Способ изготовления пружин Советский патент 1992 года по МПК C21D9/02 

Изобретение относится к производству пружин горячей навивкой и может быть использовано в машиностроении для изготовлении и термического упрочнения большой номенклатуры пружин и пружинных элементов различной конструкции и назначения.

Известен способ изготовления витых, пружин, включающий непрерывно-последовательный нагрев заготовки до температуры аустенизации, навивку, совмещенную с закалкой, отпуск и осевую деформацию торцовым обжатием пружин.

Известный способ характеризуется длительностью отпуска пружин с нагревом в печи и высокой энергоемкостью, связанной преимущественно с наличием различных источников нагрева под закалку и отпуск пружин. Кроме этого, способ не обеспечивает полноты реализации получения более высоких механических свойств пружинных сталей при скоростных нагревах при закалке и отпуске.

Цель изобретения - повышение производительности, качества пружин за счет повышения механических свойств пружинных сталей и размерной точности пружин и снижение энергоемкости способа путем унификации источника нагрева для закалки и отпуска пружин.

Способ осуществляют следующим образом.

Полуфабрикат в виде прутка или плиты подают в зону нагрева непрерывно-последовательным способом и нагревают в индукционном нагревателе до температуры аустенизации. Одновременно с нагревом до температуры аустенизации осуществляют непрерывно-последовательную навивку полуфабриката на оправку с жестко регламентированным шагом винтовой навивки. Скорость осевого перемещения полуфабриката 5 м/мин, осевое натяжение навивки регламентирует степень деформации полуфабриката в интервале 2-5%. Навитые на

VI

ю о ел со VI

оправку витки пружины, начиная с первого, подвергают закалочному охлаждению непрерывно-последовательным перемещением оправки в полость спрейера.

Сформированный пружинный элемент в закаленном состоянии демонтируют с оправки и перемещают с помощью транспортирующей системы, выполненной в виде пар приводных роликов с индивидуальными приводами и размещенной соосно оправки навивки пружины, сквозь последовательно расположенные индукционные модули, в которых осуществляют непрерывно-последовательный нагрев до температуры отпуска, принудительное охлаждение до комнатной температуры и непрерывно-последовательную деформацию знакопеременным нагружением, симметричным оси пружины. Количество индукционных модулей определяет цикличность совмещенного процесса отпуска и осевой деформации обрабатываемых пружин и ограничено интервалом 3-5. Температура нагрева под отпуск 430 ±10°С, температура охлаждения после отпуска 25 ± 10°С. Указанные параметры отпуска скоррелированы со скоростью осевого перемещения пружинного элемента сквозь индукционные модули, равной скорости периода нагрева до температуры аус- тенизации, навивки и закалки пружины.

Одновременно с нагревом под отпуск и охлаждением после отпуска в индукционных модулях производят непрерывно-последовательную осевую деформацию пружинного элемента знакопеременным нагружением, симметричным оси элемента, с убывающей степенью деформации в интервале 1,0...0,4% от цикла к циклу.

Так, в 1-ом цикле отпуск совмещают с деформацией в следующей последователь- ности:

1.1.Нагрев до температуры отпускаТ 420°С

1.2.Растяжение пру-

ЖИНЫР1.1 Рмакс

15 кГс

1.3.Охлаждение

пружиныТ 110°С

1.4.Сжатие пружиныР1.2 12кГс

1.5.Охлаждение

пружиныТ 25°С

1.6.Растяжение

пружиныР1.,5кГс

1.7.Время циклаri 12±0,4c Изменение суммарной степени

деформации

цикла1,0-0,8%

Во втором цикле:

2.1.Нагрев до температуры отпускаТ 420°С

(в растянутом состоянии под действием PI.S)

2.2.Сжатие пружиныР2.1 Рмакс Ю кГс

2.3.Охлаждение

пружиныТ 110°С

2.4.Растяжение

ПРУЖИНЫР2.2 8,5 КГС

2.5.Охлаждение

пружиныТ 25°С

2.6.Сжатие пружиныР2.з 8,2 кГс

2.7.Время циклаТг 12 ±0,4 с Изменение суммарной степени

деформ. цикла0,8-0,6%.

В третьем цикле:

3.1.Нагрев до температуры отпуска. Т 420°С

(в сжатом состоянии под действием Р2.з)

3.2.Растяжение

пружиныРз. 1 Рмакс

- 7,6 кГс

3.3.Охлаждение пружиныТ 110°С

3.4.Сжатие пружиныРз.2 7,1 кГс

3.5.Охлаждение

пружиныТ 25°С

3.6.Растяжение пружиныРз.з 6,9 кГс

3.7.Время циклагз 12 ±0,4 с

Изменение суммарной степени

деформации цикла0,6-0,5%

В четвертом цикле:

4.1.Нагрев до температуры отпускаТ 420°С

(в растянутом состоянии под действием Р2.з)

4.2.Сжатие пружиныР4.1 Рмакс

6,4 кГс

4.3.Охлаждение пружиныТ 110°С

4.4.Растяжение пружиныР4.2 6,2 КГс

4.5.Охлаждение пружиныТ 25°С

4.6.Сжатие пружиныР4.3 6,0 кГс

4.7.Время циклаТ4 12 ±0,4 с

Изменение суммарной степени

деформации цикла0,5-0,4%. Указанные степени деформации в каж- дом из приведенных циклов обеспечиваются приводными парами роликов транспортирующей системы в результате различия их наружных диаметров, поверхность которых, контактирующая с обраба- тываемыми пружинными элементами, задает

закон изменения величины и направления деформирующего усилия, симметричного оси элемента, за счет ускорения или торможения осевого перемещения пружинного элемента как сквозь один модуль, так и в цепи последовательно состыкованных индукционных модулей. При непрерывно-по- следотельном перемещении пружинных элементов сквозь модули, отдельные части обрабатываемых элементов могут испытывать различные по величине и направлению усилия деформации, постоянно соосные оси обрабатываемых элементов.

По завершении циклического отпуска, совмещенного с осевой деформацией, пружинные элементы поступают в накопитель, откуда часть из них подвергается контролю геометрии, твердости, микроструктуры, а остальные передают на окраску, сушку и сборку. Конкретные технологические параметры изготовления массовых пружинных элементов в виде рабочего элемента шпинделя хлопкоуборочной машины приведены в примере.

Пример. Заготовку в виде зубчатой ленты сечением 22 х 1,6 мм из пружинной стали 65Г разматывают из предварительно навитой бухты и вдоль оси подают в зону нагрева, непрерывно-последовательно нагревают до температуры аустенизации 880 ± 10°С и навивают на оправку с жестко заданным шагом, совмещая навивку с закалочным охлаждением непрерывно-последовательным способом в спрейере путем осевого перемещения в полость его оправки с последовательно формируемыми витка- ми пружинного элемента. Скорость закалочного охлаждения 0,8 -103 °С/с, общее время навивки и закалки пружинного элемента - 54 ± 1 с. Твердость элемента после навивки и закалки НРСэ 56-60, содержание остаточного аустенита менее 6%.

Закаленный пружинный элемент подвергают циклическому отпуску - 4 цикла в последовательно состыкованных индукционных модулях, размещенных соосно оправки для навивки пружин, и совмещают отпуск с циклической деформацией пружины, при этом степень деформации убывает от цикла к циклу с суммарным накопленным изменением ее в интервале 1,0-0,4%, Температура нагрева под отпуск 420°С, временный интервал цикла, включающего нагрев до температуры отпуска, растяжение пружины, охлаждение до промежуточной температуры - 110°С, сжатие пружины, охлаждение пружины до комнатной температуры 25°С, растяжение пружины (и, аналогично, в последующих циклах, но с обратным знаком деформирующего усилия и убывающей степенью деформации) 12 ± 0,4 с, причем время нагрева и выдержки при температуре отпуска 420°С составляет 4,0 ± 0,2 с, а время выдержки, охлаждения и деформации 8,0 ± 0,2 с. Интервал снижения степени деформации в 1-ом и И-ом циклах соотвественно: 1,0-0,8% и 0,8-0,6%, а в Ill-ем и IV-ом циклах: 0,6- 0,5% иО,5%-0,4%.

Твердость пружин после циклической обработки, совмещающей отпуск и деформацию HRCa 49-51, предел упругости 165- 168 кГс/мм , изменение геометрии и точностных параметров при эксплуатационных нагрузках значительно ниже стандартных пределов для витых пружин 1-го и И-го класса точности, относительная энергоемкость процесса снижена на 25-32%.

Уменьшение степени деформации ниже 0,4% приводит не только к резкому снижению показателей механических характеристик, но и к разбросу, выходящему за рамки достоверности определения, увеличение степени деформации свыше 1% не только трудно выполнима при непрерывно-последовательном перемещении обрабатываемой пружины и энергетически нецелесообразна, но и при минимальном (3-4%) росте прочностных характеристик (степень деформации - 8...10%) резко снижает точностные характеристики пружин и их релаксационную стойкость, что может быть объяснено при повышенных степенях деформации в процессе температурного воздействия отпуска трансформированием микропластических деформаций в пластические.

Использование менее 3-х циклов совмещенного отпуска и осевой деформации не обеспечивают стабильности структуры отпущенных пружин и приводят к повышенным показателям разброса твердости и термических напряжений, применение более 5-и циклов совмещенной обработки не обеспечивает роста физико-механических и структурных характеристик, значительно снижая уровень искажений и концентрацию

углерода за счет появления активности выделения карбидов.

Снижение энергоемкости в предложенном способе реализуется не только за счет унификации источника нагрева под закалку и отпуск, но и за счет снижения энергозатрат на деформацию, связанных как с деформацией нагретого, а не холодного металла, так и с проявлением эффекта Баушингера при знакопеременной деформации. Повышение производительности в предложенном способе связано с двумя очевидными факторами: сокращение времени индукционного скоростного отпуска под действием знакопеременной нагрузки за счет увеличения скорости превращения при отпуске и аннулирования отдельной операции из процесса изготовления пружин - 3-х кратного обжатия их, - выполнение деформирующего воздействия в процессе отпуска, (а не в холодном, отпущенном состоянии) и цикличность знакопеременных усилий деформации обеспечивает обрабатываемым пружинам повышенную точность, что в со0

5

0

5

вокупности с повышением предела упругости и других прочностных и эксплуатационных характеристик улучшает качество витых пружин и пружинных элементов. Формула изобретения

1,Способ изготовления пружин, включающий непрерывно-последовательный индукционный нагрев заготовки до температуры аустенитизации, навивку, охлаждение, индукционный отпуск и осевую деформацию пружин, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, качества пружин и снижения энергоемкости процесса, осевую дефо рма ци ю п ружи н совме щают с отпуском и осуществляют их циклически, при этом деформацию производят знакопеременным нагружением симметрично оси пружины.

2.Способ поп. 1,отличающийся тем, то осевую деформацию и отпуск проводят с количеством циклов 3-5, знакопеременное нагружение осуществляют в интервале 1,0-0,4% от степени деформации, а отпуск проводят при 420-440°С.

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению пружин. Пружину из стали 65Г нагревают до 880°С, навивают на цилиндрическую оправку и охлаждают. После закалки пружину нагревают до 420°С, подвергают растяжению со степенью деформации 0,4% и охлаждают до 25°С. Отпуск с деформацией осуществляют циклически с количеством циклов, равным 3-5.1 з,п. ф-лы.