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

Изобретение относится к способам изготовления винтовых пружин сжатия, работающих с соударениями витков, из обычной, упрочненной или шлифованной до навивки проволоки. Может быть использовано при изготовлении пружин, работающих как при обычных, так и при высоких температурах.

Известен способ изготовления пружин подвески автомобиля с благоприятным распределением остаточных напряжений по сечению витка, полученным в результате пластической осадки заневоливанием, которое производится сжатием пружины усилием 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. К тому же этот способ не пригоден для изготовления пружин, работающих с соударениями витков: при эксплуатации автомобиля происходят соударения витков и из-за возникающих контактных реакций пружина теряет высоту и силовые параметры.

По той же причине непригоден и способ изготовления [2] пружин подвесок автомобилей ВАЗ: навивка, термообработка, дробеструйная обработка, холодная осадка трехкратным обжатием, нанесение защитного покрытия. Используемая при этом холодная осадка кратковременным трехкратным сжатием пружины усилием максимальной деформации F₃ обычно применяется для устранения неравномерности шага витков пружины и некоторой их стабилизации, в том числе для проверки наличия трещин и качества выполнения предшествующих операций. По величине произошедшем при этом изменении высоты пружин предполагается судить о качестве исполнения технологического процесса. Но из-за недостаточности времени для стабилизации осадки - рекомендуется 6÷48 часов - такой метод как не гарантирует стойкость пружин подвесок, так и не дает полного представления о качестве пружин.

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 из-за недостаточности времени для стабилизации осадки не гарантирует качество пружины. Поэтому этот способ, как и указанные выше, не приемлем для пружин, работающих с соударениями витков. Однако наличие в нем некоторых операций и порядок их выполнения позволяет принять его за прототип.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в разработке технологического процесса, позволяющего повысить качество изготовления пружин с точными и стабильными во времени упругими характеристиками при работе пружин с соударениями витков.

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 пружин сжатия, включающем навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, дробеметный наклеп, отличающийся тем, что после дробеметного наклепа выполняют операцию прессовки пружины осевой нагрузкой 10÷300 F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации, и повторно прессовку нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. При этом нагрузки могут быть вибрационными. При достижении заданной высоты пружины повторная прессовка не обязательна. При повышенных требованиях к силовым параметрам пружины после навивки производят ее правку и шлифовку торцов со снятием на них фасок.

Благодаря операции прессовки происходит пластическое упрочнение пружины: создается благоприятное напряженное состояние на поверхности и внутри витков пружины, противодействующее возникновению осадки при работе пружины, а использование метода пропорционального приложения нагрузки [4] обеспечивает точность изготовления пружин по высоте и нагрузке. Время приложения нагрузки - секунды или доли секунды. Для более равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины ее прилагают вибрационно [5].

Определение припуска на осадку пружины и нагрузки известны и освещены в литературе: припуск должен быть больше суммы припуска под осадку в указанных выше технологиях и осадки при работе пружины в изделии - ориентировочно 1,5 припуска под обычное заневоливание, и уточняться испытаниями пружин [6].

При осуществлении предлагаемого способа стойкость пружин увеличивается в 1,5÷2 раза относительно пружин, изготовленных с использованием приведенных выше способов.

Способ осуществляют следующим образом. На пружинонавивочный автомат подают обычную, упрочненную или шлифованную до навивки проволоку и навивают пружину с шагом, превышающим шаг готовой пружины. Производят термообработку пружин - закалку и отпуск, и осуществляют дробеметный наклеп. После дробеметного наклепа выполняют операцию прессовки пружины осевой нагрузкой в пределах 10÷300 F₃ и повторно нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. Затем - нанесение защитного покрытия и замеры параметров пружины, консервация и упаковка. При изготовлении особенно точных по силовым параметрам пружин после навивки их правят и шлифуют торцы со снятием на них фасок.

Примечание: под термообработкой пружины подразумевается ее закалка с последующим отпуском в соответствии с режимами, принятыми для определенной марки пружинных сталей [7].

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 C2, C 21 D 9/02, 08.02.2001.

4. А.с. СССР 554915, М.кл. В 21 F 35/00, 10.07.75.

5. А.с. СССР 580474, М.кл. G 01 М 13/00, В 21 F 35/00, 1976.

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

7. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1982, 400 с.

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. Затем осуществляют прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей 10-300 F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. Может быть проведена повторная прессовка пружины нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. Нагрузки могут быть вибрационными. При повышенных требованиях к силовым параметрам пружины после навивки производят ее правку и шлифовку торцов со снятием на них фасок. В результате обеспечивается получение пружин с точными и стабильными во времени упругими характеристиками. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления пружин сжатия, включающий навивку пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, дробеметный наклеп, отличающийся тем, что для достижения стойкости пружины и уменьшения отклонений по высоте после дробеметного наклепа выполняют операцию прессовки пружины осевой нагрузкой в пределах 10-300 F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к пружине прилагают повторную нагрузку, увеличенную пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначальной нагрузки.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрузку прилагают 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.