОСТ 14955, шлифованный пруток мелких диаметров. Применяется там, где вал нужен почти без обработки: оси, штоки, направляющие.
• Кованый — не прокат в строгом смысле, но соседняя позиция в прайсе. Берут на крупные диаметры и на детали с большим перепадом сечений, где прокат нерентабелен.

По форме сечения прокат делят на сортовой (круг, квадрат, шестигранник, полоса), листовой (лист, рулон, лента), фасонный (уголок, швеллер, двутавр) и трубный. Механообработка живёт преимущественно на первых двух группах: фасонный прокат обычно идёт в сварные металлоконструкции, а на станок попадает уже в составе сваренного узла, когда нужно обработать посадочные места.

Сортамент стального проката: профили, ГОСТы и размеры

Сортамент — это узаконенный ряд размеров профиля. Заказывать «круг сто двадцать пять» имеет смысл только потому, что такой размер есть в ГОСТ 2590; промежуточных диаметров на металлобазе не будет, и заготовку всё равно придётся брать из ближайшего большего.

Второй параметр после сечения — длина поставки. Сортовой прокат отгружают немерной длиной (обычно прутки 2–6 м вперемешку), мерной (ровно та длина, которую вы указали) и кратной мерной (длина, которая делится на вашу заготовку без остатка). Мерная и кратная длина всегда дороже за тонну, потому что резать и сортировать приходится поставщику. Считать надо не разницу в цене за тонну, а остаток: если из немерного прутка 4,3 м при заготовке 380 мм остаётся хвост 500 мм, который никуда не пойдёт, немерная поставка на этой детали дороже мерной.

Прокат конструкционной стали: марки и что за ними стоит

Одна и та же геометрия проката может быть сделана из десятков марок, и цена отличается кратно. Прокат конструкционной стали по ГОСТ делят на четыре практические группы.

• Углеродистая обыкновенного качества, ГОСТ 380: Ст3сп, Ст3пс, Ст5. Металлоконструкции, косынки, нагруженные несильно детали. Резать легко, термообработке практически не поддаётся.
• Углеродистая качественная, ГОСТ 1050: сталь 20, 35, 45. Базовый материал механообработки. Сталь 45 держит нормализацию и улучшение, идёт на валы и оси общего назначения.
• Прокат из легированной конструкционной стали, ГОСТ 4543: 40Х, 30ХГСА, 38ХС, 20Х, 40ХН. Всё, что потом закаливают или улучшают: нагруженные валы, шестерни, штоки, крепёж высоких классов прочности.
• Низколегированная повышенной прочности, ГОСТ 19281: 09Г2С, 10ХСНД. Листовой прокат для конструкций, работающих на холоде и под динамикой; хорошо сваривается.

Отдельно стоит коррозионностойкий прокат по ГОСТ 5632 — 12Х18Н10Т и её зарубежный аналог AISI 304 (около 18 % хрома и 8 % никеля при содержании углерода не выше 0,08 %), а также 08Х18Н10 и 10Х17Н13М2Т, он же 316L. Аустенитная нержавейка обрабатывается заметно тяжелее углеродистой стали: она наклёпывается под инструментом, хуже отводит тепло и требует других режимов, поэтому нормо-час на ней дороже.

Практическое правило снабжения: марка выбирается конструктором по нагрузке и среде, но подтверждается сертификатом на партию проката. Если деталь ответственная, требование «сертификат качества на металл» должно стоять в чертеже или в договоре — искать его задним числом, когда партия уже обточена, бессмысленно.

Точность проката и припуск: сколько на самом деле снимать

Между номиналом проката и размером в чертеже стоит припуск, и его размер задаёт не станок, а состояние заготовки. Горячекатаный круг ⌀60 может реально оказаться ⌀59,2 или ⌀61,0 в зависимости от класса точности прокатки: по ГОСТ 2590 их три — А (высокая), Б (повышенная) и В (обычная, поставляется по умолчанию).

Три нюанса, которые чаще всего съедают припуск сверх расчётного.

1. Окалина. Слой на горячекатаной поверхности твёрже самой стали и абразивен. Первый черновой проход надо вести заведомо глубже окалины: если пытаться снимать «по верхам», пластина садится за считаные детали. Отсюда и нижняя граница припуска в 2 мм на сторону — она про инструмент, а не про размер.
2. Кривизна и серповидность. Горячекатаный пруток нормируется по кривизне в процентах от длины, и на трёхметровой штанге это уже миллиметры. Заготовка длиной 600 мм, зажатая в патрон с поджимом центром, при первом проходе покажет биение, которое придётся вылизывать припуском.
3. Внутренние напряжения. После снятия большого слоя металла деталь ведёт. Для тонкостенных корпусов и длинных валов маршрут строят в два этапа: черновая обработка, вылёживание или отпуск, потом чистовая. Экономия на этом переходе даёт партию, которая уходит за допуск на следующий день после сдачи.

Шероховатость прокатной поверхности отдельно нормируется редко, и рассчитывать на неё как на готовую нельзя: если в чертеже стоит Ra 3,2 мкм и точнее, поверхность обрабатывается независимо от того, из чего сделана заготовка. Исключение — шлифованный пруток, где неответственные наружные поверхности иногда оставляют «как есть».

Куда уходит металл: расчёт коэффициента использования

Коэффициент использования металла — это отношение массы готовой детали к массе заготовки. Считается он элементарно: объём сечения на длину, умножить на плотность стали 7,85 г/см³. Разница между профилями видна сразу и в килограммах, и в минутах машинного времени, потому что каждый лишний кубический сантиметр металла кто-то должен снять резцом.

Из этих цифр складывается правило выбора профиля, которое стоит держать в голове ещё на стадии эскиза.

• Тело вращения без внутренней полости — круг ближайшего большего диаметра. Мелкая серия до ⌀20 мм — калиброванный пруток на автомат, крупная деталь — горячекатаный. Всё это идёт на токарную обработку, где заготовка из прутка подаётся автоматически.
• Втулка, стакан, кольцо с отверстием больше трети наружного диаметра — труба. Правило грубое, но рабочее: чем больше отверстие относительно наружного размера, тем сильнее выигрывает труба.
• Есть размер под ключ — шестигранник по ГОСТ 2879 в размер S. Грани приходят готовыми, фрезерная операция не нужна вовсе.
• Плоская деталь постоянной толщины — полоса или лист в толщину детали, а не «с запасом на фрезеровку плоскости».
• Корпус с большим перепадом сечений — не прокат, а поковка или отливка. Точить корпус из куска круга ⌀300 экономически бессмысленно, даже если станок это позволяет.

Листовой прокат: обычный, рифлёный, перфорированный

Лист — самая массовая позиция и самая частая причина путаницы, потому что под словом «лист» лежат три разных товара с разной судьбой.

Гладкий лист — заготовка. Горячекатаный по ГОСТ 19903 идёт на плиты, фланцы, косынки и всё, что дальше режут и обрабатывают; холоднокатаный по ГОСТ 19904 — на корпуса, кожухи и детали под гибку. Раскрой листа по контуру мы делаем на лазерной резке, а плоскости и карманы — на фрезерной обработке. Важная деталь маршрута: чем точнее раскрой, тем меньше остаётся фрезеровать, поэтому детали простой формы из тонкого листа часто закрывают одной резкой без механообработки вообще.

Лист стальной рифлёный (ГОСТ 8568, ромбическое или чечевичное рифление) — не заготовка, а готовое изделие: настилы, площадки, ступени, полы технологических площадок. Одна ловушка при заказе: толщина рифлёного листа указывается по основанию, а высота рифов идёт сверх неё. Если в спецификации стоит «лист рифлёный 4 мм», габарит по толщине будет больше четырёх миллиметров, и в стык это иногда не влезает.

Перфорированный стальной лист — тоже готовый продукт со своей логикой. Его берут на ограждения, защитные кожухи, экраны, вентилируемые фасады и всё, где нужны проветривание или свет. Обозначают перфорацию типом и шагом: Rv — круглые отверстия в шахматном порядке, Rg — круглые рядами, Qg — квадратные, Lg — щелевые; ключевой параметр — коэффициент живого сечения, то есть доля площади, приходящаяся на отверстия. Стандартный перфорированный лист 2 мм с ходовым рисунком есть у любого металлотрейдера, и купить его дешевле, чем изготавливать. А вот если рисунок отверстий нестандартный или перфорация нужна не по всему полю детали, экономически правильнее взять гладкий лист и сделать перфорацию под свой чертёж — стандартный лист под нужный рисунок всё равно не подгонишь.

Полоса металлическая и фасонный прокат

Полоса металлическая — недооценённый профиль. Это по сути готовый брусок прямоугольного сечения по ГОСТ 103: толщина от 4 до 60 мм, ширина от 10 до 200 мм. На планках, скобах, прижимах, шинах и кронштейнах она выигрывает у листа дважды: две плоскости уже в размере, а раскрой сводится к отрезке в меру вместо фигурного реза. По таблице выше на простой планке коэффициент использования металла поднимается с 0,62 до 0,90 — просто потому, что заготовка изначально имеет толщину детали.

Оговорка: прокатная поверхность полосы — это не обработанная поверхность. Допуск по толщине у горячекатаной полосы измеряется десятыми долями миллиметра, поверхность в окалине. Если в чертеже стоит свободный допуск и нет требований по шероховатости, полосу берут как есть. Если стоит размер по посадке или Ra 3,2 мкм и точнее, плоскость всё равно фрезеруется, и тогда толщину полосы берут на ступень больше номинала.

Фасонный прокат — уголок по ГОСТ 8509, швеллер по ГОСТ 8240, двутавр — на станок в чистом виде попадает редко. Его логика другая: раскрой в размер, сварка узла и уже потом механообработка посадочных мест на собранной раме. Заказывать фрезеровку отдельных элементов до сварки почти всегда бессмысленно — сварочные деформации съедают точность, и обрабатывать приходится повторно.

С цветным прокатом схема та же. Алюминиевая полоса, круг и лист поставляются по своим стандартам и в своём размерном ряду, но правило выбора профиля не меняется: сечение заготовки должно повторять форму детали, а припуск — соответствовать точности поставки.

От чего зависят цена и срок

Стоимость заготовки в детали складывается не из одной цены за тонну. На расчёте технолог смотрит на пять вещей.

• Профиль и типоразмер. Ходовые позиции (круг 20–120 мм, лист 3–20 мм, полоса, уголок) есть на складах постоянно и стоят по рынку. Редкий типоразмер приходится везти под заказ, и это меняет не столько цену, сколько срок.
• Марка стали. Разница между Ст3 и 30ХГСА в цене за килограмм существенная, а между углеродистой сталью и нержавейкой — кратная. Плюс нержавейка дороже в обработке: нормо-час токарной по стали у нас начинается от 1 200 ₽, по нержавейке — от 1 600 ₽, точная цена детали — по чертежу.
• Кратность и остаток. Заготовка 380 мм из прутка 4,3 м даёт 11 деталей и хвост 120 мм. Заготовка 430 мм из того же прутка — 10 деталей и хвост в ноль. Разница в цене детали заметная, и это тот случай, когда конструктору стоит спросить у технолога до выпуска чертежа.
• Объём партии. На единичной детали материал берут из остатков и переплачивают за розницу. На партии от нескольких сотен штук металл заходит целыми прутками или листами под раскрой, и цена килограмма падает.
• Кто поставляет металл. Свой материал заказчика мы принимаем: это законная экономия, если у вас есть склад или прямой контракт с трейдером. Но заготовка должна прийти с сертификатом и в размере, иначе спор о причине брака придётся вести без документов.

Частые ошибки при выборе заготовки и как заказать деталь

Ошибки, которые технолог видит в присланных чертежах чаще всего:

1. Размер детали задан вне сортамента. Наружный диаметр 122 мм там, где ничего не мешает поставить 120: заготовку придётся брать ⌀125 и снимать лишний слой по всей длине.
2. Втулка спроектирована под круг. Отверстие ⌀50 в детали ⌀80 — это прямой кандидат на трубную заготовку, но в спецификации по привычке стоит круг.
3. Шестигранная головка на круглой заготовке. Лишняя фрезерная операция и лишний металл там, где достаточно взять шестигранник в размер под ключ.
4. Толщина плоской детали не из ряда листа. Деталь 14 мм при наличии листа 12 и 16 мм означает фрезеровку плоскости по всей площади вместо простого раскроя.
5. Марка выбрана «с запасом». Легированная сталь там, где хватает стали 45, удорожает и металл, и обработку, и часто добавляет термообработку, которая по нагрузке не нужна.
6. Не указано состояние поставки. Горячекатаный и калиброванный прокат одного диаметра — это разный припуск и разная цена. Если для детали это важно, состояние поставки должно стоять в чертеже.

Как заказать без этих потерь: пришлите чертёж или 3D-модель на изготовление деталей по чертежам — технолог подберёт профиль и марку проката под вашу геометрию и серию, посчитает раскрой с учётом кратности и даст цену и срок. Если деталь ещё проектируется и вы хотите заранее понять, во что обойдётся выбранная заготовка, отправьте эскиз на расчёт с пометкой, что нужен совет по материалу. Сдвинуть один размер до сортаментного или заменить круг трубой на стадии чертежа стоит ноль рублей, после запуска партии — уже нет.