Способ изготовления крупногабаритных пружин из стали


 


Владельцы патента RU 2635114:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Пружина" (RU)

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. Повитковую закалку пружины проводят с разными регулируемыми скоростями охлаждения в баке с закалочной жидкостью со спрейерным устройством, подвижный механизм для перемещения пружины которого расположен ниже уровня закалочной жидкости. Проход пружины через спрейерное устройство осуществляют со скоростью ее охлаждения выше критической с обеспечением ускоренного охлаждения в интервале температур A1н и принудительного удаления паровой рубашки с внутренней поверхности витков пружины, контактирующей с оправкой. По мере последовательного выхода каждого витка пружины из зоны воздействия на нее спрейерного устройства осуществляют замедленное охлаждение пружины в интервале температур мартенситного превращения Мнк и окончательную закалку пружины. Обеспечивается повышение прочности и эксплуатационной долговечности полученной пружины за счет получения мелкозернистой структуры металла. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных пружин из стали методом горячей навивки.

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°C (патент РФ №2208056, опубл. 10.07.2003).

Недостатком этого способа является ограниченная область его использования, обусловленная изготовлением пружин только методом холодной навивки.

Известен способ изготовления пружин, использующий эффект термомеханического упрочнения, заключающийся в нагреве заготовки до температуры аустенизации, подстуживании заготовки на 50-100°C, но не ниже температуры закалки, гибкие заготовки в направлении, противоположном направлению навивки, навивке ее на оправку и последующем охлаждении, причем суммарная степень деформации при гибке и навивке составляет от 15% до 40% (авт. св. СССР №28989, опубл. 25.09.1976).

Однако использование в указанном способе нерегулируемого процесса охлаждения делает непостоянными по длине пружины упрочняющий эффект и снижает качественные характеристики пружины.

Также известен 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 (патент РФ №1234018, опубл. 30.05.1986).

Недостатком этого способа также является нерегулируемый процесс охлаждения, что снижает, а то и сводит на нет эффект упрочнения от дополнительной высокотемпературной термомеханической обработки пружины, снижает прочностные характеристики.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления крупногабаритных пружин из стали, включающий нагрев прутка, навивку пружины из прутка при температуре его нагрева, закалку пружины и окончательную термообработку путем отпуска (патент РФ №2377091, опубл. 27.12.2009).

Нагрев прутка по этому способу осуществляют до температуры, обеспечивающей гомогенизацию высокотемпературной фазы стали, и проводят 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.

Недостатком этого способа является невысокое качество получаемых изделий ввиду неполной закалки внутренней поверхности витка пружины. В момент начала закалки в закалочном устройстве на внутренней поверхности витка пружины, контактирующей с оправкой, образуется паровая рубашка, препятствующая проводить закалку со скоростью охлаждения выше критической в интервале температур А1н для подавления распада переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений. Это приводит к тому, что на внутренней поверхности витка пружины формируется зона неполной закалки и образуется неравномерная микроструктура металла по всему поперечному сечению витка. Глубина зоны с неполной закалкой достигает нескольких миллиметров, ширина соответствует ширине контакта витка с оправкой. Вследствие неполной закалки внутренней поверхности витка пружины признаются негодными к эксплуатации и бракуются.

Техническим результатом заявляемого способа изготовления крупногабаритных пружин из стали является повышение качества производимых пружин за счет исключения зон неполной закалки на внутренней поверхности витков пружины, получение равномерной микроструктуры металла по всему поперечному сечению витка.

Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым способом изготовления крупногабаритных пружин из стали, включающим нагрев прутка, навивку пружины из прутка при температуре его нагрева, закалку пружины и окончательную термообработку путем отпуска, повитковая закалка проводится с разными скоростями охлаждения, при этом пружина последовательно проходит через спрейерное устройство, где происходит принудительное удаление паровой рубашки с внутренней поверхности витка пружины, контактирующей с оправкой, в результате чего охлаждение пружины в интервале температур A1-Mн происходит со скоростью выше критической, затем по мере погружения пружины в бак каждый виток пружины последовательно выходит из зоны воздействия спрейерного устройства и охлаждение пружины в интервале температур мартенситного превращения Мнк происходит с медленной скоростью, во время которого и происходит окончательная закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ изготовления крупногабаритных пружин из стали отличается от прототипа тем, что повитковая закалка проводится с разными скоростями охлаждения, при этом пружина последовательно проходит через спрейерное устройство, где происходит принудительное удаление паровой рубашки с внутренней поверхности витка пружины, контактирующей с оправкой, в результате чего охлаждение пружины в интервале температур А1н происходит со скоростью выше критической, затем по мере погружения пружины в бак каждый виток пружины последовательно выходит из зоны воздействия спрейерного устройства, и охлаждение пружины в интервале температур мартенситного превращения Мнк происходит с медленной скоростью, во время которого и происходит окончательная закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения «новизна». Сравнение предлагаемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам предлагаемого технического решения, что позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ изготовления крупногабаритных пружин из стали осуществляют следующим образом.

Пруток-заготовку из стали для изготовления пружины нагревают непрерывно последовательно токами высокой частоты по всему сечению до температуры гомогенизации высокотемпературной фазы (примерно 1000-1050°C) и подают в зону навивки. После этого пруток-заготовку навивают на оправку. Каждый виток вместе с оправкой выдерживают в течение определенного для каждого состава стали периода времени, так называемая посленавивочная выдержка, например, в течение 15 с, затем подают в зону закалки, разделенную на зону ускоренного охлаждения в области высоких температур и замедленного охлаждения в области мартенситного превращения. Регулировку скоростей охлаждения осуществляют путем изменения зоны действия закалочного устройства, изменением скорости потока жидкости, проходящего через спрейер, изменением температуры закалочной жидкости. Затем последовательно проводят операции отпуска, дробеструйной обработки, многократного обжатия, контрольного испытания, покраски.

Заявляемый способ был проверен при изготовлении цилиндрических винтовых пружин сжатия с наружным диаметром 90-350 мм, изготавливаемых из прутков стали марок 60С2А, 60С2Г, 60С2ХФА и др. диаметром 10-70 мм. Пружины навивались на пружинно-навивочном оборудовании вертикальной компоновки, подвижный механизм спрейерного устройства располагался ниже уровня закалочной жидкости в баке. Температура нагрева прутков 1000-1050°С, посленавивочная выдержка - 10-15 с.

Проведенные исследования качества и прочностных характеристик пружин показали:

- повышение производительности навивочно-закалочных агрегатов за счет снижения времени охлаждения при закалке;

- повышение экологичности пружинного производства;

- 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 были подтверждены эксплуатационными.

Таким образом, за счет исключения зон неполной закалки на внутренней поверхности витков пружины, получения равномерной микроструктуры металла по всему поперечному сечению витка, заявляемый способ изготовления крупногабаритных пружин из стали существенно повышает качество производимых пружин, а также обеспечивает высокую производительность, повышенную экологическую и пожарную безопасность производства.

1. Способ изготовления крупногабаритной пружины из стали, включающий 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, отличающийся тем, что повитковую закалку пружины проводят с разными регулируемыми скоростями охлаждения в баке с закалочной жидкостью со спрейерным устройством, подвижный механизм для перемещения пружины которого расположен ниже уровня закалочной жидкости, при этом проход пружины через спрейерное устройство осуществляют со скоростью ее охлаждения выше критической с обеспечением ускоренного охлаждения в интервале температур A1н и принудительного удаления паровой рубашки с внутренней поверхности витков пружины, контактирующей с оправкой, а затем по мере последовательного выхода каждого витка пружины из зоны воздействия на нее спрейерного устройства осуществляют замедленное охлаждение пружины в интервале температур мартенситного превращения Мнк и окончательную закалку пружины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулировку скорости охлаждения пружины осуществляют путем изменения зоны закалки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулировку скорости охлаждения пружины осуществляют путем изменения скорости потока жидкости, проходящего через спрейерное устройство.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулировку скорости охлаждения пружины осуществляют путем изменения температуры закалочной жидкости.



 

Похожие патенты:

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, шлифовку торцов термообработанной пружины, заневоливание.

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, шлифовку торцов термообработанной пружины, сжатие пружины до соприкосновения витков.

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.

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 и может быть использовано при упрочнении винтовых цилиндрических пружин сжатия. Способ включает навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, дробеметную обработку, люмоконтроль, шлифовку торцов термообработанной пружины, заневоливание.

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, шлифовку торцов термообработанной пружины, сжатие пружины до соприкосновения витков.

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.
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 области машиностроения. Устройство содержит обойму с цилиндрической полостью и соосно размещенный в ней сердечник цилиндрической формы.
Наверх