СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ПРУЖИН СЖАТИЯ Российский патент 2006 года по МПК B21F35/00 C21D9/02 

Изобретение относится к технологиям изготовления винтовых пружин сжатия, в том числе из упрочненной или шлифованной до навивки проволоки, работающих с соударениями витков в условиях повышенных температур.

Известен способ изготовления пружин подвески автомобиля с благоприятным распределением остаточных напряжений по сечению витка, полученным в результате пластической осадки заневоливанием - сжатием силой максимальной деформации F₃ на 6÷48 часов, и дробеметного наклепа [1]. 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. Поэтому этот способ не пригоден для изготовления пружин, работающих с соударениями витков в условиях повышенных температур.

Не пригоден и способ изготовления [2] пружин подвесок автомобилей ВАЗ - навивка, термообработка, дробеструйная обработка, холодная осадка трехкратным кратковременным обжатием, нанесение защитного покрытия - при эксплуатации автомобиля происходит соударения витков и из-за возникающих контактных реакций пружина теряет высоту и силовые параметры.

Известен 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°С [3]. 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°С. Далее у термообработанных пружин шлифуют торцы. После 100% люмконтроля и промывки осуществляют дробеметный наклеп на дробеметной установке камерного типа и последующую термоосадку силой максимальной деформации F₃ при температуре 240°С в специальной печи. Затем после промывки и трехкратной осадки снимают фаски на двух торцах пружины согласно требованиям чертежа. Последние операции - фосфатирование, консервация и упаковка. При данной последовательности технологических операций величина релаксации нагрузки при заневоливании на 48 ч при температуре 130°С составляет 2÷4%.

Однако этот способ имеет недостатки. Он не пригоден для пружин, работающих в динамическом режиме с соударениями витков из-за возникновения контактных реакций в витках, приводящих к преждевременной осадке пружин и потере геометрических и силовых параметров. К тому же шлифовка витков и снятие фасок на торцах пружин после термообработки нарушает созданную термообработкой структуру материала пружин, что снижает их качество - эти операции следует производить до термообработки. А так называемая трехкратная осадка пружин - кратковременное сжатие силой максимальной деформации F₃ [4] - обычно применяется для проверки наличия трещин и качества выполнения предшествующих операций: по величине произошедшей при этом изменении высоты пружины предполагается судить о качестве исполнения технологического процесса. Но из-за недостаточности времени для стабилизации осадки такой метод не дает полного представления о качестве пружины.

Поэтому этот способ не гарантирует приемлемое качество пружин, работающих с соударениями витков в условиях повышенных температур.

Однако наличие в нем некоторых операций и порядок их выполнения позволяет принять его за прототип.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании способа, позволяющего изготавливать пружины повышенной динамической прочности, с точными и стабильными во времени упругими характеристиками при их работе с соударениями витков в условиях повышенных температур.

Технический результат достигается за счет наличия новых операций технологического процесса и новой их последовательности, а именно сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления высоконагруженных пружин сжатия, включающем навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку и дробеметный наклеп, отличающийся тем, что осуществляют термоосадку или заневоливание пружин, после чего или одновременно с термоосадкой производят пластическое упрочнение ее витков путем сжатия пружины нагрузкой, составляющей 10÷300 F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. Пластическое упрочнение витков пружины осуществляют путем приложения к ней первоначальной нагрузки, обеспечивающей минимально допустимую осадку, и последующего приложения повторной нагрузки, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначальной нагрузки. При этом нагрузку для сжатия пружины при ее пластическом упрочнении можно прикладывать вибрационно. При повышенных требованиях к силовым параметрам пружины после навивки производят ее правку и шлифовку торцов со снятием на них фасок.

Определение как первоначальной нагрузки при пластическом упрочнении витков пружины, так и величины шага при навивке под упрочнение известны и достаточно освещены [5] в литературе, и не вызывают затруднений.

При данной последовательности технологических операций производят технологическую осадку пружины, по величине превосходящей осадку пружины в изделии, от чего образуются благоприятные напряженные состояния на поверхности и внутри витков пружины, противодействующие возникновению осадки при работе пружины. Используют метод двукратного приложения нагрузки [6], что уменьшает разброс силовых параметров пружин относительно заданных стандартами на 1/3. Прилагают нагрузку вибрационно, что обеспечивает ее равномерное распределения по сечению витков пружины [7]. Этим обеспечивается повышение стойкости пружин при работе в изделии и точность ее изготовления по длине и нагрузке, снижается брак при сортировке пружин, уменьшается величина релаксации нагрузки при испытаниях заневоливанием на 48 ч при температуре 130°С до 2,5%. Поскольку пластическое упрочнение витков нагрузкой 10÷300 F₃ происходит за доли секунды [5], то длительность операции пластического упрочнения составляет ˜1÷5 с, что уменьшает производственный цикл изготовления пружин.

Способ осуществляют следующим образом. На пружинонавивочный автомат подают упрочненную или шлифованную до навивки проволоку и навивают пружину с шагом, превышающим шаг готовой пружины. Производят термообработку пружин. После 100% люмконтроля и промывки осуществляют дробеметный наклеп. После термоосадки или заневоливания производят пластическое упрочнение витков до достижения требуемой высоты пружины ее сжатием нагрузкой 10÷300 F₃, причем термоосадку и пластическое упрочнение витков можно проводить одновременно. Затем производят замеры параметров пружины. Последние операции - нанесение защитного покрытия, консервация и упаковка. При изготовлении точных по силовым параметрам пружин после навивки их правят и шлифуют торцы со снятием на них фасок.

Источники информации

1. Патент ЕР 0645462 А1, кл. С 21 D 9/02, 29.03.95.

2. Семаков В.О многообразии моделей пружин подвесок автомобилей ВАЗ, их производстве, эксплуатации и взаимозаменяемости // За рулем, 1998, №5, с.244-245.

3. Патент RU 2208056 С 21 D 9/02, 08.02.2001.

4. ГОСТ 13765-86. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. М.: Госстандарт, 1986.

5. Землянушнова Н.Ю., Тебенко Ю.М. Повышение качества пружин. Ставрополь: СевКавГТУ, 2001, 93 с.

6. Авторское свидетельство СССР 554915, М. кл. В 21 f 35/00, 1975.

7. Авторское свидетельство СССР 580474, М. кл. G 01 М 13/00, В 21 f 35/00, 1976.

Изобретение относится к изготовлению винтовых пружин сжатия, работающих с соударением витков в условиях повышенных температур. После навивки пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, производят термообработку и дробеметный наклеп. После термоосадки или заневоливания пружины или одновременно производят пластическое упрочнение ее витков. Для этого пружину сжимают нагрузкой, составляющей 10-300 F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. В результате обеспечивается получение пружин с повышенной динамической прочностью и точными и стабильными во времени упругими характеристиками. 3 з.п. ф-лы

1. Способ изготовления высоконагруженных пружин сжатия, включающий навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку пружины и дробеметный наклеп, отличающийся тем, что осуществляют термоосадку или заневоливание пружины, после чего или одновременно производят пластическое упрочнение ее витков путем сжатия пружины нагрузкой, составляющей 10-300 F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластическое упрочнение витков пружины осуществляют путем приложения к ней первоначальной нагрузки, обеспечивающей минимально допустимую осадку, и последующего приложения повторной нагрузки, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначальной нагрузки.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрузку для сжатия пружины при ее пластическом упрочнении прикладывают вибрационно.4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после навивки производят правку пружины и шлифовку ее торцов со снятием на них фасок.