Способ изготовления пружин с некруглым сечением проволоки

 

(51) 5 В 21 F 35 00

ОПИСАНИК ИЗОЬГКткни

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5046691/27

: (22) 12.03.92 (46) 30.11.93 Бюп. Йв 43- 44 (71) Центр безотходных технологий "СПРИНГ (72) Соловьев О.В. Старов В.Н.: Медведев С.С. (73) Центр безотходных технологий "СПРИНГ (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИН С НЕКРУГЛЫМ СЕЧЕНИЕМ ПРОВОЛОКИ (57) Использование: в приборостроении. Сущность изобретения: проволоку навивают на оправку, располагая при этом витки на ней вплотную. Затем осуществляют пластическое деформирование ма— териапа заготовки вдоль расположенных коаксиапьно поверхностей оправки и обоймы пресс-фор(19) КЯ (11) 2О034И(1 мы, равноотстоящих.по всему контуру друг от друга на размер, равный толщине поперечного сечения витка. создаваемой опрессовкой пружин При опрессовке проволоки на стадиях формирования поперечного сечения витка пружины осуществляют нагрев заготовки и накладывают ультразвуковые колебания. После получения пружины производят разводку ее до определенного шага с помощью винта с различной формой винтовой поверхности ипи с помощью клина, который внедряют между витками вращающейся пружины и который совершает возвратно-поступательное перемещение относительно ее оси. 3 з.п. ф-пы, 2 ип.

2003416

Изобретение относится к машино-, приборостроению, где используют пружины, работающие с большими циклическими нагрузками или с тарированными усилиями.

Оно также относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении пружин с произвольным, некруглым профилем проволоки в сечении пружины, Известен способ изготовления пружин с некруглым профилем поперечного сечения проволоки с использованием стадии прокатывания в валках до необходимого профиля нагретой проволоки с последующей навивкой ее на оправку. 15

Недостатком способа является неудобства, связанные с эксплуатацией копирнопрокатного устройства, а также искажение профиля проволоки вследствие накапливающихся, неравномерно распределенных 20 внутренних напря>кений в проволоке.

Наиболее близок к изобретению способ изготовления спиральных пружин в несколько приемов, по которому вначале получают заготовку-пружину из вплотную навитой круглой проволоки, а затем ее формуют путем продольного обжатия в штампе до прямоугольного сечения витка, после чего заготовку разводят до заданного шага (1).

Недостатками способа является воз- 30 можность изготовления только малогабаритных пружин с диаметром до 20 мм. При изготовлении пружин большой длины заметны нестабильность шага пружины и повышенная неравномерность в сечении 35 витков проволоки. Это связано с неравномерностью деформирования всего объема материала заготовки, различных условий структурирования материала при большой степени деформирования по высоте эаго- <0 товки.

Недостатком способа является неуправляемое течение материала по обьему заготовки из-за наличия лишь двух ограничивающих степеней свободы. 45

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что формирование поперечного профиля витка пружины осуществляется в управляемом замкнутом объеме равномерно и с наименьшими внешними резкими структурными воздействиями на материал проволоки. Для снижения трения между опрессовываемой заготовкой, обоймой прессформы и оправкой, а также улучшения формирования структуры материала на вто- 55 ром этапе силового воздействия по оси эаготовки вводится нагрев в сочетании с наложением ультразвуковых колебаний, При использовании предлагаемого способа реализуется схема сжатия, что позволяет распределить внутренние напряжения более равномерно по сечению витка и предотвратить развитие микротрещин, зто во многом обусловливает повышение стойкости пружин, Предлагаемый способ позволяет расширить возможности получения пружин с некруглым профилем проволоки. В качестве заготовки используется материал любого размера и формы прутка; в пределах одного технологического процесса выполняется навивка пружины, затем — профилирование витков.

На фиг. 1 показана пружина с некруглым профилем поперечного сечения витка и ее параметры: Он р — наружный диаметр;

Овн — внутренний диаметр, D p — средний диаметр, Dgp - (D>-число витков; Но — длина в несжатом состоянии, (а. b) — стороны прямоугольного профиля пружины, На фиг. 2 представлены основные этапы изготовления пружины с некруглым профилем поперечного сечения проволоки, полученной из круглой проволоки после навивки, опрессовки и разводки пружины, а именно: а — оправка; б — навитая на оправку круглая и роьолока — (заготовка); в — заготовка в пресс- ; r — полученная опрессованная пружина-заготовка; д — способ разводки заготовки клином; е — разводка диском; ж — полученная пружина; з — способ разводки винтом.

Изготовление пру>кины осуществляют по следующему способу. На круглую оправку диаметром (Dcp - Ь) фиг. 2, а навивают вплотную друг к другу без зазора проволоку, получая заготовку (фиг. 2, б). Один конец проволоки фиксируют в отверстии оправки.

Проволока может быть любого профиля в поперечном сечении витка, например круглая калиброванная. Заготовку снимают с оправки (фиг, 2, б) и помещают à nðåññ-форму 1 (фиг. 2, г) с отверстием (Dcp + Ь). Прессформу закрывают с обеих сторон опорной плитой 2 и пуансоном 3. Заготовку подвергают силовому воздействию О. прикладывая

его равномерно с возрастанием до тех пор, когда круглая проволока диаметром d пластически деформируется, например в прямоугольник сечением (Ьха). Выдержав в сжатом состоянии пресс-форму определен«ое время, но достаточное для стабилизации структуры материала. включают системы нагрева (элементы которых помещены в закрытых пазах пресс-формы вдоль заготовки) и ультразвука — УЗК.

После структурирования материала пружины пресс-форму раскрывают, выни2003416

40 мают пружину-заготовку и подвергают ее разводке.

При опрессовке проволока-заготовка находится между пуансоном 3, плитой 2 (фиг. 2, в), поверхностью обоймы и поверхностью внутренней оправки, вставленной в пресс-форму (аправка показана штриховой линией, см; фиг, 2, o). Причем цилиндрические поверхности внутренней оправки и отверстия обоймы расположены соосно. коаксигльно, с равновеликим зазорам по бокам. Диаметр оправки, на которую навивают проволоку-заготовку, и диаметр внутренней.оправки равны или близки.

Диаметры оправки и отверстия пресс-формы разнятся на величину, равную (2 Ь), где

b — ширина витка некруглого профиля пружины. . Между заготовкой и боковыми поверхностями небольшой и равный с обеих сторон зазор, Варьируя зазорам, например, эа счет изменения диаметра оправки или проволоки, управляют величиной Ь (значит и а) профиля витка пружины, Таксоэдаютуправляемый замкнутый абьем для деформации материала заготовки, т.е. предпосылки для получения пружин различной жесткости.

Обычно диаметр оправки равен (0 p - Ь), а диаметр отверстия обоймы пресс-формы (Оср - Ь). При опрессавке используют внутренню1о оправку, постоянно находящуюся в обойме, или коротку1о оправку с навитай проволокой (см. фиг. 2, б). Па длине внутренняя оправка больше высоты навитой проволоки-заготовки. Как правило, заготовки для опрессовки получают из многовитковой заготовки большой длины, из которой нарезают заготовки необходимой высоты, при этом торцы подшлифавывают.

Созданные условия пластической дефар лации в замкнутом объеме приводят к некоторым сложностям и повышенному трению о стенки обоймы и оправки..Для, благоприятного пластического деформирования необходима специальная смазка, нагрев в зоне обработки и другие средства, например наложение ультразвуковых колебаний.

При изготовлении пружин из круглой проволоки диаметром 5-8 мм без смазки, нагрева и ультразвука нередко наблюдается неравномерность по толщине а витка пружины. Разброс достигает 10-22$. Причем вклад факторов почти одинаков. Нет смазки — разброс по а составляет 8 — 10 $. нет нагрева или ультразвукового воздействия — неравномерность параметра а составляет

5-8% от каждого фактора. Особые твердые смазки и дефармиравание в несколько стадий снижают неравномерность до малых величин, но это связано с технологическими трудностями получения плоских пружин.

Воздействия нагревом и ультразвукам позволяют управлять структурой материала пружины, Это сказывается на ее работоспособности. В совокупности эти факторы повышают на 10 — 20% циклическую стойкость пружин. Поэтому наложение ультразвуковых колебаний и нагрев, совершаемые на стадии опрессавки, являются особенностями метода, они способствуют созданию высокостойких пружин, Выбор способа разводки зависит от вида пружин, традиций производства, степени автоматизации процесса.

При разводке винтом (фиг. 2, 3), заготовку, винт или одновременно винт и заготовку вращают. Винт представляет собой стержень с винтовой поверхностью. Диаметр стержня меньше, чем внутренний диаметр

Оо пружины, Выступающая винтовая поверхность изготовлена с определенным шагом. С учетом напряжений в пружине, последующей релаксации и эаневоливания необходимо, чтобы шаг винтовой поверхности был несколько больше шага изготавливаемой пружины, но в любом случае шаг не должен быть меньше, чем шаг витка, требуемый по чертежу пружины.

В зависимости от диаметра пружины, соотношений (Ьха), условий трения при разводке выступающую над стержнем винтовую поверхность изготавливают прямоугольной, наклонной или трапециевидной формы, подобной ходовым винтам металлорежущего оборудования.

Способ разводки клином (фиг. 2, д) состоит в том, что первоначально клин внедряют между витками атпрессован ной пружины-заготовки. Пружине придают вращение вокруг сваей оси и подачу на требуемый шаг. Для уменьшения износа клин совершает возвратно-поступательное движение относительно оси пружины. Как правило, иэ-за наклона витков клин расположен под некоторым углом к оси пружины.

При разводке вращающимся диском или несколькими дисками, (фиг, 2, е) последние расположены с наклоном относительно оси пружины. Пружину вращают и перемещают навстречу дискам, приводы автономны. Система дисков (или пружина) совершает движение. аналогичное движению суппорта станка при нарезании резьбы с заданным шагом.

Во всех случаях при разводке необходима обильная смазка.

Пример. Из проволоки 51 ХФА 1496378 круглого поперечного сечения диамет2003416 ром 4,0 мм навивают заготовку пружины на цилиндрическую оправку диаметром 9,8 мм.

Затем деформируют заготовку в пресс-форме при сжимающем усилии Q = 467 кН и получают пружину, витки которой после 5 разводки имеют некруглый профиль с параметрами а1 = 2 мм, Ь -- 4,5 мм. Разводят пружину с помощью винта, шаг 5,4 мм. Получение пружины с такими же параметрами по способу прототипа крайне затруднитель- 10 но (изгиб сильно вытянутого сечения).

После деформирования круглой проволоки-заготовки с усилием,Q = 300 кН получен профиль с параметрами at = 1,5 мм, Ь! =52 мм. 15

Приложение больших усилий при опрессовке позволяет получить еще более сплющенный виток. Пружину с таким профилем проволоки по способу прототипа получить невозможно; к тому >ке внутреннее 20 отверстие будет конусное, Пружины по известному способу (беэ опрессовки) изготавливали из прутков прямоугольного профиля навивкой с заданным шагом, Размер сечения витков пружины 25 (Ьха) для опытов М 3 3,6 З,G мм, для опытов

N 4 — 3,0 3,0 мм.

Изготовленные пружины по предлагаемому способу (с навllBKoA и опрессовкой) имели параметры, представленные в табли- 30 осуществляют вдоль расположенных коаксиально. поверхностей оправки и обоймы .пресс-формы, равноотстоящих по всему контуру друг от друга на размер. соответствующий толщине поперечного сечения витка, создаваемой опрессовкой пружины, „при этом на стадиях формирования некруг-I

35 лого. сечения витка пружины в зоне опрвссовки осуществляют нагрев заготовки и накладывают ультразвуковые колебания, в разводку полученной пружины-заготовки осуществллют с помощью средства для получения определенного шагв пружины, Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИН

СДЕКРУГЛЫМ СЕЧЕНИЕМ ПРОВОЛОКИ внесколько переходов,,включающий навивку витков проволоки. формирование опрессовкой некруглого профиля сечения витков путем обжатия заготовки в штампе, имеющим пресс-форму, разводку пружины и термообработку, отличающийся тем, что навивку витков проволоки осуществляют посредством оправки, причем витки на последней располагают вплотную. пластическое деформирование материала заготовки це, серии 1 и 2, Параметры пружин серии 2 и 4, включая площадь сечения, почти одинаковы, разница — в способах изготовления, потому и различны стойкости пружин. У предлагаемого способа работоспособность пружин в 2,5 раза выше. Отметим, что Ovap = 18,4 мм, 0вн - 9,8 мм, t 5,4 мм.

Испытаниями установлено следующее: находясь в более жестких условиях (свободная длина Но 45 мм к 77 мм, площадь сеченил 9,0 мм2 к 12,9 мм2) пружины, изготовленные по предлагаемому способу (серия 1) работают даже при 48 (сжатия от размера Но с цикличностью 5,2 10 ходов; пружины, изготовленные по известному способу N.З,,лишь при 28Р сжатии имеют цикличность хуже — 4,8.10" ходов.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить стойкость пружин на 35-52;ь, уменьшить массу и габариты соответственно в 2,0 и 1,7 раза по сравнению с пружинами, изготовленными по традиционному способу прототипа. Пружины, изготовленные по предлагаемому способу, могут работать с большими технологическими усилиями и в более жестких условиях без потери работоспособности. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1266623. кл. 8 21 F 35/00, 1986.

2003416 ж>

Ф иъ.2

Составитель О. Соловьев

Техред М.Моргентал Корректор M. Шароши

Редактор Л. Народная

Подписное

Заказ 3295

Тираж

НГ10 "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр оправки равен D

3, Способ по и 1, отличающийся тем, что разводку осуществляют винтом, имеющим прямоугольную, или наклонную, или трапециевидную форму, винтовои поверх ностью в поперечном сечении, имеющей шаг по крайней мере не меньше, чем шаг витка требуемой пружины, при этом винт

5 вращают и перемещают с помощью пружины.

4. Способ по п.1. отличающийся тем, что разводку осуществляют клином, который внедряют между витками вращающей10 ся пружины и который совершает возвратно-поступательное движение относительно оси пружины.