Способ навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом

Авторы патента:

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

B21F3/04 - наружной навивкой на оправки и т.п.

Владельцы патента RU 2727132:

Общество с ограниченной ответственностью Управляющая компания "Алтайский завод прецизионных изделий" (RU)

Изобретение относится к производству пружин и может быть применено в производстве цилиндрических винтовых пружин сжатия любого назначения. Способ включает навивку пружины из проволоки на оправку с использованием станка, продольному суппорту которого сообщают рабочие перемещения, соответствующие заданному шагу витков пружины. Навивку пружины на оправку осуществляют с фиксацией оправки в самозажимном эксцентриковом патроне станка и выдерживании навитой пружины в заневоленном состоянии в течение времени, определяемом механическими свойствами проволоки, индексом и количеством витков пружины. Последующее плавное освобождение осуществляют при достижении заданного количества навитых витков при вращении патрона с зажатой пружиной в направлении, обратном направлению вращения при навивке путем разжимания кулачков самозажимного эксцентрикового патрона и их торможении за счет упругого воздействия навитой пружины, стремящейся к увеличению своего наружного диаметра. Продолжительность вращения указанного патрона в обратном направлении определяют суммой времени его поворота на угол, обеспечивающий разжимание патрона, и времени до останова станка или до изменения направления вращения. Обеспечивается стабильность геометрических характеристик навитой пружины. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к производству пружин и может быть применено в производстве цилиндрических винтовых пружин сжатия любого назначения.

Наиболее распространенным способом изготовления винтовых пружин является навивка исходной проволочной заготовки на оправку.

При холодной навивке на автоматах по схеме «растяжение+изгиб» один или несколько первых витков пружины часто зажимают в гидравлическом или пневматическом патроне. После завершения навивки и разжима патрона происходит быстрое освобождение пружины и ее отклонение от цилиндрической формы, связанное, в том числе с так называемой упругой отдачей после разгрузки, называемой также распусканием. Внутренний диаметр пружины увеличивается, между внутренней поверхностью витков и оправкой образуется зазор. Может появиться бочкообразность или корсетность пружины. Кроме того, существует опасность травмирования оператора станка из-за резкого перемещения витков пружины на оправке.

Известно устройство для навивки пружин преимущественно с малым индексом, реализующее способ навивки, при котором зажим первых витков пружины осуществляется в пневматическом цанговом патроне (пат. RU 2010652, опубл. 15.04.1994). Вращающаяся оправка навивает на себя проволоку до момента выключения вращения, определяемого системой управления станка. Одновременно с сигналом на выключение вращения оправки подается сигнал на пневмоцилиндр цангового патрона и происходит резкое освобождение навитой пружины.

К недостаткам известного решения относится сложность необходимого для реализации способа оборудования, требующего наличия пневмоцилиндра с системами воздухоподготовки и управления. К недостаткам относится также неуправляемый процесс изменения размеров навитой пружины после разжима патрона, происходящий при резком сбросе прижимающей нагрузки от цанги.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ навивки пружин, включающий навивку материала на оправку с помощью продольного суппорта, которому сообщают рабочие перемещения, соответствующие заданному шагу витков (А.с.SU №1230732, опубл. 15.05.1986. Бюл. №18). В момент окончания навивки рабочих витков продольному суппорту сообщают дополнительный импульс перемещения определенной величины. Это делается для перераспределения деформации кручения от поджатых витков к рабочим и, в конечном счете, уменьшает искажения размеров пружины после навивки. Величину дополнительного импульса авторами известного решения предлагается определять, как функцию шага навиваемой пружины, среднего диаметра пружины, диаметра проволоки, модуля упругости, коэффициента, характеризующего пластическую осадку проволоки при навивке, напряжения пружины при кручении.

К недостаткам известного решения относится необходимость дополнительных энергетических затрат на создание приращения рабочего перемещения продольного суппорта, сложность расчетного определения величины приращения рабочего перемещения из-за необходимости использования коэффициента пластической осадки, который будет иметь различные значения для разных диаметров проволоки. Кроме того, существует технологическое рассеяние механических свойств проволоки, которое необходимо учесть при введении значения модуля упругости. Последнее представляет значительные трудности, так как технологическое рассеяние механических свойств проволоки существует не только от партии к партии или от бунта к бунту, но и в пределах одного бунта.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемое изобретение, является устранение недостатков прототипа - разработка простого и эффективного процесса навивки пружин, обеспечивающего стабильность геометрических характеристик после навивки.

Поставленная задача решается за счет навивки пружин на оправку с фиксацией в самозажимном эксцентриковом патроне и выдерживании навитой пружины в заневоленном состоянии в патроне в течение времени, определяемом механическими свойствами проволоки, индексом и количеством витков пружины, с последующим плавным освобождением.

Новизной в предлагаемом способе навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом является увеличение продолжительности нахождения навитой пружины на станке в заневоленном состоянии в патроне с последующим плавным освобождением, происходящем при вращении патрона с зажатой пружиной в направлении, обратном направлению вращения при навивке, угол поворота патрона до разжимания детали при вращении в обратном направлении устанавливается автоматически, а общая продолжительность вращения патрона в обратном направлении определяется суммой времени поворота на угол для разжимания патрона и времени до останова станка или до изменения направления вращения на рабочее, причем время до остановка станка или изменения направления вращения определяется удобством регулировки и может не превышать 0,5 с.

Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной изобретением технической задачи.

Предлагаемый в качестве изобретения способ навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом осуществляется следующим образом.

На свободном конце проволоки предварительно любым известным способом формируется несколько витков, прижатых один к другому и имеющих внутренний диаметр, незначительно превышающий диаметр оправки, на который будет навиваться пружина.

Предлагаемый способ навивки винтовых пружин преимущественно малого индекса предполагает применение самозажимных эксцентриковых патронов, известных из уровня техники. Предпочтительным является применение патрона для закрепления детали на станке (пат. RU 2705184, опубл. 05.11.2019. Бюл. №31).

Полученную заготовку надевают на оправку, установленную на станке. Два или более витков заготовки вводят по оправке внутрь патрона. После включения станка патрон начинает вращение и зажимает заготовку по наружному диаметру эксцентриковыми кулачками, одновременно прижимая ее к оправке. Крутящий момент от шпинделя передается через витки заготовки оправке, оправка получает вращение и начинает тянуть на себя проволоку. Формирование шага витков на вращающейся оправке происходит с помощью продольного суппорта, которому сообщают рабочие перемещения, соответствующие заданному шагу витков.

При достижении заданного количества витков рабочее вращение патрона и оправки прекращается, включается вращение в обратном направлении. Эксцентриковые кулачки патрона начинают разжиматься, однако в начальный момент времени их поворот на осях эксцентриков тормозится из-за упругого воздействия пружины, стремящейся к увеличению своего наружного диаметра и, соответственно, к увеличению давления в зоне контакта с эксцентриковыми кулачками. Увеличение наружного диаметра - распускание - пружины происходит в течение ограниченного промежутка времени, определяемого упругими свойствами материала пружины, ее геометрическими характеристиками и количеством витков. После завершения процесса распускания эксцентриковые кулачки разжимаются и выходят из контакта с навитой пружиной.

Продолжительность вращения шпинделя с зажатой пружиной в направлении, обратном направлению вращения при навивке, необходимое и достаточное для протекания процесса распускания, для пружин с малым индексом и количеством витков до 20, по опытным данным, составляет не более двух оборотов. Точная регулировка продолжительности вращения не требуется. Так как упругое воздействие пружины на кулачки патрона направлено в сторону, обратную вращению при навивке, организация вращения шпинделя в обратном направлении не связана с деформацией проволоки и поэтому требует небольших энергетических затрат, в отличие от известного решения, принятого в качестве прототипа заявляемого изобретения. Вращение шпинделя в направлении, обратном направлению вращения при навивке пружины, происходящее после разжимания кулачков патрона, может происходить в течение минимального промежутка времени, определяемого только удобством регулировки. Достаточная величина этого промежутка не превышает 0,5 с. Вращение шпинделя при этом, фактически происходит на холостом ходу станка и также не требует значительных энергетических затрат. Достаточное значение общей продолжительности вращения патрона в направлении, обратном направлению навивки, для пружин с малым индексом и количеством витков до 20 не превышает 1 с.

Осуществление предлагаемого способа навивки винтовых пружин преимущественно малого индекса не требует предварительных расчетно-экспериментальных работ для определения механических свойств материала проволоки.

Пример осуществления способа.

Навивали пружину распылителя топливной форсунки. Последовательно применяли проволоку трех марок, указанных в качестве допускаемых материалов в конструкторской документации на пружину:

1) сталь OTEVA 70SC; предел прочности (по сертификату на поставленную партию) 1960…2060 Н/мм²;

2) сталь R12; предел прочности (по сертификату на поставленную партию) 1720…1860 Н/мм²;

3) сталь R15 VD SC; предел прочности (по сертификату на поставленную партию) 1960…2060 Н/мм².

Фактический диаметр проволоки составлял: от Ø2,17 до 2,22 мм. Наружный диаметр пружины по чертежу: Ø7,4 мм. Внутренний диаметр пружины по чертежу: Ø3^+0,06 мм. Полное количество витков по чертежу: 11,75±0,12.

Опытным путем был определен и применялся для всех марок проволоки диаметр оправки, на которую навивали пружину Ø2,9 мм.

Поджатие пружины по наружному диаметру выполняли в патроне для закрепления детали на станке (пат. RU 2705184, опубл. 05.11.2019. Бюл. №31).

После навивки и снятия со станка все навитые пружины соответствовали требованиям чертежа, в том числе по величине внутреннего диаметра и отклонению формы наружных поверхностей.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является экономичный способ навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом, обеспечивающий стабильность винтовых пружин по геометрическим характеристикам для всей применяемой номенклатуры проволоки при использовании самозажимных эксцентриковых патронов, предпочтительно - патрона для закрепления детали на станке (пат. RU 2705184, опубл. 05.11.2019. Бюл. №31).

Предлагаемый в качестве изобретения способ навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом внедрен и применяется в серийном производстве пружин на Алтайском заводе прецизионных изделий.

1. Способ навивки винтовых пружин с малым индексом, включающий навивку пружины из проволоки на оправку с использованием станка, продольному суппорту которого сообщают рабочие перемещения, соответствующие заданному шагу витков пружины, отличающийся тем, что навивку пружины на оправку осуществляют с фиксацией оправки в самозажимном эксцентриковом патроне станка и выдерживании навитой пружины в заневоленном состоянии в течение времени, определяемом механическими свойствами проволоки, индексом и количеством витков пружины, с ее последующим плавным освобождением при достижении заданного количества навитых витков, которое осуществляют при вращении патрона с зажатой пружиной в направлении, обратном направлению вращения при навивке путем разжимания кулачков самозажимного эксцентрикового патрона и их торможении за счет упругого воздействия навитой пружины, стремящейся к увеличению своего наружного диаметра, при этом продолжительность вращения указанного патрона в обратном направлении определяют суммой времени его поворота на угол, обеспечивающий разжимание патрона, и времени до останова станка или до изменения направления вращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что общая продолжительность вращения самозажимного эксцентрикового патрона в направлении, обратном направлению навивки, для пружин с количеством витков до 20 не превышает 1 с.

Изобретение относится к изготовлению стальных винтовых пружин сжатия с повышенной конструкционной прочностью, работающих в агрессивной сероводородсодержащей среде.

Способ восстановления пружин из упрочненной проволоки // 2694091

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для восстановления пружин на предприятиях по ремонту транспорта, сельхозмашин, грузоподъёмной или другой техники.

Способ обработки опорных витков пружин методом плазменной резки, роботизированный комплекс и линия для его воплощения // 2689482

Изобретение относится к линии для обработки топорных витков пружин из стали. Линия содержит роботизированный комплекс с плазмотроном и роботом-манипулятором, второй роботизированный комплекс и узел перезагрузки.

Способ изготовления винтовых цилиндрических пружин // 2688028

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении винтовых цилиндрических пружин сжатия. Способ включает навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, люмоконтроль, дробеметную обработку и шлифовку торцов пружины.

Устройство для контактного заневоливания конических пружин // 2686435

Изобретение относится к изготовлению пружин конической формы или формы параболоида вращения. Устройство для заневоливания пружин содержит верхний и нижний вкладыши, стакан для установки в нем вкладышей и между ними испытуемой пружины и пуансон с шаровой поверхностью, контактирующей с шаровой поверхностью верхнего вкладыша, при этом нижний вкладыш установлен с возможностью вращения относительно оси стакана, а верхний - с возможностью вращения и перемещения вдоль оси стакана и отклонения оси от оси пуансона.

Пружина или торсион из стальной проволоки, полученная холодной деформацией. способ изготовления деформированных в холодном состоянии стальных пружин, применение стальной проволоки для изготовления деформированных в холодном состоянии пружин // 2682882

Изобретение относится к деформированной в холодном состоянии пружине. Описан способ изготовления пружины (3’), содержащий следующие этапы: а) приготовление стальной проволоки (1), б) термомеханическая деформация (12) приготовленной на этапе а) стальной проволоки (1) при температуре, превышающей минимальную температуру рекристаллизации стальной проволоки (1), при этом стальная проволока (1) обладает по меньшей мере частично аустенитной структурой, в) охлаждение стальной проволоки (1), деформированной термомеханическим способом на этапе б), г) улучшение стальной проволоки, включающее: нагрев (17) охлаждённой на этапе в) стальной проволоки (1) по меньшей мере до температуры закалки, которая равна или превышает температуру начала аустенитизации (I); резкое охлаждение (18) стальной проволоки (1), нагретой на этапе I по меньшей мере до температуры закалки, до первой температуры охлаждения, причём первая температура охлаждения лежит ниже минимальной температуры рекристаллизации стальной проволоки (1) и образуется по меньшей мере частично мартенситная структура (II); повторный нагрев резко охлаждённой на этапе II стальной проволоки (1) до первой температуры отпуска, которая ниже температуры начала аустенитизации (III); охлаждение повторно нагретой на этапе III стальной проволоки (1) до второй температуры охлаждения, причём вторая температура охлаждения лежит по меньшей мере ниже первой температуры отпуска (IV); д) холодная деформация (20’, 20’’) улучшенной на этапе г) стальной проволоки (1) при температуре холодной деформации, причём температура холодной деформации лежит ниже минимальной температуры рекристаллизации стальной проволоки; е) разделение (21) деформированной в холодном состоянии на этапе д) стальной проволоки, согласно изобретению охлаждение стальной проволоки (1) на этапе в) проводится до температуры ниже минимальной температуры рекристаллизации таким образом, чтобы в стальной проволоке (1) образовалась по меньшей мере частично ферритно-перлитная структура.

Способ обработки опорных витков пружин и роботизированный комплекс для его осуществления // 2647965

Изобретение может быть использовано при производстве крупногабаритных стальных пружин. Обработку опорных витков проводят поочередно, при этом одновременно с плазменной резкой осуществляют подачу сжатого воздуха по меньшей мере одной струей вдоль оси пружины в направлении обрабатываемого опорного витка с помощью распылителя, который заводят внутрь пружины в зоне обработки.

Устройство для заневоливания цилиндрической пружины // 2635594

Изобретение относится к устройствам для заневоливания цилиндрических пружин и содержит обойму с цилиндрической полостью, две съемные крышки с осевым отверстием, выполненные с возможностью закрепления на обойме, сердечник цилиндрической формы, соосно размещенный в обойме и выполненный с возможностью размещения пружины в полости между обоймой и сердечником, и стержни круглого поперечного сечения с головками «под ключ», жестко соединенные с сердечником и расположенные с возможностью размещения в отверстиях крышек.

Линия для производства пружин горячей навивкой (варианты) // 2635115

Изобретения относятся к производству пружин, изготавливаемых горячей навивкой. Линии содержат установку отбраковки прутков, установку мерной резки прутков, устройство нагрева прутков, устройство навивки пружин из прутков, устройство непрерывно-последовательной закалки пружин, печь для отпуска пружин, охлаждающее устройство, устройство формирования опорных витков пружин, установку шлифовки торцов пружин, установку дробеструйной обработки пружин, пресс многократного обжатия, пост контроля геометрических и силовых характеристик пружин и установку окраски пружин.

Способ изготовления крупногабаритных пружин из стали // 2635114

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных пружин из стали горячей навивкой. Способ включает нагрев прутка, навивку пружины из прутка на оправку при температуре нагрева, повитковую закалку пружины при ее непрерывно-последовательном перемещении на оправке и окончательную обработку пружины путем отпуска.

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.