Способ изготовления крупногабаритных пружин из стали

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных пружин из стали горячей навивкой. Пруток нагревают до температуры, обеспечивающей гомогенизацию высокотемпературной фазы стали. Затем из прутка при температуре его нагрева навивают пружину. При этом пружину подвергают повитковой закалке. Закалку каждого витка ведут после его навивки и посленавивочной выдержки в течение времени, обеспечивающего процессы полигонизации стали для затруднения рекристаллизационной перестройки ее структуры. Окончательную термообработку пружины производят путем ее отпуска. В результате обеспечивается повышение прочности и эксплуатационной долговечности полученной пружины.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано в производстве крупногабаритных пружин из стали, получаемых горячей навивкой.

Известен способ изготовления высоконагруженных пружин сжатия, заключающийся в применении предварительно упрочненной проволоки и включающий навивку пружины, термообработку, шлифовку торцов, термоосадку и дробеметный наклеп, в котором термоосадку производят после дробеметного наклепа при температуре 200-250°С (см. патент РФ №2208056, кл. C21D 9/02, заявлено 2001.02.08, опубликовано 2003.07.10).

Недостатком этого способа является то, что он применим только для пружин холодной навивки.

Известен способ изготовления пружин, использующий эффект термомеханического упрочнения, заключающийся в нагреве заготовки до температуры аустенизации, подстуживании заготовки на 50-100°С, но не ниже температуры закалки, гибке заготовки в направлении, противоположном направлению навивки, навивке ее на оправку и последующем охлаждении, причем суммарная степень деформации при гибке и навивке составляет 15-40% (см. авт. св. СССР №528989, кл В21F 3/04, заявлено 31.01.75, опубликовано 25.09.76).

Применение в известном способе нерегламентированного охлаждения снижает и делает непостоянными по длине пружины упрочняющий эффект и прочностные характеристики.

Наиболее близким к заявляемому, выбранному за прототип, является способ изготовления крупногабаритных пружин, включающий высокотемпературную термомеханическую обработку прутка перед навивкой поперечно-винтовым протягиванием и навивку пружины с последующей окончательной термообработкой, включающий дополнительную высокотемпературную термомеханическую обработку пружины в период навивки, для чего перед навивкой осуществляют скоростной нагрев термомеханически упрочненного прутка до температуры на 100-150°С выше точки Ас3 фазовых превращений, поперечно-винтовое протягивание осуществляют в направлении деформации витка при сжатии пружины, а в качестве окончательной термической обработки пружин применяют отпуск (см. патент РФ №1234018, кл. B21F 35/00, заявлено 13.08.84, опубликовано 30.05.86).

Недостатком прототипа также является то, что применение в нем нерегламентированного охлаждения снижает, а то и сводит на нет эффект упрочнения от дополнительной высокотемпературной термомеханической обработки пружины и снижает прочностные характеристики.

Предложен способ изготовления крупногабаритных пружин из стали, включающий нагрев прутка, навивку пружины из прутка при температуре его нагрева, закалку пружины и окончательную термообработку путем отпуска, при этом нагрев прутка осуществляют до температуры, обеспечивающей гомогенизацию высокотемпературной фазы стали, и производят повитковую закалку пружины, причем закалку каждого витка осуществляют после его навивки и посленавивочной выдержки в течение времени, обеспечивающего процессы полигонизации стали для затруднения рекристаллизационной перестройки ее структуры.

При изготовлении крупногабаритных пружин из стали предлагаемым способом происходит следующее.

Нагрев прутка до температуры, обеспечивающей гомогенизацию высокотемпературной фазы, выравнивает химический состав стали по содержанию в ней углерода и легирующих элементов. Перегрев приводит к росту зерна в стали, а следствием недогрева будет неравномерный в объеме химический состав и, как результат - в последствии неполная закалка. И в том, и в другом случае произойдет снижение прочности материала пружины.

При высокотемпературной навивке пружины по диаметру прутка происходит пластическая деформация, возникает термомеханическое упрочнение всей пружины. Охлаждение каждого витка пружины производят спустя определенное время (посленавивочная выдержка), постоянное для всех витков и определяемое химическим составом материала заготовки (прутка). Во время этой посленавивочной выдержки в деформированной при навивке пружинной стали происходят процессы полигонизации, затрудняющие рекристаллизационную перестройку структуры материала и оптимизирующие величину упрочнения, фиксируемую последующей повитковой закалкой. Повитковая закалка обеспечивает постоянство динамической прочности по длине пружины, что позволяет значительно повысить ее эксплуатационную долговечность. В известных же способах горячей навивки пружина после навивки, длящейся некоторое время, подвергается закалке целиком, спустя случайное время, определяемое конструктивными возможностями технологического оборудования. За это время в материале пружины происходит перестройка структуры горячего наклепа, образовавшейся при навивке, в структуру рекристаллизации, что и приводит к неравномерности величины упрочнения от витка к витку или полному снятию упрочнения.

Заявляемый способ может быть реализован на известном оборудовании для навивки пружин, например на устройстве по пат. SU №1348040, кл. B21F 3/04, опубл. 27.01.93, дополнительно оснащенном устройством обеспечения регулировки времени начала повитковой закалки пружины, например дополнительной, с регулируемым положением охлаждающей ванной.

Для реализации способа пруток-заготовку из стали для изготовления пружины нагревают непрерывно последовательно токами высокой частоты по всему сечению до температуры гомогенизации высокотемпературной фазы (примерно 1000-1050°С) и подают в зону навивки. После этого пруток-заготовку навивают на оправку. Каждый виток вместе с оправкой через определенный для каждого состава стали промежуток времени (посленавивочная выдержка), например 15 с, подают в устройство охлаждения, где происходит закалка. Полученная таким образом пружина в дальнейшем проходит операции отпуска, дробеструйной обработки, осадки (заневоливания), контрольного испытания, покраски.

Заявляемый способ был проверен при изготовлении цилиндрических винтовых пружин сжатия с наружным диаметром 90-135 мм, изготавливаемых из прутков стали марок 60С2А, 60С2Г, 60С2ХФА и др. диаметром 10-19 мм. Пружины навивались на пружинно-навивочном оборудовании вертикальной компоновки. Температура нагрева прутков 1000-1050°С, посленавивочная выдержка - 10-15 с.

Проведенные исследования качества и прочностных характеристик пружин показали:

- шаг витков пружины после операции осадки при общем уменьшении длины (высоты) пружины постоянен, что свидетельствует о постоянстве свойств материала пружины в каждом витке;

- исследование структуры стали в каждом витке показало, что закалкой зафиксирована мелкозернистая полигонизованная структура, постоянная по всей длине пружины;

- стендовые испытания на усталостную долговечность показали, что долговечность испытуемых пружин в 3-5 раз превышает долговечность пружин, изготовленных по известной технологии. Результаты стендовых испытаний подтверждены эксплуатационными.

Таким образом, заявляемый способ изготовления крупногабаритных пружин в сравнении с прототипом позволяет обеспечить повышенный и постоянный по длине пружины уровень качества и динамической прочности, что значительно увеличивает эксплуатационную долговечность винтовых пружин.

Способ изготовления крупногабаритных пружин из стали, включающий нагрев прутка, навивку пружины из прутка при температуре его нагрева, закалку пружины и окончательную термообработку путем отпуска, отличающийся тем, что нагрев прутка осуществляют до температуры, обеспечивающей гомогенизацию высокотемпературной фазы стали, и производят повитковую закалку пружины, причем закалку каждого витка осуществляют после его навивки и посленавивочной выдержки в течение времени, обеспечивающего процессы полигонизации стали для затруднения рекристаллизационной перестройки ее структуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении рессорных пружин грузовых вагонов из сталей пониженной и регламентированной прокаливаемости, которые также могут найти применение в тракторной и автомобильной промышленности.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных пружин из стали горячей навивкой. .
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления цилиндрических пружин из аустенитных сталей. .
Изобретение относится к изготовлению винтовых пружин сжатия, работающих с соударением витков в условиях повышенных температур. .
Изобретение относится к изготовлению винтовых пружин сжатия, работающих с соударением витков в условиях повышенных температур. .
Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке пружин из кремнистой стали, и может быть использовано при изготовлении пружин, рессор и других упругих элементов в машиностроении.
Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке изделий из пружинных сталей. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки стали, и может быть использовано при производстве стальной ленты, применяемой, например, при изготовлении пружинных блоков для мебельной промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может быть использовано в метизной отрасли при изготовлении пружинных изделий типа железнодорожных прутковых клемм.
Изобретение относится к области изготовления винтовых пружин сжатия из упрочненной до навивки проволоки. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для производства крупногабаритных стальных пружин любой конструкции, получаемых горячей навивкой.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении винтовых пружин сжатия. .
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении высокопрочных многожильных пружин. .
Изобретение относится к области изготовления многожильных пружин с заданными характеристиками из обычной, шлифованной или патентированной проволоки и может быть использовано в машиностроении.
Изобретение относится к области изготовления многожильных пружин с заданными характеристиками и используется в машиностроении. .
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин, работающих как при обычных, так и при высоких температурах в обычном режиме или с соударением витков.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин сжатия. .
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных пружин из стали горячей навивкой. .

Изобретение относится к области изготовления и испытания пружин и может быть применено в отраслях промышленности, изготавливающих и применяющих пружины: машиностроении, авиастроении, автомобильной промышленности, приборостроении и др.
Изобретение относится к области изготовления ювелирных изделий и может быть использовано в ювелирной промышленности при изготовлении пружинок замков карабинов из сплава золота.

Изобретение относится к области изготовления и испытания пружин
Наверх