СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРУЖИН Российский патент 2011 года по МПК C21D9/32 C21D1/78 B23P6/00 

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 упругости пружин, заключающийся в принудительном растяжении и нагреве пружин до необходимой температуры. В ремонтной практике этот способ широкого распространения не получил из-за невысокой производительности и несоответствия требований технологического процесса условиям ремонтных предприятий [1].

Известен способ восстановления пружин, заключающийся в растяжении пружины, нагреве и охлаждении с помощью специального устройства [2]. Однако он не обеспечивает восстановление упругости всех пружин, попадающих на ремонтное предприятие. Например, невозможно восстановить пружины, потерявшие упругость в результате неперпендикулярности торцов или различного изменения шага между витками. Так как здесь растяжение пружины осуществляется за крайние витки, то и после восстановления пружины имеют неперпендикулярность торцов или разный шаг между витками. Во время эксплуатации это приводит к неравномерному распределению нагрузки между витками и вызывает в наиболее нагруженных витках напряжения и деформации, превышающие допустимые.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является 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 [3].

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 [4]. 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°C, что не исполнено. А для равномерного закаливания пружин рекомендуется [5] использовать установки для электроконтактного последовательного нагрева с машинным генератором (1500…15000 пер/с), применяемые для получения закаленного слоя глубиной более 2 мм, что не выполнено. Отсутствуют необходимые для обеспечения долговечности пружин отпуск после закалки и дробеструйная обработка для ликвидации возникающих после закалки концентраторов напряжений, не предусмотрена защита поверхности пружин от обезуглероживания при закалке.

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, нагрев и охлаждение пружины, отличающемся тем, что перед растяжением пружину нагревают и отпускают, затем растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины, производят термообработку и дробеметный наклеп, производят термоосадку или заневоливание пружин, после чего или одновременно с термоосадкой производят пластическое упрочнение ее витков путем сжатия пружины осевой 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 первой нагрузки. При этом нагрузки могут быть вибрационными. При достижении заданной высоты пружины повторная прессовка не обязательна. При повышенных требованиях к силовым параметрам производят правку пружины.

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. Прилагают нагрузку вибрационно, что обеспечивает ее равномерное распределение 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°C до 2,5%. Поскольку пластическое упрочнение витков нагрузкой (10÷300) F3 происходит за доли секунды, то длительность операции пластического упрочнения составляет 1÷5 с.

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…2 припуска под обычное заневоливание, и уточняться испытаниями пружин [8].

При осуществлении предлагаемого способа стойкость пружин увеличивается в 1,5…2 раза [8] относительно пружин, изготовленных с использованием существующих способов изготовления пружин, тем более восстановленных.

Способ осуществляют следующим образом. Производят нагрев и отпуск пружины, затем ее растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины. Производят термообработку пружин. После 100% люмконтоля 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 или установка в изделие. При изготовлении точных по силовым параметрам пружин после растяжения их правят.

Примечание. Под термообработкой пружины подразумевается ее закалка с последующим отпуском в соответствии с режимами, принятыми для определенной марки пружинных сталей [10]. Пружины из патентированной проволоки подлежат только отпуску. Термообработку производят в защитной среде.

Источники информации

1. Стенд для восстановления пружин электроконтактным способом. Информационный листок, №47-75, 1975.

2. А.с. СССР №740842, Кл. C21D 9/02, 1977.

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

4. Лузгин, Н.П. Изготовление пружин. - М.: Высш. школа, 1980. - 144 с.

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

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

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

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

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

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

Изобретение относится к области термомеханической обработки. Для повышения качества пружины и восстановления ее упругих свойств пружину нагревают и отпускают, растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины, производят термообработку и дробеметный наклеп, осуществляют заневоливание или термоосадку, после чего или одновременно производят пластическое упрочнение ее витков путем сжатия пружины осевой нагрузкой, составляющей (10÷300)F3, где F3 - сила пружины при максимальной деформации, и последующего приложения повторной нагрузки, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначальной нагрузки. При этом нагрузки могут быть вибрационными. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ восстановления пружин сжатия, включающий растяжение, нагрев и охлаждение пружины, отличающийся тем, что перед растяжением пружину нагревают и отпускают, затем растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины, производят термообработку и дробеметный наклеп, осуществляют заневоливание или термоосадку, после чего или одновременно производят пластическое упрочнение ее витков путем сжатия пружины осевой 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 растяжения производят правку пружины.