СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРУЖИН Российский патент 2010 года по МПК B21F35/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам восстановления упругих свойств пружин, и может быть применено на предприятиях по ремонту сельхозмашин, транспорта, вооружения, грузоподъемной или иной техники.

Уровень техники

Известен способ восстановления пружин, заключающийся в растяжении пружины, нагреве и охлаждении, отличающийся тем, что растяжение осуществляют последовательно по ее виткам, при этом одновременно с растяжением каждый виток нагревают и обжимают [1].

Недостатком этого способа является длительность технологического процесса, зависящая от необходимости последовательной обработки каждого витка; невозможно исправить неперпендикулярность торцов. Недостатком является и то, что в указанном способе не учтены следующие обстоятельства. Легированные пружинные стали обладают низкой теплопроводностью [2]. В связи с этим местный неравномерный нагрев пружины при закаливании может привести к образованию внутренних напряжений и закалочных трещин. В данном случае следует провести предварительный нагрев пружины до температуры 400…500°С, что не выполнено. А для равномерного закаливания пружин рекомендуется [3] использовать установки для электроконтактного нагрева или установки индукционного нагрева токами высокой частоты с ламповым или с машинным (1500…15000 пер/сек) генератором, применяемым для получения закаленного слоя глубиной более 2 мм, что не выполнено. Не решен вопрос необходимой защиты поверхности пружины от обезуглероживания при закалке, отсутствуют обязательные для обеспечения долговечности пружины операции отпуска пружины после закалки и дробеструйной обработки для ликвидации возникающих после закалки концентраторов напряжений. Отсутствует обязательное для пружин заневоливание, что также является недостатком.

Известен также электроконтактный способ восстановления пружин [4], принятый за прототип: «Очень эффективным способом восстановления пружин является электроконтактный способ, основанный на сочетании пластической деформации и нагрева детали пружин электрической энергией, в структурном отношении находящейся в аустенитном состоянии с последующей ее закалкой. Технология восстановления пружин основана на низкотермомеханической обработке, где пружину деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости 400…600 градусов. Температура деформации выше температуры начала мартенситного образования, но ниже температуры рекристаллизации. Степень деформации составляет 70-90 процентов. Закалку осуществляют сразу после деформации. Формирование структуры закаленной стали при обработке происходит в условиях повышенной плотности дислокации, обусловленных наклепом.

Такая комплексная обработка позволяет получить высокую прочность. Высокие механические свойства после термической обработки объясняются большой плотностью дислокации в мартенсите, дроблением его кристаллов на отдельные фрагменты величиной доли микрона. После деформации аустенита закалка приводит к образованию плотных дислокации, сочетающих фрагменты мартенсита.

Восстанавливаемая пружина закрепляется в приспособлении и растягивается до первоначальной длины в соответствии с техническими условиями. Витки пружины смачиваются отработанным моторным маслом и через пружину пропускают электрический ток напряжением 18-36 вольт, сила тока 180-200 ампер (от сварочного трансформатора ВДУ-500). В результате пружина нагревается до обгорания масла, что соответствует температуре 350-400 градусов, после чего электрический ток отключается, и пружина остывает в растянутом состоянии. Упругость пружины проверяют на приборе «МИП-100-2».

Недостатками являются: отсутствует необходимая защита поверхности пружины от обезуглероживания при нагреве и закалке; отсутствуют обязательные для обеспечения долговечности пружины операции отпуска пружины после закалки и дробеструйной обработки для ликвидации возникающих после закалки концентраторов напряжений. Отсутствует обязательное для пружин заневоливание, что является недостатком. Способ касается только пружин из закаливаемой проволоки и не предусматривает восстановление пружин из патентированной проволоки, что также является недостатком.

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в разработке технологического процесса, позволяющего расширить технологические возможности способа и повысить качество пружин.

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 растяжение, электроконтаткный нагрев в приспособлении до температуры 400…600 С° и охлаждение в растянутом состоянии, закалку, отличающийся тем, что пружину растягивают с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, нагревают в растянутом состоянии до температуры 400…600 C°, дают возможность пружине остыть в растянутом состоянии, производят закалку, отпуск и дробеметный наклеп. Затем производят прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей 10…300F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации, в том числе с предварительным заневоливанием, 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 перед термообработкой производят правку пружины.

При электроконтактном нагреве в сочетании с пластической деформацией пружина, в структурном отношении находящаяся в аустенитном состоянии, деформируется в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости в интервале температур 400…600 C°. При этом температура деформации выше температуры начала мартенситного образования, но ниже температуры рекристаллизации. Такая комплексная обработка позволяет получить высокую прочность. Высокие механические свойства после термической обработки объясняются большой плотностью дислокации в мартенсите, дроблением его кристаллов на отдельные фрагменты величиной доли микрона. После деформации аустенита закалка приводит к образованию плотных дислокации, сочетающих фрагменты мартенсита.

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 [5] обеспечивает точность изготовления пружин по высоте и нагрузке. Время приложения нагрузки - секунды. Для более равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины ее прилагают вибрационно [6].

Определение припуска на осадку пружины и нагрузки известны и освещены в литературе - ориентировочно 1,5…2 припуска под обычное заневоливание, и уточнятся испытаниями пружин [7, 8].

Предполагается увеличение ресурса восстановленных таким образом пружин в 1,4…2 раза относительно ресурса пружин, восстановленных известными способами, что согласуется с показанным в работах [7, 8] увеличением ресурса пружин при использовании контактного заневоливания, в том числе с предварительным обычным заневоливанием.

Способ осуществляют следующим образом. Восстанавливаемую пружину закрепляют в приспособлении и растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины. Нагревают растянутую пружину до температуры 400…600 C° посредством электроконтактной установки в среде защитного газа. Затем дают пружине остыть в растянутом состоянии. Производят закалку пружины, отпуск и дробеметный наклеп. Затем выполняют прессовку пружины осевой нагрузкой в пределах 10÷300 F₃, в том числе с предварительным заневоливанием, и повторно нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. Далее производят нанесение защитного покрытия и замеры параметров пружины, консервацию и упаковку или установку в изделие. При восстановлении особенно точных по силовым параметрам пружин после растяжения их правят.

Примечания.

Способ восстановления пружин основан на низкотемпературной термомеханической обработке [9].

Нагрев и термообработку пружины следует производить посредством электроконтактных или т.в.ч. установок в среде защитного газа.

Пружины из закаливаемых марок сталей подлежат закалке с последующим отпуском; пружины из патентированной проволоки подлежат только отпуску в соответствии с режимами, принятыми для определенной марки пружинных сталей [9, 10].

В случае восстановления пружины из патентированной проволоки нагрев растянутой пружины рекомендуется производить при температуре отпуска, преимущественно в диапазоне 200…260 C° с допуском ±10 C°.

Источники информации

1. А.с. SU №1055574 A, B21F 35/00. Бюл. 43, 1983.

2. Лузгин, Н.П. Изготовление пружин. - М.; Высш. школа, 1980, - 144 с.

3. Остроумов, В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин. - М.; «Машиностроение», 1970 - 136 с.

4. Информация приведена на сайте «Промышленная Сибирь» под названием: «Электроконтактный способ восстановления пружин», код ГРНТИ 688583 от 27.11.2003, с адресом поставщика информации: Россия, г.Омск, 644046, ул. Учебная, 199-Б, к. 410; тел. (3812) 31-17-14, контактное лицо Иванова Анастасия; E-mail: adm@sibindustry.ru

5. А.с. СССР 554915, М.кл. B21F 35/00, 10.07.75.

6. А.с. СССР 580474, М.кл. G01M 13/00, B21F 35/00, 1976.

7. Тебенко Ю.М. Проблемы производства высокоскоростных пружин и пути их решения. Монография. - Ставрополь: ООО «Мир данных», 2007, - 152 с.

8. Землянушнова, Н.Ю. Расчет винтовых цилиндрических пружин сжатия при контактном заневоливании. Монография. - Ставрополь: АГРУС, 2008, -136 с.

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

10. Журавлева В.М., Николаева О.И. Машиностроительные стали. Справочник. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Машиностроение, 1981. - 391 с., ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при восстановлении упругих свойств пружин на различных предприятиях. Способ включает растяжение, электроконтактный нагрев до температуры (400…600)С°, выдержку пружины в растянутом состоянии до остывания и закалку, отличающийся тем, что пружину растягивают с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, и производят после закалки отпуск, дробеметный наклеп и прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей (10÷300) F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. Расширяются технологические возможности процесса, и повышается качество пружин. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ восстановления пружин сжатия, включающий растяжение, электроконтактный нагрев до температуры (400…600)°С, выдержку пружины в растянутом состоянии до остывания и закалку, отличающийся тем, что пружину растягивают с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, и производят после закалки отпуск, дробеметный наклеп и прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей (10÷300) F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед прессовкой производят заневоливание пружины.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что к пружине прилагают повторную нагрузку, увеличенную пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначальной нагрузки.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрузку прилагают вибрационно.