Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин



Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин
Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин

 


Владельцы патента RU 2623847:

Тебенко Юрий Михайлович (RU)

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.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу упрочнения винтовых цилиндрических пружин сжатия.

Уровень техники

Известен способ упрочнения пружин - дробеметная обработка, который является наиболее распространенным в производстве пружин. Сущность процесса обработки дробью заключается в том, что детали после окончательной механической или термической обработки подвергают ударному воздействию потока стальной или чугунной дроби. Дробеметную обработку пружин производят на механических или пневматических дробеметных машинах стальной или чугунной дробью диаметром от 0,4 до 1,8 мм (Остроумов В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин / В.П. Остроумов - М.: Машиностроение, 1970 - 135 с., с. 74…75).

При дробеметной обработке на поверхности витков создаются двухсторонние остаточные напряжения сжатия, препятствующие раскрытию усталостных трещин и повышающие предел выносливости на 40-80% (Лавриненко Ю.А. Упрочнение пружин / Ю.А. Лавриненко, Е.Г. Белков, В.В. Фадеев - Уфа: Издательский дом «Бизнес-Партнер», 2002 - 124 с. 16).

Недостатком способа является то, что дробеметная обработка не устраняет неравномерность распределения напряжений по сечению витка пружины. Витки цилиндрической пружины обычно имеют значительную кривизну. Это приводит к значительному повышению напряжений, достигающему 40% на внутреннем волокне витков, по сравнению с напряжениями, возникающими на наружном волокне витков. (Пономарев С.Д. Расчет упругих элементов машин и приборов / С.Д. Пономарев, Л.Е. Андреева - М.; Машиностроение, 1980 - 326 с., с. 88). В процессе работы пружины на внутренней стороне сечения витков развиваются усталостные трещины.

Известно, что наибольшую стабильность упругих свойств в зависимости от вида обработки пружины показывают после обработки в напряженном состоянии (Остроумов, В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин / В.П. Остроумов. - М.: Машиностроение, 1970. - 135 с., с. 93…96). По аналогии с этим дробеметная обработка пружин должна производиться в сжатом до соприкосновения витков (напряженном) состоянии. При дробеметной обработке сжатой пружины поток дроби достигнет только наружной стороны витков, а внутренняя сторона витков останется неупрочненной, что является недостатком.

Известен способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин, включающий навивку, закалку, отпуск, дробеструйную обработку и заневоливание, причем на заключительной стадии производят наклеп внутренней поверхности пружин. Наклеп осуществляют с помощью протягивания дорна либо ударным воздействием на внутреннюю поверхность витка пружины. Предлагаемые устройства реализации способа - дорн либо упрочняющую головку с роликами устанавливают на токарном станке, в зажимном приспособлении которого закрепляется пружина (Патент RU 2462519, МПК C21D 9/02, C21D 7/06, B21F 35/00. Способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин / Шаврин О.И., 2011115786/02; заявлено 20.04.2011; опубликовано 27.09.2012. Бюл. №27).

Недостатком этого способа, принятого в качестве прототипа, является ненадежность крепления пружины в неназванном зажимном приспособлении (трехкулачковый патрон?) токарного станка и возможность повреждения ее витков при неравномерном распределении сил зажима и сил от протягивания дорна или от ударного воздействия роликов головки неназванной модели (марки).

Недостатком также является длительность процессов: установки пружины в устройство и удаления из него, приведения во вращение пружины и рабочего инструмента (дорна или головки с роликами), подвода и отвода рабочего инструмента. Не решен вопрос снятия пружины с рабочего инструмента, что также является недостатком.

В этом способе под понятием «заневоливание» указано 3- или 5-кратное сжатие пружины до соприкосновения витков, что на самом деле не является заневоливанием, а считается предварительной осадкой, применяемой с целью обнаружения грубых отклонений от технологического процесса. Основная осадка пружин, в том числе циклических, производится операцией заневоливания, которая происходит за первые 20…30 часов, и затем увеличивается незначительно (Остроумов В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин / В.П. Остроумов - М.: Машиностроение, 1970 - 135 с., с. 65…68).

Известно, что наибольшую стабильность упругих свойств в зависимости от вида обработки пружины показывают после обработки в напряженном состоянии (Остроумов, В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин / В.П. Остроумов - М.: Машиностроение, 1970 - 135 с., с. 93…96). По аналогии с этим наклеп внутренней поверхности пружины в представленном изобретении должен производиться в сжатом состоянии, что не выполнено. Это также является недостатком принятого за прототип способа.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является увеличение стабильности упругих свойств пружины и сокращение времени установки и выемки пружины из устройства и времени упрочнения пружин в сжатом состоянии. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании пластических деформаций наклепом по наружной и по внутренней поверхностям витков сжатой до соприкосновения витков пружины операцией штамповки на прессе за одну операцию.

Технический результат достигается тем, что способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин включает навивку пружины из предварительно упрочненной или из закаливаемой проволоки с шагом, превышающим шаг готовой пружины на величину припуска под заневоливание и штамповку (6…14% от высоты готовой пружины), термообработку - отпуск для пружин из предварительно упрочненной проволоки или закалку и отпуск для пружин из закаливаемой проволоки, люмоконтроль, шлифовку торцов, дробеметную обработку, заневоливание на 6…48 часа, после чего производят наклеп наружной и внутренней поверхностей находящейся в отверстии матрицы упрочняющего устройства сжатой пружины штамповкой на прессе за одну операцию путем распирания ее витков к поверхности отверстия матрицы входящим в пружину пуансоном, причем диаметр отверстия матрицы равен диаметру сжатой пружины, а зазор между отверстием матрицы и поверхностью пуансона выбирают меньше диаметра витка пружины на 0,2…5 мм в зависимости от диаметра витка.

Осуществление изобретения

Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин осуществляется следующим образом. Пружину навивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины на величину припуска под заневоливание и штамповку (6…14% от высоты готовой пружины), термообрабатывают, осуществляют люмоконтроль, шлифуют торцы, производят дробеметную обработку, заневоливание. Наклеп наружной и внутренней поверхностей пружины производят штамповкой на прессе посредством устройства упрочнения (штампа) при нахождении сжатой до соприкосновения витков пружины в отверстии матрицы устройства за одну операцию, при этом наклеп наружной и внутренней поверхностей пружины производят путем распирания витков пружины к поверхности отверстия матрицы входящим в нее пуансоном, причем диаметр отверстия матрицы равен диаметру сжатой пружины, а зазор между отверстием матрицы и поверхностью пуансона выбирают меньше диаметра витка пружины на 0,2…5 мм.

Для наклепа штамповкой внутренней и наружной поверхностей сжатой пружины предлагается использовать устройство, изображенное на фиг. 1 (а.с. 825253 СССР, М., кл.3 B21F 35/00, F16F 01/00. Устройство для заневоливания пружин / Тебенко Ю.М. - №2822172/25-12; заявл. 06.08.79; опубл. 30.04.81, Бюл. №16 за 1981 г. - 3 с.). Наклеп производят следующим образом. Движением пресса опускают верхнюю плиту 2. Заходная часть оправки (пуансона), а затем и расправляющая часть входят в заневоливаемую пружину 5, после чего в пружину упирается подвижная втулка 9, сжимая ее до соприкосновения витков. Далее рабочая часть оправки входит вовнутрь пружины 5, распирая ее витки и прижимая их к поверхности расточки стакана (матрицы) 6. Благодаря тому, что зазор между поверхностями расточки стакана и рабочей части оправки меньше диаметра витка пружины, происходит наклеп внутренней и наружной поверхностей сжатой пружины. После выдержки верхнюю плиту 2 с оправкой 1 поднимают. Подвижная втулка 9, скользя по оправке под действием пружин 10, сталкивает пружину 5 с оправки 4, оставляя пружину 5 в расточке стакана 6, откуда ее удаляют механически или вручную.

С помощью представленного устройства возможно создать за одну операцию на внутренней и наружной поверхностях сжатой до соприкосновения витков пружины пластические деформации (наклеп), ускоряющие осадку и повышающие ресурс пружины, работающей в условиях длительного циклического нагружения.

Представленная операция упрочнения пружин в сжатом состоянии позволяет создать на внутренней и наружной поверхностях витков пружин сжимающие остаточные напряжения, которые складываются с растягивающими напряжениями, возникающими при работе пружины, и уменьшают их.

Пружина, прошедшая термообработку (закалку и отпуск для пружин из закаливаемой проволоки и отпуск для пружин из предварительно упрочненной проволоки), шлифовку торцев, дробеметную обработку, заневоливание, подвергается дополнительной обработке внутренней и наружной поверхностей витков.

Представленная операция упрочнения внутренней и наружной поверхностей сжатой пружины штамповкой на прессе более производительна, чем известная операция упрочнения внутренней поверхности токарной обработкой, поскольку происходят на быстроходном штамповочном прессе, и может быть механизирована с помощью применяемых при штамповке устройств для установки в устройство и удаления деталей из него. Время установки пружины в устройство упрочнения и выемки пружины не превышает 1…2 с, в то время как длительность установки и зажима пружины в зажимное приспособление токарного станка, время вращения и проталкивания дорна или обкатки роликами внутренней поверхности пружины и время изъятия пружины из зажимного приспособления токарного станка значительно превышает время операции упрочнения по предлагаемому способу.

Предполагается увеличение долговечности (ресурса) упрочненных таким образом пружин в 1,4…2 раза относительно долговечности пружин, упрочненных известными способами, что согласуется с показанным в работах (Технический отчет №7036 / ЦНИИМ. - Санкт-Петербург, 1977, и Тебенко Ю.М. Проблемы производства высокоскоростных пружин и пути их решения. Монография / Ю.М. Тебенко - Ставрополь: ОО «Мир данных», 2007 - 152 с.) увеличением долговечности (ресурса) пружин при использовании пластического упрочнения витков так называемым контактным заневоливанием.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- упрочнение внутренней и наружной поверхностей пружины производят в сжатом состоянии на быстродействующем прессе за одну операцию;

- наибольшая стабильность упругих свойств пружин;

- высокая производительность упрочнения пружин.

Способ упрочнения винтовых цилиндрических пружин, включающий термообработку пружины, навитой с шагом, превышающим шаг готовой пружины, люмоконтроль, шлифовку торцов термообработанной пружины, дробеметную обработку и заневоливание, отличающийся тем, что на заключительной стадии после заневоливания производят наклеп наружной и внутренней поверхностей пружины за одну операцию, которую осуществляют штамповкой на прессе при нахождении сжатой до соприкосновения витков пружины в отверстии матрицы путем распирания витков пружины к поверхности отверстия матрицы входящим в нее пуансоном, при этом зазор между отверстием матрицы и поверхностью пуансона выбирают меньше диаметра витка пружины на 0,2…5 мм.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к подвеске транспортного средства. Подвеска (11) типа стойки содержит нижнее седло (13) пружины, верхнее седло (14) пружины, спиральную пружину (12) сжатия, которая содержит проволоку (40), которая формована в форму спирали, и расположена в таком состоянии, в котором она сжата между нижним седлом (13) пружины и верхним седлом (14) пружины, и амортизатор (15), который содержит цилиндр (20) и шток (21), который вставлен в цилиндр (20), причем амортизатор (15) проходит через внутреннюю часть спиральной пружины (12) сжатия.

Группа изобретений относится к подвеске с качающимися рычагами. Подвеска (11) с качающимися рычагами содержит рычажный элемент (20), нижнее седло (22) пружины, верхнее седло (23) пружины и спиральную пружину (21) сжатия, которая расположена между нижним седлом (22) пружины и верхним седлом (23) пружины и поджимает рычажный элемент (20) вниз в сжатом состоянии.

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.

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.

Опорный скользун содержит между своими корпусом (1) и подвижной крышкой (2) демпфер, расположенный на днище корпуса и выполненный в виде металлической пружины сжатия (12), вовнутрь которой вставлена снабженная опорной площадкой (15) направляющая (16), торец которой, расположенный также в отверстии внутри пружины, выполнен с возможностью ограничения хода подвижной крышки.

Изобретение относится к машиностроению. Пружина выполнена цилиндрической винтовой и состоит из двух частей со встречно направленными концами.
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.

Изобретение относится к машиностроению. Пружина выполнена цилиндрической винтовой и состоит из двух частей со встречно направленными концами.

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.

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

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.

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.
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.

Изобретение относится к области машиностроения. Для обеспечения точных геометрических размеров пружин и полной ликвидации брака по трещинам пластины изготавливают из стали 65С2ВА, собирают садку из пластин и осуществляют изотермическую закалку с выдержкой при температуре изотермы в селитре, отпуск и контроль по размерам твердости и трещинам, при этом садку из пластин собирают в пакеты, размещают собранные пакеты на несущее приспособление в виде стержня, к которому приварены перпендикулярно и симметрично ему прутки, осуществляют подогрев несущего приспособления с садкой в термошкафу при температуре 200-400°C, затем осуществляют нагрев садки под закалку с выдержкой пластин при температуре изотермы 300-340°C в течение 30 мин, а отпуск проводят при температуре 300-340°C, причем в каждой пластине выполняют два отверстия, а сборку пластин в пакеты проводят с обеспечением постоянных зазоров посредством втулок - прокладок через указанные отверстия на проволоку, диаметр которой соответствует диаметру отверстий в пластинах.
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.
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к изготовлению пружинного изделия в виде упругой клеммы верхнего строения пути, подверженных высоким нагрузкам в эксплуатации.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин сжатия. .

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

Изобретение относится к области машиностроения и термической обработки. .

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.
Наверх