СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ПРУЖИН СЖАТИЯ Российский патент 2003 года по МПК C21D9/02 

Изобретение относится к способам изготовления винтовых пружин сжатия из упрочненной до навивки проволоки.

Известен способ изготовления пружин из углеродистых и легированных сталей, включающий навивку пружин с шагом, превышающим шаг готовой пружины, ее закаливание, отпуск и термоосадку с пластическими деформациями сдвига 0,1÷0,3% при температуре 200÷400^oС (а. с. СССР 621761, кл. C 21 D 9/02, 30.08.78).

Преимущество известного способа - стабильность упругих свойств во времени при работе с повышенными температурными условиями. Однако способ имеет существенный недостаток - низкий уровень выносливости (динамической прочности).

Известен способ изготовления пружин подвески автомобиля с благоприятным распределением остаточных напряжений по сечению витка, полученным в результате пластической осадки (заневоливания) и дробеметного наклепа (ЕР 0645462 А1, кл. C 21 D 9/02, 29.03.95).

Такой способ увеличивает срок службы и повышает прочность пружины, но он применим только для изготовления пружин с большим диаметром сечения витка (для пружин подвески диаметром d≥12 мм), так как при этом влияние наклепа на релаксацию нагрузки незначительно. А при изготовлении по этому способу пружин с небольшим диаметром витка, например клапанных пружин с диаметром d= 3,6 мм, наклеп в большой степени оказывает влияние на релаксацию нагрузки и происходит значительное рассеивание длины пружины, то есть ее силовых параметров.

Известен способ, повышающий и долговечность и релаксационную стойкость пружин. Способ основан на горячей дробеметной обработке при температуре 150÷300^oС с использованием специальной дроби и специального оборудования (US 5225008, кл.С 21 D 9/02, 6.07.93).

Однако этот способ также имеет существенный недостаток, заключающийся в повышенной трудоемкости и энергоемкости.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления пружин клапана двигателя внутреннего сгорания, включающий навивку, термообработку, шлифовку торцев, термоосадку при температуре 400^oС, дробеметный наклеп и отпуск (В.Г. Белков. Холодная навивка пружин. - Иркутск: Издательство Иркутского университета, 1987, с.29-31).

Его преимущество - большая выносливость пружин, а недостаток состоит в низкой стабильности упругих свойств во времени при работе в условиях повышенных температур и в отсутствии высокой точности пружин по длине и по нагрузке.

По этому способу образующиеся после термоосадки в пружинных волокнах витков остаточные касательные напряжения, уравновешенные положительными напряжениями в центре сечения, исчезают после следующего за термоосадкой дробеметного наклепа и пружина резко изменяет свою длину с увеличением первоначального рассеивания этой длины. Впоследствии после трехкратной холодной осадки до соприкосновения витков и контроля нагрузки это рассеивание приводит к значительному браку по силовой характеристике пружин.

Кроме того, к недостаткам этого способа относятся высокая трудоемкость и большие затраты электроэнергии.

Таким образом, все вышеизложенные способы позволяют изготовить пружины или со стабильными упругими характеристиками, или особо выносливые пружины, но с низкими упругими характеристиками во времени. И все способы трудоемки, энергозатратны и склонны к рассеиванию геометрических параметров и силовой характеристики пружин.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании нетрудоемкого и энергосберегающего процесса, позволяющего изготавливать пружины повышенной динамической прочности, с точными и стабильными во времени упругими характеристиками.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления высоконагруженных пружин сжатия, включающем навивку пружины, термообработку, шлифовку торцев, термоосадку и дробеметный наклеп, согласно изобретению, термоосадку производят после дробеметного наклепа при температуре 200÷250^oС.

За счет того, что температуру термоосадки снижают от 400 до 200÷250^oС, двухсторонние напряжения сжатия, созданные ранее дробеметным наклепом на поверхности пружин и препятствующие раскрытию усталостных трещин, не успевают релаксировать за несколько минут прогрева. Деформационное перераспределение напряжений сжатия также не происходит, так как сдвиговые пластические деформации при термоосадке незначительны и составляют всего 0,2÷0,3%.

При данной последовательности технологических операций снижается расход электроэнергии на нагрев пружин перед термоосадкой, аннулируется операция отпуска в электропечах после дробеметного наклепа, повышается точность изготовления пружин по длине и нагрузке, снижается брак при сортировке пружин, уменьшается величина релаксации нагрузки при испытаниях на крип с 5÷8 до 1÷4%.

Способ осуществляют следующим образом.

На пружинонавивочный автомат подают упрочненную до навивки проволоку и навивают пружину с шагом, превышающим шаг готовой пружины. Затем в печи производят отпуск при температуре 410^oС. Далее у термообработанных пружин шлифуют торцы. После 100% люмконтроля и промывки осуществляют дробеметный наклеп на дробеметной установке камерного типа и последующую термоосадку до соприкосновения витков при температуре 240^oС в специальной печи. Затем после промывки и трехкратной осадки снимают фаски на двух торцах пружины согласно требованиям чертежа. Последние операции - фосфатирование, консервация и упаковка.

Результаты форсированных сравнительных испытаний на выносливость пружин клапана двигателя автомобиля ВАЗ 2112, изготовленных из проволоки Oteva 60 (70ХГФА) диаметром 3,6 мм показали, что выносливость пружин по новой предложенной технологии не хуже, чем по традиционной, раскрытой в прототипе. Обе партии пружин выдержали без поломок 21 млн. циклов, хотя по требованиям чертежа достаточно 6 млн. циклов. Результаты испытаний на крип тоже положительны. Релаксация нагрузки при заневоливании на 48 ч при температуре 130^oС составила: по традиционной технологии - 5÷8%, а по предложенной - 2÷4%.

Изобретение относится к области изготовления винтовых пружин сжатия из упрочненной до навивки проволоки. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании нетрудоемкого и энергосберегающего процесса, позволяющего изготавливать пружины повышенной динамической прочности, с точными и стабильными во времени упругими характеристиками. Технический результат достигается тем, что в способе изготовления высоконагруженных пружин сжатия, включающем навивку пружины, термообработку, шлифовку торцев, термоосадку и дробеметный наклеп, термоосадку производят после дробеметного наклепа при температуре 200 - 250^oС.

Способ изготовления высоконагруженных пружин сжатия, включающий навивку пружины, термообработку, шлифовку торцов, дробеметный наклеп, термоосадку и трехкратную холодную осадку, отличающийся тем, что термоосадку проводят при температуре 200-250^o.