СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРУЖИН Российский патент 2011 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 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 восстановления 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. Изготовление специального сложного приспособления для каждого вида пружин не под силу большинству ремонтных предприятий, что также является недостатком.

В представленных способах 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, что является недостатком.

Более того, имеется множество пружин, подвергаемых при изготовлении закаливанию, растянуть которые не представляется возможным из-за большого диаметра витка и связанного с этим обстоятельством большого сопротивления растяжению. Возникшие после растяжения моменты сопротивления растяжению уменьшают силы (F1, F2) восстановленной таким образом пружины, что не позволяет считать восстановленную пружину равноценной первоначально изготовленной.

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 нормализуют или отжигают, 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 превосходящую 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 [4], что уменьшает разброс силовых параметров пружин относительно заданных стандартов. Прилагают нагрузку вибрационно, что обеспечивает ее равномерное распределение по сечению витков пружины [5]. 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, 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 [6, 7].

Предполагается увеличение ресурса восстановленных таким образом пружин в 1,5…2 раза относительно ресурса пружин, восстановленных известными способами, что согласуется с показанным в работе [6] увеличением ресурса пружин при использовании контактного заневоливания после обычного.

Способ осуществляют следующим образом. Производят нагрев и нормализацию или отжиг 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 [8]. Термообработку производят в защитной среде. Для пластического упрочнения применимо простое в изготовлении устройство [6, с.29].

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 А, B21F 35/00. Бюл. 43, 1983.

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

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

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

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

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

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при восстановлении упругих свойств пружин на различных предприятиях. Способ включает растяжение, нагрев и охлаждение пружины. 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. Расширяются технологические возможности процесса и повышается качество пружин. 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.п.1 или 2, отличающийся тем, что после растяжения производят правку пружины.