СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИН И ЛИНИЯ ДЛЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА
METHOD OF PRODUCING SPRING AND PRODUCTION LINE TO THIS END

Изобретение относится к производству пружин, изготавливаемых горячей навивкой, которые могут быть использованы в автомобилестроении, например, в подвесках легковых автомобилей, в тележках железнодорожных вагонов.
Известен способ изготовления высоконагруженных пружин сжатия, включающий навивку пружины, термообработку, шлифовку торцев, термоосадку и дробеметный наклеп, термоосадку производят после дробеметного наклепа при температуре 200-250°С (патент РФ №2208056, МПК C21B 9/02, опубл. 10.07.2003).
Недостатком способа является не достаточно стабильное качество получаемых изделий, обусловленное отсутствием контроля характеристик.
Известна автоматическая линия для изготовления, испытания и сортировки цилиндрических пружин (патент РФ №2005572, опубл. 15.01.1994 г.), содержащая соединенные посредством транспортирующих устройств загрузчик прутковых заготовок, нагревательную печь, пружинонавивочный автомат, агрегаты для закалки и отпуска пружин, дробеметную установку и установку для контроля усилия пружин, включающую механизм принудительного сжатия пружин, силоизмерительное устройство и сортировочный механизм, и систему управления.
Известная линия имеет пружинонавивочный автомат и агрегат для закалки пружин, которые разделены функционально, поэтому отсутствует возможность технологического управления качеством навиваемых пружин, что приводит к невысоким эксплуатационным характеристикам пружин, а имеющаяся операция сортировки только исключает попадание к потребителям пружин пониженного качества.
Наиболее близким техническим решением является автоматическая линия для изготовления цилиндрических пружин, содержащая установленные по ходу технологического процесса и соединенные транспортными средствами загрузочное устройство, индукционный нагреватель, ковочные вальцы, автомат для навивки пружин, закалочную установку, отпускной агрегат, устройство для охлаждения пружин, пресс контрольного обжатия пружин и дробеструйную установку (журнал «Кузнечно-штамповочное производство» №4, 1984, с.16-17).
В известной конструкции линии операции навивки и закалки выполняются раздельно на разном оборудовании, поэтому не достигается стабильное изготовление пружин высокого качества, кроме того, в автоматической линии не предусмотрен контроль качества заготовок для пружин.
Задача изобретения заключается в получении высокопрочных пружин из стали со стабильными характеристиками качества.
Технический результат достигается за счет отбраковки прутков с посредством ультразвукового дефектоскопа, исключающего попадание на производство пружин прутков с внутренними и наружными дефектами, а также использования в производстве единого технологического модуля, осуществляющего индукционный непрерывно-последовательный нагрев прутков под навивку пружин, навивку пружин с непрерывно-последовательной закалкой навиваемых витков пружины в воде или водном растворе полимерно-закалочной жидкости.
Для достижения поставленной задачи, в способе изготовления пружин на первоначальном этапе осуществляют отбраковывание прутков на первоначальном этапе, их нагрев, навивку пружины на оправке, закалку навиваемой пружины путем непрерывно-последовательного опускания оправки с навитым витком в закалочную ванну и выдержки в ней полностью навитой пружины, отпуск в печи при заданных маркой стали температуре и времени, охлаждение до температуры окружающей среды, далее производят технологическое обжатие пружин, контролируя их силовые характеристики, и дробеструйную обработку. На заключительном этапе производят окраску пружин.
Поставленная задача достигается с помощью линии для изготовления пружин из стали, которая содержит устройство отбраковки прутков, единый технологический модуль, включающий устройство нагрева прутков, устройства навивки и закалки пружин, печь для отпуска, охлаждающее устройство, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик и установку дробеструйной обработки. Единый технологический модуль содержит функционально и кинематически связанные устройство нагрева прутков, устройство навивки пружин и устройство непрерывно-последовательной закалки. Единый технологический модуль выполнен автоматизированным. Агрегат технологического обжатия пружин содержит центрирующую пружину-опору, нажимной пуансон, элементы определения силы сопротивления обжатию пружины. Линия также содержит установку окраски.
На чертеже показана линия изготовления пружин. В таблице представлено сравнение характеристик пружин, произведенных по предлагаемой и по используемой технологиям.
Линия для изготовления пружин содержит устройство отбраковки, например, акустический дефектоскоп со стеллажами 1, перегрузочный стеллаж 2, технологический модуль 3, включающий индукционный нагреватель, автомат для навивки и закалочную ванну, печь отпуска 4, охлаждающую 5 ванну, робот-манипулятор 6, агрегат 7 технологической осадки с контролем силовых характеристик пружин, дробемет 8, устройство 9 комплексного контроля геометрических параметров пружины и твердости, агрегат 10 окраски пружин, пост упаковки 11.
Работа линии осуществляется следующим образом.
Мерные заготовки из пружинной стали подаются на стеллаж дефектоскопа 1, где производится контроль прутков на отсутствие поверхностных и внутренних дефектов металла. Прутки, признанные годными, поступают на перегрузочный стеллаж 2 технологического модуля 3, последовательно проходя через индуктора индукционного нагревателя технологического модуля 3, нагреваясь до температуры 950-1100°С, в зависимости от марки стали, и последовательно поступают в навивочный автомат технологического модуля 3. При занятии навивочной оправкой автомата навивки пружины исходного для навивки положения подающие ролики подают пруток в захват оправки и начинается навивка пружины. Навиваемая пружина вместе с оправкой непрерывно-последовательно вертикально опускается в закалочную ванну с регулируемым уровнем среды (вода или водный раствор полимерно-закалочной жидкости), в которой последовательно по мере опускания навиваемых витков пружины происходит их закалка. Навитая полностью пружина выдерживается в закалочной ванне требуемое, зависящее от марки стали, время. При возвратном ходе оправки пружина снимается с оправки и направляется в печь отпуска 4. Навивочная оправка возвращается в исходное положение для навивки следующей пружины. Для повышения производительности автомат для навивки пружин технологического модуля может иметь несколько оправок, работающих последовательно.
Печь для отпуска 4 имеет рабочую температуру 200-500°С, конкретное значение которой определяется маркой стали. После отпуска пружины охлаждаются в охлаждающей ванне 5 с водой, до температуры 30-80°С, и подаются с помощью робота-манипулятора 6 на агрегат 7 технологической осадки - заневоливания, где после 3-5-кратного сжатия производится контроль силовых характеристик пружин. Заневоленная пружина поступает на дробеметную установку 8. После операции дробеструйной обработки пружины поступают на устройство 9 комплексного контроля геометрических параметров пружины, где производится контроль и сортировка на группы по высотным размерам. Далее пружины поступают на транспортер окрасочной камеры 10 для окраски полимерными красками в электростатическом поле и полимеризации при температуре 240-260°С. Окрашенные пружины поступают на пост 11 упаковки готовой продукции.
Способ был опробован при производстве пружин из сталей 60С2ХФА, 60С2А, 60С2Г и др. нескольких типоразмеров из прутков диаметром от 10 до 36 мм. Испытания пружин свидетельствуют о повышенном комплексе прочностных и геометрических характеристик пружин.
Стендовые и эксплуатационные испытания пружин, производимых по предлагаемому изобретению, показали, что пружины имеют повышенную в десятки раз долговечность с практически отсутствующей осадкой.
Способ изготовления пружин и линия для их производства
Таблица
№
Наименования показателя
Значение показателя
опытные пружины
обычные пружины
1.
Предельные отклонения:
-0,5
±2,5
на внутренний диаметр, мм
на наружный диаметр, мм
-0,9
±2,5
2.
Предельные отклонения на высоту в свободном состоянии, мм
1,75
9
3.
Остаточная деформация после сжатия до соприкосновения витков (3 сжатия), мм
0,3
5
4.
Долговечность, при расчетных нагрузках, число циклов 10<sup>6</sup>
10·10<sup>6 </sup>не разрушается
0,4-0,5·10<sup>6</sup> разрушились