Способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин сжатия

Авторы патента:

B21F35/00 - Изготовление пружин из проволоки (навивка проволоки B21F 3/00; изготовление упругих проволочных колец B21F 37/02)

Владельцы патента RU 2556258:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" (RU)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве цилиндрических винтовых пружин сжатия из стали. Способ включает упрочнение внутренней поверхности витка пружины поверхностным наклепом. Совместно с поверхностным наклепом осуществляют поперечный изгиб витка пружины в плоскости, перпендикулярной оси пружины. Поверхностный наклеп осуществляют путем упрочняющего накатывания профильными роликами, профили рабочей поверхности которых выполнены из условия обеспечения сплошной упрочняемой поверхности пружины. Повышается усталостная прочность и долговечность винтовых цилиндрических пружин из стали, снижаются шум, вибрации и усилия протягивания при обработке. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве цилиндрических винтовых пружин сжатия из стали.

Данный способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин заключается в комбинированном действии с одной стороны поверхностного наклепа за счет упрочняющего накатывания и с другой стороны поперечного изгиба (разгибания) витка пружины в плоскости перпендикулярной оси пружины, вызывающих локальную пластическую деформацию на внутренней поверхности витка.

В настоящее время известен способ упрочнения упругих элементов машин, в частности цилиндрических винтовых пружин методом дробеметной обработки. Пружины, предназначенные для дробеметной обработки, помещают на вращающиеся валки (пластинчатый конвейер) под поток дроби. Разброс дроби осуществляется лопатками быстровращающегося ротора (роторов). Обработанные пружины толкателями конвейера выводятся из зоны наклепа [1].

При дробеметной обработке в поверхностных слоях материала пружины формируется упрочненный слой с повышенной твердостью, содержащий остаточные сжимающие напряжения, что обеспечивает увеличение срока службы пружины до разрушения.

Основным недостатком данного вида обработки является крайне низкая эффективность метода в зоне внутренней поверхности витка. При определенных геометрических соотношениях размеров пружин (например, для крупногабаритных железнодорожных пружины, лифтовых пружин) внутренняя поверхность витка остается практически необработанной.

Из анализа напряженного состояния материала витка пружины и опыта эксплуатации винтовых цилиндрических пружин сжатия следует, что внутренняя поверхность витка испытывает перегрузки (до 40-60%) и усталостная трещина зарождается на внутренней поверхности витка [2].

Известен также способ, описанный в патенте RU 2462519 C1. Сущность способа заключается в упрочнении цилиндрических винтовых пружин за счет наклепа внутренней поверхности с помощью дорна или ударного воздействия в дополнение к дробеметной обработке.

В первом случае внутрь закрепленной на токарном станке пружины вводится дорн, а во втором упрочняющая головка с роликами. При обработке дорном пружине задается вращение с небольшим числом оборотов (20-30 об/мин), а во втором случае упрочняющая головка получает вращение от дополнительного электродвигателя и обороты выбираются в зависимости от массы ударных элементов (порядка 800-1000 об/мин). Спустя 2-3 секунды включается продольная подача дорна (головки) для обработки внутренней поверхности всех витков пружины. После окончания обработки всех витков пружины вращение выключается, а инструмент выводится из пружины.

Указанный в патенте RU 2462519 C1 способ, принят за прототип. При реализации данного способа осуществляется целенаправленное воздействие на внутреннюю поверхность витков пружины пластической деформации за счет локального поверхностного пластического деформирования.

К недостаткам прототипа, работающего по первой схеме, следует отнести следующее:

1) При проталкивании (протягивании) дорна обрабатывается незначительная часть внутренней поверхности витка;

2) Значительные тяговые усилия при обработке крупногабаритных пружин;

3) Изменение геометрии витка (появление лыски на внутренней поверхности витка).

К недостаткам второй схемы следует отнести повышенный шум и вибрации во время обработки.

Технической задачей изобретения является повышение усталостной прочности и долговечности винтовых цилиндрических пружин из стали, повышение площади внутренней поверхности витка, подвергающейся упрочняющей обработке, а также снижение шума, вибраций и усилия протягивания при обработке.

Отличительной особенностью предлагаемого способа упрочнения пружин является то, что эффект упрочнения достигается не только за счет поверхностного наклепа внутренней поверхности витка как во всех предыдущих случаях, но и за счет наклепа внутренней поверхности витка пружины, возникающего от поперечного изгиба (разгибания) витка в плоскости перпендикулярной оси пружины.

Технический результат заключается в осуществлении целенаправленного воздействия на внутреннюю поверхность витка пружины пластической деформации за счет совместного действия поверхностного наклепа и поперечного изгиба (разгибания) витка в плоскости перпендикулярной оси пружины.

Поверхностный наклеп внутренней поверхности витка 3 осуществляется за счет упрочняющего накатывания профильными роликами 1, при этом пружина наружной поверхностью опирается на опорный ролик 2 (фигура 1). Параллельно с накатыванием внутренней поверхности осуществляется поперечный изгиб (разгибание) витка пружины в плоскости перпендикулярной оси пружины из положения 1 в положение 2 (фигура 2). Соотношение геометрических параметров пружины, роликов (накатывающих и опорного), их взаимное расположение и прилагаемые нагрузки должны обеспечивать возникновение пластической деформации на внутренней поверхности витка пружины от контактных напряжений и напряжений поперечного изгиба. Перемещение очагов пластической деформации вдоль образующей поверхности пружины обеспечивается за счет вращения пружины, а также накатывающих и опорного роликов (одно из этих движений является ведущим), при этом обеспечивается обработка внутренней поверхности всех витков. Предлагаемый способ упрочнения отличается от существующих тем, что в силу статического характера прилагаемых усилий в процессе обработки отсутствуют вибрации и шум; за счет профиля рабочей части накатывающих роликов обеспечивается большая обрабатываемая площадь, чем при протягивании дорном (фигура 3), а профили рабочей поверхности накатывающих роликов дополняют друг друга, совместно образуя сплошную упрочняемую поверхность; отсутствие тяговых усилий; при незначительных контактных нагрузках появляется возможность обеспечения более глубоких деформаций за счет дополнительных напряжений изгиба.

Таким образом, после окончания процесса упрочнения на внутренней поверхности витка пружины образуется наклепанный слой с увеличенными механическими характеристиками (повышается твердость, предел текучести) и благоприятными остаточными сжимающими напряжениями (за счет изменения удельного объема металла при росте количества дислокаций). При этом уровень остаточных сжимающих напряжений, возникающих на внутренней поверхности витка выше, чем у известных методов, за счет дополнительных осевых остаточных сжимающих напряжений от поперечного изгиба витка.

Увеличение уровня механических свойств материала на внутренней поверхности витка обеспечивает увеличение необходимых напряжений для зарождения усталостной трещины, а остаточные сжимающие напряжения алгебраически складываясь с действующими растягивающими напряжениями, приводят к уменьшению уровня рабочих напряжений. В итоге значительно увеличивается срок службы пружин.

При реализации данного способа появляется возможность калибровки диаметральных размеров пружин, полученных методом холодной навивки за счет заданной величины пластических деформаций при разгибании витка пружины.

Источники информации

1. Лузгин Н.П. Изготовление пружин: Учебник для подготовки рабочих на производстве. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа, 1980; Остроумов В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин. - М.: Машиностроение, 1970.

2. Пономарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. - М.: Машиностроение, 1980; ГОСТ Р 54326-2011. Пружины рессорного подвешивания железнодорожного подвижного состава. Методы испытания на циклическую долговечность.

Способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин сжатия, включающий упрочнение внутренней поверхности витка пружины поверхностным наклепом, отличающийся тем, что совместно с поверхностным наклепом осуществляют поперечный изгиб витка пружины в плоскости, перпендикулярной оси пружины, при этом поверхностный наклеп осуществляют путем упрочняющего накатывания профильными роликами, выполненными с профилями рабочих поверхностей из условия совместной обработки ими площади, обеспечивающей получение сплошной упрочненной поверхности пружины.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для упрочнения винтовых цилиндрических пружин. Способ включает навивку пружины, термообработку, дробеметную обработку, заневоливание пружины или ее 3-5-кратное сжатие до соприкосновения витков и наклеп.

Способ изготовления высокопрочных пружин из стали и устройство его реализации (варианты) // 2547989

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при производстве крупногабаритных пружин горячей навивкой. Способ включает подачу и нагрев навиваемого материала в виде стального прутка в индукторе до заданной температуры и закалку пружины.

Способ изготовления упругих элементов с использованием метода анизотропного ориентирования наноструктуры в материале // 2524028

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано в производстве пружин из закаливаемых марок стали. Для повышения качества пружин и снижения энергозатрат осуществляют скоростной нагрев прутка до температуры выше точки Ac3 фазовых превращений, пластическую деформацию прутка винтовым обжатием с закручиванием в направлении сжатия витка пружины, немедленную горячую навивку пружины при температуре выше Ac3 с немедленной повитковой закалкой и отпуск с обеспечением анизотропно ориентированной структуры стали.

Способ и устройство для изготовления винтовых пружин // 2501620

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления винтовых пружин подвижного состава железнодорожного транспорта. Способ включает нагрев прутка, навивку пружины из прутка при температуре ее нагрева, закалку пружины, отпуск, осадку, шлифовку торцов пружин, дробеструйную обработку и контроль параметров пружин.

Способ горячей навивки винтовых пружин и оправка для его реализации // 2496594

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин горячей навивкой. Способ заключается в том, что используют оправку, наружный поверхностный слой которой выполнен из металла с пониженным коэффициентом теплопроводности.

Устройство для контактного заневоливания пружин // 2481914

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении и применении пружин на предприятиях. .

Способ изготовления цилиндрических винтовых пружин // 2478016

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве высоконагруженных цилиндрических винтовых пружин, подвергающихся воздействию одновременно осевой и поперечной силы.

Способ изготовления пружин и линия для их производства // 2478015

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве пружин, применяемых, в частности, в подвесках легковых автомобилей и тележках железнодорожных вагонов.

Способ изготовления винтовой пружины путем навивки и пружинонавивочная машина // 2469811

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении винтовых пружин на пружинонавивочных машинах с ЧПУ. .

Устройство для контактного заневоливания пружин // 2465091

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах для повышения несущей способности и рабочих характеристик пружин. .

Способ изготовления пружин из стали // 2583561

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин из стали горячей навивкой. Способ включает нагрев заготовки до температуры выше точки AC3, выдержку заготовки при температуре выше точки AC3, навивку заготовки в спираль при температуре выше точки AC3, охлаждение спирали до температуры мартенситного превращения и отпуск. Нагрев заготовки осуществляют в два этапа, между которыми заготовку выдерживают при температуре ниже точки AC1 в течение времени, обеспечивающего выравнивание температуры по сечению заготовки. Снижается время гомогенизирующей выдержки, что ведет к снижению роста зерна при изготовлении пружины за счет нагрева заготовки в несколько стадий. 1 з.п. ф-лы.

Способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин сжатия // 2595175

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве пружин из стали. Способ включает операции навивки, закалки, отпуска, дробеструйной обработки и заневоливания пружины, после чего производят наклеп внутренней поверхности пружин с использованием устройства упрочнения. Последнее содержит три деформирующих ролика, расположенных друг относительно друга под углом 120°. Усилие наклепа внутренней поверхности пружины создают за счет разворота каждого из деформирующих роликов на угол, величина которого зависит от заданного радиального усилия. Наклеп осуществляют при вращении пружины со скоростью не более 10 об/мин. Повышаются усталостная прочность и долговечность винтовых цилиндрических пружин, снижаются шум, вибрации и усилия протягивания при обработке, повышается период стойкости устройства упрочнения. 2 ил.

Способ изготовления плоской ленточной пружины из бериллиевой бронзы // 2598420

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для производства плоских ленточных пружин, в том числе спиральных, с заданной геометрией из бериллиевой бронзы. Способ включает укладывание ленты-заготовки в паз металлической пластины, в которой осуществляют процесс закалки ленты-заготовки путем выдержки при температуре 760-790°С в течение 10-30 минут с резким охлаждением и старение при температуре 300-400°С в течение 3,5 часов с последующим охлаждением. Паз в металлической пластине выполняют с шириной на 5-10% больше толщины ленты-заготовки и с формой, обеспечивающей формирование в нем пружины с заданной геометрией. Снимаются внутренние напряжения в материале пластины, уменьшаются трудозатраты на изготовление. 3 пр., 2 ил.

Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин // 2601015

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении винтовых цилиндрических пружин сжатия. Способ включает навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, дробеметную обработку, люмоконтроль и шлифовку торцов термообработанной пружины. На заключительной стадии производят наклеп наружной и внутренней поверхностей пружины и наклеп поверхности пружины по линии контакта витков между собой. Наклеп наружной и внутренней поверхностей пружины производят штамповкой посредством устройства упрочнения при нахождении пружины в отверстии матрицы путем распирания витков пружины к поверхности отверстия матрицы входящим в нее пуансоном. Зазор между отверстием матрицы и поверхностью пуансона выбирают меньше диаметра витка пружины на 0,2…2 мм. Наклеп поверхности пружины по линии контакта витков между собой производят сжатием пружины с усилием 5…300F3, где F3 - сила пружины при максимальной деформации. Повышаются производительность упрочнения и стабильность упругих свойств пружины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин // 2605541

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении винтовых цилиндрических пружин сжатия. Для увеличения стабильности упругих свойств пружины и сокращения времени производственного цикла способ упрочнения цилиндрических пружин включает навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, люмоконтроль, шлифовку торцов, дробеметную обработку, заневоливание и наклеп штамповкой наружной и внутренней поверхности пружины и по линии контакта витков между собой за одну операцию или раздельно. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ изготовления пружин из стали // 2607860

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин из стали. Способ включает нагрев заготовки до температуры выше точки АС3, пластическую деформацию заготовки винтовым обжатием при температуре выше точки АС3, навивку заготовки в спираль, охлаждение спирали и отпуск спирали. После нагрева заготовки до температуры выше точки АС3 осуществляют ее выдержку при температуре нагрева в течение времени, обеспечивающего гомогенизацию высокотемпературной фазы стали перед пластической деформацией. Перед навивкой заготовки в спираль ее охлаждают до температуры начала мартенситного превращения с получением структуры заготовки с содержанием мартенситного зерна размером 100-300 нм. Обеспечивается получение дисперсной структуры с малым количеством дефектов и высокой прочностью. 2 з.п. ф-лы.

Способ изготовления пружин с контролируемой мелкодисперсной наноструктурой // 2607864

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин из стали горячей навивкой. Способ включает нагрев заготовки до температуры выше точки АС3, выдержку заготовки при температуре выше точки АС3, навивку заготовки в спираль при температуре выше точки АС3, охлаждение спирали до температуры мартенситного превращения и отпуск. Нагрев, выдержку и навивку заготовки осуществляют в заданном интервале времени Δt, который обеспечивает получение структуры пружины с величиной мартенситного звена в пределах 100…300 нм. Охлаждение пружины осуществляют со скоростью выше или равной критической скорости охлаждения. Повышается релаксационная стойкость и циклическая долговечность пружин. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для заневоливания цилиндрической пружины // 2615080

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство для заневоливания цилиндрической пружины включает матрицу с цилиндрической полостью и соосно размещенный в ней пуансон цилиндрической формы с жестко закрепленной на нем плитой круговой формы. Плита круговой формы выполнена с возможностью размещения пружины в полости между матрицей и пуансоном с возможностью обжатия пружины пуансоном путем его ограниченного продольного перемещения при силовом воздействии. Цилиндрические поверхности полости матрицы и пуансона выполнены с резьбовыми канавками с возможностью размещения в них витков сжатой пружины. Достигается расширение арсенала технических средств. 5 ил.

Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин // 2623847

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении винтовых цилиндрических пружин. Способ включает навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, люмоконтроль, шлифовку торцов термообработанной пружины, дробеметную обработку и заневоливание. На заключительной стадии после заневоливания производят наклеп наружной и внутренней поверхностей пружины за одну операцию штамповкой на прессе посредством устройства упрочнения при нахождении пружины в отверстии матрицы путем распирания витков пружины к поверхности отверстия матрицы входящим в нее пуансоном. Зазор между отверстием матрицы и поверхностью пуансона выбирают меньше диаметра витка пружины на 0,2…5 мм. Повышается стабильность упругих свойств пружины. 1 ил.

Способ изготовления пружин и агрегат для его воплощения // 2623968

Группа изобретений относится к изготовлению стальных пружин. Способ изготовления пружин включает подачу и нагрев навиваемого материала, навивку на вертикальную оправку, погружение оправки с навитой пружиной в закалочную ванну, перемещение оправки с навитой пружиной по закалочной ванне от места погружения, съем пружины с оправки при условии совмещения по времени с навивкой другой пружины. После съема пружины с оправки осуществляют сброс пружины в заданном направлении посредством механизма съема пружины с оправки в виде установленного на приводном валу лотка с зацепами. Для осуществления способа используют агрегат для изготовления пружин, представляющий собой кинематически связанные между собой устройства и узлы. Увеличивается производительность процесса изготовления пружин за счет совмещения по времени операций. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.