СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МНОГОЖИЛЬНЫХ ПРУЖИН Российский патент 2009 года по МПК B21F35/00 

Изобретение относится к области изготовления многожильных винтовых пружин сжатия в машиностроении.

Известен способ изготовления многожильных пружин по пат. RU №2186652 С1, включающий в себя скручивание и растяжение проволоки, свивку троса и навивку его на оправку на одной операции с одновременным скручиванием и растяжением проволоки. Навитая пружина заданной длины отрезается и направляется для заварки жил, термообработки, заневоливания, замера геометрических и силовых параметров, нанесения защитного покрытия. Данный способ позволяет повысить производительность изготовления пружин относительно способа раздельного [6] изготовления каната и навивки каната на оправку.

Однако изготовленные таким образом пружины имеют недостаточную выносливость по числу циклов из-за преждевременной усталости металла (чрезмерной осадки или поломки), несмотря на применение патентированной проволоки, заневоливания сжатием пружин силой максимальной деформации F₃ на 6-48 ч, и поэтому имеют ограниченное применение (только в военной технике).

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

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, включающем в себя свивку троса и навивку его на оправку на одной операции, в том числе с одновременным скручиванием и растяжением проволоки на той же операции, отрезку пружины нужной длины, заварку жил, термообработку, нанесение защитного покрытия, замер геометрических и силовых параметров, согласно изобретению проволоку, в том числе и патентированную, перед свивкой троса подвергают высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО) и при свивке троса и одновременной навивке его на оправку нагревают до температуры, не превышающей температуру отпуска проволоки, а после термообработки производят операцию прессовки пружины осевой нагрузкой F₃…300F₃, 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.

Известно [7], что после ВТМО обеспечивается рост прочности, повышается усталостная прочность (в том числе и малоцикловая), а также сопротивление разрушению, пластичность и ударная вязкость, понижается температура хладоломкости, практически устраняется обратимая отпускная хрупкость и уменьшается водородное охрупчивание. Проведение ВТМО создает структуру отпущенного мартенсита с высокой дисперсностью и фрагментацией, однородную по сечению проволоки. Учитывая особый характер субструктуры, формирующийся в процессе ВТМО, следует считать, что в этом случае должно повыситься сопротивление малым пластическим деформациям в условиях кратковременного и длительного нагружения - важнейшие свойства пружинной стали. Последующая свивка в сочетании с навивкой (т.е. гибкой) нагретых проволочных жил аналогична проведению повторной операции ВТМО, что с последующим отпуском, особенно с изотермической выдержкой, способствует еще большему повышению усталостной прочности пружины и обеспечивает гарантированное увеличение долговечности и релаксационной стойкости пружины. Благодаря следующей 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 [2] обеспечивает точность изготовления пружин по высоте и нагрузке. Для более равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины ее прилагают вибрационно [3].

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

Для осуществления навивки пружины можно использовать «Устройство для изготовления многожильных витых пружин» по пат. RU №2210455 С1 [4]; для прессовки пружины можно использовать «Устройство для контактного заневоливания пружин» по пат. RU №2251036 C1 [5]. Описание их работы представлено в названных патентах.

Способ осуществляют следующим образом. Проволоку, в том числе патентированную, подвергают высокотемпературной термомеханической обработке. Затем в устройство для навивки пружины устанавливают заправленные проволокой катушки по числу жил пружины, закрепляют концы проволок (жил) к оправке устройства. Включают индуктор для нагрева проходящей через него к оправке проволоки и одновременно включают устройство, посредством которого происходит навивка пружины требуемой длины. Навитую пружину отрезают, производят заварку концов проволочных жил и термообработку. Выполняют операцию прессовки пружины осевой нагрузкой F₃…300F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации, и повторно прессовку нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. Замеряют геометрические и силовые параметры пружины, наносят защитное покрытие, производят консервацию и упаковку.

При осуществлении предложенного способа изготовления многожильных пружин повышается их циклическая и динамическая стойкость.

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

Ссылочные материалы

1. Патент RU №2186652 С1, М.кл. B21F 35/00, 7/00, 01.08.2001.

2. А.с. СССР 554915, М.кл. B21F 35/00, 10.07.1975.

3. А.с. СССР 580474, М.кл. G01M 13/00, B21F 35/00, 19.07.1976.

4. Патент RU №2210455 С1, М.кл. B21F 35/00, 29.07.2002.

5. Патент RU №2251036 С1, М.кл. F16F 1/04, B21F 35/00/ 14.10.2003.

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 машиностроению и может быть использовано при изготовлении высокопрочных многожильных пружин. Способ включает свивку из проволоки троса и навивку его на оправку, которые осуществляют на одной операции с одновременным скручиванием и растяжением проволоки, отрезку навитой пружины заданной длины, заварку концов проволоки, термообработку пружины, заневоливание, замер ее геометрических и силовых параметров и нанесение защитного покрытия. Перед свивкой троса производят высокотемпературную термомеханическую обработку проволоки, а при свивке из проволоки троса и навивке его на оправку производят нагрев проволоки до температуры, не превышающей температуру ее отпуска. Повышается циклическая и динамическая прочность пружин. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления многожильных пружин, включающий свивку из проволоки троса и навивку его на оправку, которые осуществляют на одной операции с одновременным скручиванием и растяжением проволоки, отрезку навитой пружины заданной длины, заварку концов проволоки, термообработку пружины, заневоливание, замер ее геометрических и силовых параметров и нанесение защитного покрытия, отличающийся тем, что перед свивкой троса производят высокотемпературную термомеханическую обработку проволоки, а при свивке из проволоки троса и навивке его на оправку производят нагрев проволоки до температуры, не превышающей температуру ее отпуска.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после термообработки пружины производят ее прессовку осевой нагрузкой величиной (F₃-300 F₃), где F₃ - сила пружины при ее максимальной деформации.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что производят повторную прессовку пружины нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки пружины к осадке от приложения первоначальной осевой нагрузки.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что нагрузку прикладывают посредством вибрации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для изготовления пружин используют патентированную проволоку.