Способ изготовления высоконагруженных пружин сжатия

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин сжатия. Способ включает навивку пружины из шлифованной или упрочненной проволоки с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, дробеметный наклеп, термоосадку или заневоливание. После чего или одновременно с термоосадкой производят пластическое упрочнение пружины путем сжатия ее осевой нагрузкой, составляющей (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при ее максимальной деформации. Перед навивкой пружины осуществляют высокотемпературное или низкотемпературное термомеханическое упрочнение проволоки, а сжатие пружины осевой нагрузкой производят при ее нагреве до температуры отпуска или до температуры закалки. Повышаются эксплуатационные свойства пружины. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологиям изготовлению винтовых пружин сжатия, в том числе высоконагруженных, работающих в условиях повышенных температур с силовым контактом или с соударением витков.

При работе пружин в условиях повышенных температур происходит их осадка и потеря эксплуатационных свойств. Поэтому для таких пружин применяется проволока с низкотемпературным [1] или высокотемпературным термомеханическим упрочнением, который основан на совмещении операций горячей обработки металлов давлением (прокатка, волочение, гибка или навивка на малые радиусы) с последующим немедленным закаливанием при регламентированных температурно-временных параметрах. После высокотемпературной термомеханической обработки обеспечивается рост прочности, повышается усталостная прочность (в том числе и малоцикловая), а так же сопротивление разрушению, пластичность и ударная вязкость, понижается температура хладоломкости, практически устраняется обратимая отпускная хрупкость и уменьшается водородное охрупчивание. При этом материал проволоки может подвергаться однократному или двукратному электрошлаковому переплаву, что уменьшает размеры неметаллических включений и увеличивает выносливость пружин. При производстве проволоки для снятия дефектов наружной поверхности может применяться обтачивание резцовой головкой, шлифовка, полировка.

Но при работе с силовым контактом или с соударением витков изготовленные из такой проволоки высококачественные пружины преждевременно теряют свои свойства из-за возникающих контактных реакций в зоне контакта витков и осадки, что является недостатком.

Поэтому для повышения качества таких пружин рекомендуется использовать операцию пластического упрочнения приложением осевой нагрузки величиной (10÷300)F₃ [2], благодаря чему у пружин происходит изменение механических свойств материала и повышаются показатели прочностных свойств. Процесс упрочнения сопровождается структурными изменениями в деформированном слое с соответствующим повышением его твердости и прочности, образованием благоприятных остаточных напряжений сжатия и формированием качественно новой макро- и микрогеометрии поверхности.

Известен способ изготовления пружин по пат. RU №2275269 C1 [3], заключающийся в том, что после навивки пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, производят термообработку и дробеметный наклеп, термоосадку или заневоливание пружины, после чего или одновременно производят пластическое упрочнение ее витков сжатием нагрузкой, составляющей (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. Пластическое упрочнение витков пружины осуществляют путем приложения к ней первоначальной нагрузки, обеспечивающей минимально допустимую осадку, и последующего приложения повторной нагрузки, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначальной нагрузки [6]. При этом нагрузку для сжатия пружины при ее пластическом упрочнении можно прикладывать вибрационно [7]. При повышенных требованиях к точности силовых параметров пружины после навивки производят ее правку и шлифовку торцов со снятием на них фасок. Определение как первоначальной нагрузки при пластическом упрочнении витков пружины, так и величины шага при навивке под упрочнение известны и достаточно освещены [4, 5] в литературе и не вызывают затруднений.

Еще большего повышения эксплуатационных свойств можно достичь, осуществляя пластическое упрочнение пружин приложением осевых нагрузок (10÷300)F₃ нагретых до температуры отпуска или до температуры закалки или без нагрева, изготовленных из предварительно подвергнутой низкотемпературному или высокотемпературному термомеханическому упрочнению пружинной проволоки.

Предлагаемый технологический процесс изготовления пружин сжатия из проволоки, в том числе шлифованной или упрочненной, включает процесс низкотемпературного или высокотемператутного термомеханического упрочнения проволоки, навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку и дробеметный наклеп, термоосадку или заневоливание, после чего или одновременно с термоосадкой производят пластическое упрочнение пружины путем сжатия нагретой до температуры отпуска или до температуры закалки или без нагрева осевой нагрузкой, составляющей (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. При этом к пружине вначале прилагают нагрузку, обеспечивающую минимально допустимую осадку при работе пружины в изделии, а затем прикладывают повторную, увеличенную пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. Нагрузку можно прикладывать вибрационно. При повышенных требованиях к точности силовых параметров пружины после навивки производят ее правку и шлифовку торцов со снятием на них фасок.

Способ осуществляют следующим образом. Проволоку, в том числе шлифованную или упрочненную, подвергают низкотемпературному или высокотемпературному термомеханическому упрочнению. Затем проволоку подают на пружинонавивочный автомат и навивают пружину с шагом, превышающим шаг готовой пружины. Производят термообработку пружины. После 100% люмконтроля и промывки осуществляют дробеметный наклеп. После термоосадки или заневоливания производят пластическое упрочнение пружины путем сжатия ее осевыми нагрузками (10÷300)F₃ при нагреве до температуры отпуска или до температуры закалки или без нагрева до достижения требуемой высоты. Термоосадку и пластическое упрочнение витков можно проводить одновременно. Затем производят замеры параметров пружины. Последние операции - нанесение защитного покрытия, консервация и упаковка. При изготовлении точных по силовым параметрам пружин после навивки их правят и шлифуют торцы со снятием на них фасок.

Источники информации

1. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы / М., Металлургия, 1982.

2. Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю. К использованию контактного заневоливания пружин // Известия Тульского государственного университета. Серия «Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением». - 2006. - Вып.1. - С.248-255.

3. Патент RU № 2275269 С1, МПК B21F 35/04, C21D 9/02, 2006.

4. Тебенко Ю.М. Проблемы производства высокоскоростных пружин и пути их решения. Монография. - Ставрополь: ООО «Мир данных», 2007, - 152 с.

5. Землянушнова Н.Ю. Расчет винтовых цилиндрических пружин сжатия при контактном заневоливании. Монография. - Ставрополь: «Агрус», 2008, 136 с.

6. Авторское свидетельство СССР 554915, М.кл. B21f 35/00, 1975.

7. Авторское свидетельство СССР 580474, М.кл. G01M 13/00, B21f 35/00, 1976.

1. Способ изготовления пружин сжатия из шлифованной или упрочненной проволоки, включающий навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, дробеметный наклеп, термоосадку или заневоливание, после чего или одновременно с термоосадкой производят пластическое упрочнение пружины путем сжатия ее осевой нагрузкой, составляющей (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при ее максимальной деформации, отличающийся тем, что перед навивкой пружины осуществляют высокотемпературное или низкотемпературное термомеханическое упрочнение проволоки, а сжатие пружины осевой нагрузкой производят при ее нагреве до температуры отпуска или до температуры закалки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при пластическом упрочнении сначала прикладывают осевую нагрузку, обеспечивающую минимально допустимую осадку пружины при работе в изделии, а затем - повторную нагрузку, увеличенную пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначальной нагрузки.

3. Способ по п.1. или 2, отличающийся тем, что после навивки пружины производят ее правку и шлифовку торцов со снятием на них фасок для повышения силовых параметров пружины.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осевую нагрузку прикладывают вибрационно.