Устройство для упрочнения внутренней поверхности конических пружин
DEVICE FOR HARDENING INNER SURFACE OF CONICAL SPRINGS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения несущей способности и рабочих характеристик пружин конической формы или формы параболоида вращения методами пластической обработки металла. Пружины конической формы или формы параболоида вращения обладают более высокой устойчивостью, чем цилиндрические пружины, а в сжатом состоянии имеют меньшую высоту. Может быть применено в отраслях промышленности, изготавливающих и применяющих подобные пружины – на предприятиях ВПК, машиностроения, авиастроения, автомобильной промышленности, сельхозмашиностроения.
Уровень техники
Известны устройства для контактного заневоливания пружин, описанные в авторских свидетельствах СССР № № 198747, 348792, 419660, 486233, 643684, 815346, 825253, пат. RU 2251036, пат. RU 2251037, пат.  RU 2286556, пат. RU 2296968, пат. RU 2392083, пат. RU 2393042, пат. RU 2393043, пат. RU 2686435.
Наиболее близким является устройство для контактного заневоливания конических или параболических пружин по пат. RU 2686435, содержащее верхний и нижний вкладыши, стакан для установки в нем вкладышей и между ними испытуемой пружины и пуансон с шаровой поверхностью, контактирующей с шаровой поверхностью верхнего вкладыша, при этом нижний вкладыш установлен с возможностью вращения относительно оси стакана, а верхний ― с возможностью вращения и перемещения вдоль оси стакана и отклонения оси от оси пуансона, верхний вкладыш связан с пуансоном посредством ступенчатого винта с обеспечением зазоров между наружной поверхностью цилиндрической части винта и ответной поверхностью отверстия во вкладыше и между головкой винта и ответной поверхностью вкладыша, при этом внутренняя рабочая поверхность стакана выполнена диаметром равным диаметру сжатой конической или параболической пружины и имеет форму, охватывающую наружную поверхность сжатой конической или параболической пружины соответственно, а верхний вкладыш контактирует с внутренней поверхностью пружины и имеет коническую форму или форму параболоида вращения соответственно, при этом поверхность нижнего вкладыша выполнена с кольцевой проточкой на торце диаметром, соответствующим наименьшему внутреннему диаметру более узкой стороны пружины и глубиной не менее высоты витка пружины, а поверхность верхнего вкладыша на торце имеет кольцевую проточку, соответствующую наибольшему внутреннему диаметру более широкой стороны пружины и глубиной не менее высоты витка пружины. Нижний вкладыш связан с нижним цилиндром пресса посредством штока для вытеснения пружины из стакана и удаления ее с нижнего вкладыша.
Недостатком устройства является невозможность упрочнять внутреннюю поверхность пружин сжатия конической формы (фиг. 1) или формы параболоида вращения (фиг. 2) в сжатом состоянии.
Раскрытие изобретения
Технической задачей изобретения является усовершенствование устройства и устранение указанного недостатка.
Техническим результатом изобретения является возможность упрочнять внутреннюю поверхность пружин сжатия конической формы или формы параболоида вращения в сжатом состоянии с помощью предлагаемого устройства.
Технический результат достигается за счёт новых элементов и их новых связей в устройстве для упрочнения внутренней поверхности пружины, а именно: устройство содержит верхний и нижний вкладыши, прикреплённый к нижней плите стакан для установки в нём вкладышей и между ними испытуемой пружины, прикреплённый к верхней плите пуансонодержателем пуансон с шаровой поверхностью, контактирующей с шаровой поверхностью верхнего вкладыша, при этом нижний вкладыш установлен в стакане с возможностью перемещения относительно оси стакана, а верхний  -с возможностью перемещения вдоль оси стакана и отклонения оси от оси пуансона, причём верхний вкладыш связан с пуансоном посредством ступенчатого винта с обеспечением зазоров между наружной поверхностью цилиндрической части винта и поверхностью отверстия во вкладыше и между головкой винта и ответной поверхностью вкладыша, чем достигается свобода отклонения оси вкладыша от оси пуансона для равномерного распределения усилия пресса по диаметру витков заневоливаемой пружины. Внутренняя поверхность стакана в верхней части выполнена диаметром равным наружному большему диаметру пружины, а внутренняя поверхность стакана в нижней части выполнена диаметром равным наружному меньшему диаметру пружины и имеет форму, охватывающую наружную поверхность сжатой пружины — коническую форму или параболоида вращения форму соответственно. Поверхность нижнего вкладыша выполнена диаметром равным наружному меньшему диаметру пружины с кольцевой проточкой на торце диаметром, равным внутреннему диаметру меньшей стороны пружины и глубиной не менее высоты витка пружины. Верхний вкладыш выполнен по наибольшему внутреннему диаметру большей стороны пружины и по форме внутренней поверхности сжатой пружины – коническую или параболоида вращения соответственно.
При этом к пуансонодержателю прикреплена ступенчатыми винтами подвижная относительно пуансона подпружиненная плита с запрессованной в подвижной плите нажимной втулкой торец которой выступает относительно торца пуансона для предварительного сжатия пружины, а на ступенчатых винтах между пуансонодержателем и подвижной плитой размещены поджатыми ступенчатыми винтами пружинящие детали (пружины сжатия, резиновый буфер). Нижний вкладыш установлен на нижней плите и связан с нижним цилиндром пресса посредством штока для вытеснения пружины из стакана и удаления её с нижнего вкладыша известными способами и устройствами.
На фиг. 3, 4, 5, 6 представлены устройства, состоящие из закреплённого на нижней плите 1 стакана 2, в котором размещены испытуемая пружина 3, верхней плиты 4 с прикреплённым к ней пуансонодержателем 5 и подвижной плиты 6 с запрессованной в ней нажимной втулкой 7, между которыми размещены поджатыми ступенчатыми винтами 8 пружинящие детали 9, верхний вкладыш 10, связанный с  пуансоном 11 ступенчатым винтом 12, и размещённый в стакане 2 нижний вкладыш 13, связанный штоком 14 с нижним цилиндром пресса. При этом торец меньшей стороны сжатой пружины 3 контактируют с кольцевой проточкой нижнего вкладыша 13, а торец большей стороны пружины 3 контактирует с торцом нажимной втулки 7, причём шаровая поверхность верхнего вкладыша 10 контактирует с шаровой поверхностью нижнего вкладыша 13, а витки пружины контактируют с внутренней рабочей поверхностью стакана 2, охватывающей наружную поверхность сжатой пружины 3, и контактируют с наружной поверхностью верхнего вкладыша 10, вошедшего в сжатую пружину 3, причём контактирующие с пружиной 3 поверхности вкладышей имеют коническую форму (рис. 3, 5) или форму параболоида вращения (рис. 4, 6) соответственно.
F
3
Работает устройство следующим образом. Устройство устанавливают на пресс и прикрепляют к нему. В стакан 2 вставляют испытуемую пружину 3 меньшим диаметром вниз таким образом, чтобы торцы пружины 3 контактировали с кольцевой проточкой на торце нижнего вкладыша 13, а торец запрессованной в подвижную плиту 6 нажимной втулки 7 выступал относительно торца пуансона 11, что обеспечивается поджатием ступенчатыми винтами 8 и пружинящими деталями 9 подвижной плиты 6 относительно пуансона 11. Затем пуансон 11 посредством пресса опускают, отчего пружина 3  сжимается под действием торца выступающей относительно торца пуансона 11 подпружиненной деталями 9 и ступенчатыми винтами 8 нажимной втулки 7 до тех пор, пока витки пружины 3 не придут в непрерывный контакт с внутренней поверхностью стакана 2 и с наружной поверхностью верхнего вкладыша 10. Благодаря контакту торцов пружины 3 с кольцевой проточкой торца нижнего вкладыша 13 и с торцом нажимной втулки 7, и благодаря контакту витков пружины 3 с внутренней рабочей поверхностью стакана 2, охватывающей наружную поверхность сжатой пружины 3, и контакту наружной поверхности верхнего вкладыша 10 с внутренней поверхностью пружины 3, сжатая пружина 3 займёт правильную геометрическую форму, причём контактирующие с пружиной поверхности вкладыша 10 и стакана 2 имеют коническую или параболоида вращения форму в зависимости от обрабатываемой пружины соответственно. После этого продолжающий движение пуансон 11 воздействием шаровой поверхности на прилегающую шаровую поверхность верхнего вкладыша 10 и на пружину 3 усилие пресса равномерно распределится по внутреннему диаметру сжатой пружины 3, поскольку верхний вкладыш 10 установлен с возможностью перемещения вдоль оси стакана 2 и отклонения оси от оси пуансона 11, а нижний вкладыш 13 установлен в стакане 2 с возможностью перемещения относительно оси стакана 2. После требуемой выдержки (1…10 секунд) под нагрузкой величиной 10…300  пуансон 11 поднимают, освобождая пружину 3. Движением нижнего цилиндра пресса посредством штока 14 и нижнего вкладыша 13 пружину 3 вытесняют из стакана 2, которую снимают с нижнего вкладыша 13 применяемыми при штамповке известными способами и устройствами, и направляют на дальнейшую обработку. Преимущество заявленного устройства относительно известного заключается в возможности упрочнять внутреннюю поверхность пружин сжатия, имеющих коническую форму или форму параболоида вращения в сжатом состоянии, поскольку наибольший эффект повышения несущей способности и рабочих характеристик пружин достигается упрочнением внутренней поверхности витков, напряжения которых из-за кривизны витков превышают на 40% напряжения наружных витков [1], от чего в процессе работы пружины на внутренней поверхности витков развиваются усталостные трещины. Наибольшая стабильность при этом достигается упрочнением пружин в напряжённом состоянии [2], что обеспечивается применением контактного заневоливания [3].
Источники информации
1. Лавриненко Ю. А. Упрочнение пружин /Ю. А. Лавриненко, Е. Г. Белков, В.В. Фадеев // – Уфа: Изд. Дом «Бизнес-Партнёр», 202. – 124 с.
2. Пономарёв С. Д. Расчёт упругих элементов машин и приборов / С. Д. Пономарёв, Л. Е. Андреева. – М.: Машиностроение, 1980. – 324 с.
3. Тебенко Ю.М. Применение контактного заневоливания для изготовления пружин откатных механизмов (статья). Оборонный комплекс ― научно-техническому прогрессу России. 2018. № 3. С. 21…29.
4. Пат. RU 2686435 С1, МПК В 21F 35/00, F 16F 1/02, Устройство для контактного заневоливания конических пружин / Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А. ― № 2018107169; заявлено 26.02.2018; опубл. 25.04.2019. Бюл. № 12 ― 8 с.
5. Пат. RU 2481914 С1, МПК В 21F 35/00, В 26F1/00, Устройство для контактного заневоливания пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А. ― № 2012107298/02; заявлено 28.02.2012; опубл. 20.05.2013.
6. Пат. RU 2392083 С1, МПК В 21F 35/00, F 16F 1/02, Устройство для контактного заневоливания пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А. ― № 2009119814/02; заявлено 25.05.2009; опубл. 20.06.2010. Бюл. № 17. ―  5 с.
7. Пат. RU 2393042 С1, МПК В 21F 35/00, F 16F 1/02, Устройство для контактного заневоливания пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А. ― № 2009119496/02; заявлено 22.05.2009; опубл. 27.06.2010. Бюл. № 18. ―  4 с.
8. Пат. RU 2393043 С1, МПК В 21F 35/00, F 16F 1/02, Устройство для контактного заневоливания пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А. ― № 2009120194/02; заявлено 27.05.2009; опубл. 27.06.2010. Бюл. № 18. ―  5 с.