СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРУЖИН Российский патент 2012 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 из холоднодеформированной предварительно термически обработанной, обычно патентированной или подвергнутой высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО) проволоки, и может быть применено на предприятиях по ремонту сельхозмашин, транспорта, вооружения, грузоподъемной или иной техники при восстановлении высоконагруженных пружин типа клапанных.

Уровень техники

Практика изготовления высоконагруженных пружин клапана автомобилей показала, что возможно увеличить ресурс клапанных пружин, если после дробеметной обработки выполнить при температуре 230…250°C отпуск или термоосадку с последующей трехкратной холодной осадкой до соприкосновения витков [3, 4]. Это позволяет изготавливать пружины повышенной динамической прочности с точными и стабильными во времени упругими характеристиками.

Известен способ восстановления пружин, заключающийся в растяжении, нагреве и охлаждении пружины, отличающийся тем, что перед растяжением пружину нагревают и отпускают, затем растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины, производят термообработку и дробеметный наклеп, выполняют операцию прессовки пружины осевой нагрузкой, составляющей (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации [1]. При осуществлении названного способа расширяются технологические возможности процесса и повышается качество и ресурс пружин в 1,4 раза [2].

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в разработке технологического процесса восстановления клапанных пружин, позволяющего расширить технологические возможности способа и повысить ресурс пружин из холоднодеформированной предварительно термически обработанной, обычно патентированной или подвергнутой ВТМО проволоки.

Технический результат достигается за счет наличия новых операций технологического процесса и новой их последовательности, а именно: сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления пружин, включающий в себя растяжение, нагрев и охлаждение, отличается тем, что пружину растягивают на оправке с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, нагревают до температуры 400-420°C и производят отпуск растянутой на оправке пружины с временем выдержки 40 мин, дробеметную обработку, повторный отпуск при температуре 230-250°C с выдержкой 30 мин, после чего производят прессовку 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 достижении заданной высоты пружины повторная прессовка не обязательна. Возможно после дробеметного наклепа прессовать нагретую до температуры 230-250°C пружину, исключив повторный отпуск. Для более равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины нагрузку прилагают вибрационно [8].

Нагрев и отпуск в напряженном состоянии растянутой пружины относятся к методам ВТМО, приводящим к образованию особой структуры и субструктуры мартенсита и бейнита, в результате чего сталь приобретает высокие механические свойства [5]. За счет того, что температура нагрева пружины при повторном отпуске или прессовке равна 230-250°C, двухсторонние напряжения сжатия, созданные ранее дробеметным наклепом на поверхности пружин и препятствующие раскрытию усталостных трещин, не успевают релаксировать за несколько минут прогрева. Благодаря операции прессовки происходит пластическое упрочнение пружины; создается благоприятное напряженное состояние на поверхности и внутри витков, противодействующее возникновению осадки при работе пружины. При пластическом упрочнении у пружин происходит изменение механических свойств материала и повышаются показатели прочностных свойств. Процесс упрочнения сопровождается структурными изменениями в деформированном слое с соответствующим повышением его твердости и прочности, образованием благоприятных остаточных напряжений сжатия и формированием качественно новой макро- и микрогеометрии поверхности и материала пружин [5]. В результате исследования технологий малодерформационной ВТМО, одним из вариантов реализации которой является производство сверхвысокопрочных пружин, обнаружено, что в материале можно получить весь диапазон размерности структуры - меньше 100 нм и больше 100 нм. При этом, если размеры структуры 100 нм и менее, изделие, в данном случае - пружина, приобретает высочайшие прочностные характеристики. Отсюда и термин "сверхвысокопрочные". При размере субструктуры больше 100 нм прочность несколько ниже, но все равно значительно превышает прочность пружин, полученных по обычной технологии [6]. Использование пропорционального метода приложения нагрузки [7] обеспечивает точность изготовления пружин по высоте и нагрузке. Время приложения нагрузки - секунды. Для более равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины ее прилагают вибрационно [8]. При данной последовательности технологических операций применением повторного отпуска при температуре 230-250C° с последующей прессовкой гарантируется увеличение релаксационной стойкости восстановленных пружин [3, 4]; снижается время изготовления пружины за счет замены трехкратного обжатия прессовкой; при увеличенных нагрузках полнее выявляются скрытые дефекты металла пружин и возможные случаи отклонения от технологии - отсеиваются склонные к поломке и осадке пружины.

Способ осуществляют следующим образом. Прошедшую промывку, контроль H₂ и F₂ восстанавливаемую пружину растягивают на оправке, нагревают до температуры 400-420°C и производят отпуск растянутой на оправке пружины с временем выдержки t=40 мин, дробеметную обработку, повторный отпуск при температуре 230-250°C с временем выдержки t=30 мин, после чего производят прессовку пружины осевой нагрузкой (10÷300)F₃, контроль H₂ и F₂, испытание на выносливость циклическими нагрузками, контроль H₂ и F₂, консервацию, упаковку.

Изготовленная на предприятии ОАО « БелЗАН» опытная партия пружин в кол. 12 шт. выдержала без поломок и осадок испытания на выносливость циклическим нагрузкам в количестве 10,5×10⁶ циклов.

Источники информации

1. Патент RU №2410445 C1, C21D 9/02.

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

3. Фадеев В.В. Совершенствование технологии изготовления клапанных пружин для обеспечения энергосбережения и повышения качества: Дисс. … канд. техн. наук: 05.03.: г.Белебей, 2003, 185 с. РГБ, 61:04-5/1365.

4. Лавриненко Ю.А. Упрочнение пружин / Ю.А.Лавриненко, Е.Г.Белков, В.В.Фадеев // - Уфа: Изд. Дом «Бизнес-Партнер», 2002, - 124 с.

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

6. Информационно-образовательный портал ИжГТУ. Наше НАНО одобрено в РОСНАНО / Елена Шевякова. - Подготовил пресс-центр ИжГТУ. Дата создания материала: 14.12.2009.

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

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

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для восстановления пружин на предприятиях по ремонту транспорта, сельхозмашин или другой техники. Способ включает растяжение, нагрев и выдержку пружины в растянутом состоянии до остывания. Пружину растягивают на оправке с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, нагревают до температуры отпуска 400…420°С и производят отпуск на оправке в растянутом состоянии. Затем производят дробеметный наклеп, повторный отпуск при температуре 230-250°С и прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. Повышается ресурс пружин, расширяются технологические возможности. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ восстановления пружин сжатия, включающий растяжение, нагрев и выдержку пружины в растянутом состоянии до остывания, отличающийся тем, что пружину растягивают на оправке с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, нагревают до температуры отпуска 400…420°С и производят отпуск на оправке в растянутом состоянии, затем производят дробеметный наклеп, повторный отпуск при температуре 230-250°С и прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после дробеметного наклепа производят прессовку нагретой до температуры 230-250°С пружины.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что производят повторную прессовку нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от первоначальной прессовки.