СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МНОГОЖИЛЬНЫХ ПРУЖИН
METHOD FOR MANUFACTURE OF HIGH-STRENGTH MULTIPLE-CORE SPRINGS

Изобретение относится к области изготовления многожильных винтовых пружин сжатия в машиностроении.
Известен способ изготовления многожильных пружин по пат. RU №2186652 С1, включающий в себя скручивание и растяжение проволоки, свивку троса и навивку его на оправку на одной операции с одновременным скручиванием и растяжением проволоки. Навитая пружина заданной длины отрезается и направляется для заварки жил, термообработки, заневоливания, замера геометрических и силовых параметров, нанесения защитного покрытия. Данный способ позволяет повысить производительность изготовления пружин относительно способа раздельного [6] изготовления каната и навивки каната на оправку.
3
Однако изготовленные таким образом пружины имеют недостаточную выносливость по числу циклов из-за преждевременной усталости металла (чрезмерной осадки или поломки), несмотря на применение патентированной проволоки, заневоливания сжатием пружин силой максимальной деформации F на 6-48 ч, и поэтому имеют ограниченное применение (только в военной технике).
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании способа, позволяющего изготавливать пружины повышенной циклической прочности, с точными и стабильными во времени упругими характеристиками.
3
3
3
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 свивку троса и навивку его на оправку на одной операции, в том числе с одновременным скручиванием и растяжением проволоки на той же операции, отрезку пружины нужной длины, заварку жил, термообработку, нанесение защитного покрытия, замер геометрических и силовых параметров, согласно изобретению  проволоку, в том числе и патентированную, перед свивкой троса подвергают высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО) и при свивке троса и одновременной навивке его на оправку нагревают до температуры, не превышающей температуру отпуска проволоки, а после термообработки производят операцию прессовки пружины осевой нагрузкой F…300F, где F - сила пружины при максимальной деформации, и повторно прессовку нагрузкой, 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.
Известно [7], что после ВТМО обеспечивается рост прочности, повышается усталостная прочность (в том числе и малоцикловая), а также сопротивление разрушению, пластичность и ударная вязкость, понижается температура хладоломкости, практически устраняется обратимая отпускная хрупкость и уменьшается водородное охрупчивание. Проведение ВТМО создает структуру отпущенного мартенсита с высокой дисперсностью и фрагментацией, однородную по сечению проволоки. Учитывая особый характер субструктуры, формирующийся в процессе ВТМО, следует считать, что в этом случае должно повыситься сопротивление малым пластическим деформациям в условиях кратковременного и длительного нагружения - важнейшие свойства пружинной стали. Последующая свивка в сочетании с навивкой (т.е. гибкой) нагретых проволочных жил аналогична проведению повторной операции ВТМО, что с последующим отпуском, особенно с изотермической выдержкой, способствует еще большему повышению усталостной прочности пружины и обеспечивает гарантированное увеличение долговечности и релаксационной стойкости пружины. Благодаря следующей операции прессовки происходит пластическое упрочнение пружины: создается благоприятное напряженное состояние на поверхности и внутри витков пружины, противодействующее возникновению осадки при работе пружины, а использование метода пропорционального приложения нагрузки [2] обеспечивает точность изготовления пружин по высоте и нагрузке. Для более равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины ее прилагают вибрационно [3].
Определение припуска на осадку пружины и нагрузки известны и освещены в литературе: припуск должен быть больше осадки при работе пружины в изделии - ориентировочно 1,5 припуска под обычное заневоливание, и уточняться испытаниями пружин [6].
Для осуществления навивки пружины можно использовать «Устройство для изготовления многожильных витых пружин» по пат. RU №2210455 С1 [4]; для прессовки пружины можно использовать «Устройство для контактного заневоливания пружин» по пат. RU №2251036 C1 [5]. Описание их работы представлено в названных патентах.
3
3
3
Способ осуществляют следующим образом. Проволоку, в том числе патентированную, подвергают высокотемпературной термомеханической обработке. Затем в устройство для навивки пружины устанавливают заправленные проволокой катушки по числу жил пружины, закрепляют концы проволок (жил) к оправке устройства. Включают индуктор для нагрева проходящей через него к оправке проволоки и одновременно включают устройство, посредством которого происходит навивка пружины требуемой длины. Навитую пружину отрезают, производят заварку концов проволочных жил и термообработку. Выполняют операцию прессовки пружины осевой нагрузкой F…300F, где F - сила пружины при максимальной деформации, и повторно прессовку нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. Замеряют геометрические и силовые параметры пружины, наносят защитное покрытие, производят консервацию и упаковку.
При осуществлении предложенного способа изготовления многожильных пружин повышается их циклическая и динамическая стойкость.
Примечание: под термообработкой пружины подразумевается закалка с последующим отпуском в соответствии с режимами, принятыми для определенной марки пружинных сталей [7].
Ссылочные материалы
1. Патент RU №2186652 С1, М.кл. B21F 35/00, 7/00, 01.08.2001.
2. А.с. СССР 554915, М.кл. B21F 35/00, 10.07.1975.
3. А.с. СССР 580474, М.кл. G01M 13/00, B21F 35/00, 19.07.1976.
4. Патент RU №2210455 С1, М.кл. B21F 35/00, 29.07.2002.
5. Патент RU №2251036 С1, М.кл. F16F 1/04, B21F 35/00/ 14.10.2003.
6. Землянушнова Н.Ю., Тебенко Ю.М. Повышение качества пружин. Ставрополь: СевКавГТУ, 2001, 93 с.
7. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1982, 400 с.