Устройство для заневоливания цилиндрической пружины
DEVICE FOR COIL SPRING HARDENING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству упрочнения винтовых цилиндрических пружин сжатия.
Уровень техники
Известно устройство, извлеченное из известного способа упрочнения цилиндрических винтовых пружин (см. Патент RU 2462519, МПК C21D 9/02, C21D 7/06, B21F 35/00), состоящее из обоймы, закрепляемой в зажимном приспособлении токарного станка, и дорна, либо упрочняющей головки с роликами, так же закрепляемых в зажимном устройстве токарного станка. Пружина устанавливается в обойму и осуществляется наклеп ее внутренней поверхности путем протягивания дорна либо при помощи упрочняющей головки с роликами. При этом не предполагается контакт витков друг с другом.
Известно устройство, извлеченное из известного способа контактного заневоливания винтовых пружин сжатия (а.с. №122920), состоящее из цилиндрического сердечника, на который надевается подлежащая заневоливанию пружина. Затем посредством обоймы (матрицы) в осевом направлении к пружине прикладывается сила, вызывающая сжатие соприкасающихся витков до появления заданных остаточных деформаций.
Известно устройство для контактного заневоливания пружин (см. Патент на изобретение RU 2390667 С1, МПК F16F 1/06, B21F 35/00), включающее обойму (матрицу) для установки в него пружины и сердечник (пуансон) для передачи давления на заневоливаемую пружину. При этом витки заневоливаемой пружины контактируют не только между собой, но и внешней стороной контактируют с внутренней поверхностью стакана, что позволяет не допустить искривления оси пружины в результате заневоливания.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, извлеченное из способа упрочнения винтовых цилиндрических пружин (см. Патент на изобретение RU 2548876, МПК B21F 35/00; C21D 9/02), состоящее из обоймы цилиндрической формы и сердечника. Пружина, плотно надетая на сердечник, проталкивается сквозь отверстие обоймы, диаметр которого меньше, чем диаметр пружины, находящейся на сердечнике. Происходит пластическое деформирование витков пружины, вдоль четырех линий контакта - двух между витками и по одной с поверхностями сердечника и обоймы.
Раскрытие изобретения
Устройство для заневоливания цилиндрической пружины состоит из обоймы с цилиндрической полостью, соосно размещенного в ней сердечника цилиндрической формы, снабженного временно размещаемыми в отверстиях крышек с каждой стороны стержнями круглого поперечного сечения с головками «под ключ», жестко соединенными с сердечником, причем цилиндрические поверхности полости обоймы и сердечника выполнены с резьбовыми канавками с возможностью размещения в них витков сжатой пружины, а сердечник со стержнями выполнены с возможностью ограниченного перемещения вдоль продольной оси при воздействии осевой силы сжатия или крутящего момента при закручивании.
Пружина, подлежащая заневоливанию, размещается в резьбовых канавках цилиндрической полости обоймы и сердечника. Форма резьбовых канавок соответствует форме поперечного сечения пружины. Шаг резьбовых канавок соответствует диаметру прутка пружины.
Осуществляется силовое воздействие на сердечник, посредством воздействия сначала на один из стержней, затем на другой, либо осевой силой сжатия, например прессом, либо закручиванием, например тарировочным ключом. При таких воздействиях сердечник перемещается относительно обоймы вдоль ее продольной оси, резьбовые канавки сердечника воздействуют на витки пружины с возникновением в них поперечной пластической деформации. При этом обжатие витков осуществляется не только их контактом между собой, но и контактом пружины с резьбовыми канавками обоймы и сердечника. В результате увеличивается число линий контактов и поверхность обжатия, что, после извлечения пружины из устройства, повышает ее прочностные характеристики.
Перед установкой пружины в устройство возможно нанесение на нее и на цилиндрические поверхности обоймы и сердечника антифрикционной смазки для уменьшения трения при перемещении сердечника и пружины и, следовательно, увеличения силы полезного воздействия на пружину.
2
Перед установкой пружины в устройство возможно нанесение на нее и на цилиндрические поверхности обоймы и сердечника составов на основе нанопорошков, например Cu⋅Ni и MoS, для улучшения обработки поверхности при обжатии - заполнения под давлением микротрещин и формирования упрочненного и износостойкого слоя, с образованием полостей, заполненных данным составом (см., например, статью «Применение нанопорошков при безабразивной ультразвуковой финишной обработке» авт. Лебедев А.Т. и др. // Научное обозрение. - 2015. - №4 - С. 63-70).
Возможны различные варианты установки пружины в устройство и извлечения ее после заневоливания. Например, пружина вначале может быть сжата при помощи двух шайб с центрирующими выборками и упорами, болта и гайки, и в сжатом состоянии ввинчена в обойму, после чего болт с гайкой и шайбы удаляются, на обойму снизу навинчивается крышка, с направлением резьбы, противоположным направлению навивки пружины, не позволяющая пружине вывинтиться из обоймы при ввинчивании в пружину сердечника, далее на обойму навинчивается крышка сверху. Обратный процесс организуется при извлечении заневоленной пружины. Либо, если при вывинчивании сердечника из обоймы пружина остается на нем, пружина может быть свинчена при помощи трубного ключа с мягкими губками.
Возможны и иные процедуры для организации процесса заневоливания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана заневоливаемая пружина.
На фиг. 2 представлена обойма с вырезом.
На фиг. 3 представлена крышка.
На фиг. 4 представлен сердечник.
На фиг. 5 показана шайба.
На фиг. 6 показана пружина, сжатая для установки в устройство.
На фиг. 7 схема деформирования поперечного сечения пружины в одном направлении.
На фиг. 8 схема деформирования поперечного сечения пружины в противоположном направлении.
На фиг. 9 показан вариант размещения пружины в устройстве.
Осуществление изобретения
П
K
П
C
O
O
C
П
Устройство для заневоливания цилиндрической пружины 1 (фиг. 1) состоит из обоймы (матрицы) 2 с цилиндрической полостью 3 (фиг. 2), со съемными (свинчиваемыми) крышками 4 (фиг. 3), снабженной резьбовыми канавками 5 с шагом, равным диаметру прутка пружины d, причем радиус резьбовых канавок r больше радиуса прутка пружины r (форма канавки позволяет ограниченные продольные перемещения сжатой пружины) и сердечника цилиндрической формы 6 (фиг. 4) с аналогичными резьбовыми канавками 7 на его поверхности, снабженного с каждой стороны жестко соединенными с ним стержнями круглого поперечного сечения 8 с головками "под ключ" 9, выполненными с возможностью размещения между ними заневоливаемой пружины 1, причем высота h сердечника 6 меньше высоты h полости 3 обоймы 2, а максимальный радиус полости обоймы 3 - R равен сумме минимального радиуса сердечника 6 - R и диаметра прутка пружины 1 - d.
Перед установкой пружины 1 в устройство может быть нанесена на пружину 1 и на поверхность резьбовых канавок 5 и 7 антифрикционная смазка, например автол, для уменьшения трения при закручивании сердечника и сжатии пружины, увеличения величины силы.
2
Перед установкой пружины 1 в устройство может быть нанесен на пружину 1 и на поверхность резьбовых канавок 5 и 7 состав на основе нанопорошков, например Cu⋅Ni и MoS, для исключения на поверхности пружины при обжатии микротрещин, заполняемых под давлением, и для формирования упрочненного и износостойкого слоя (см., например, статью «Применение нанопорошков при безабразивной ультразвуковой финишной обработке» авт. Лебедев А.Т. и др. // Научное обозрение. - 2015. - №4 - С. 63-70).
Установка пружины 1 в цилиндрическую полость 3 обоймы 2 осуществляется следующим образом.
На пружину 1 сверху и снизу устанавливаются шайбы 10 с центрирующими выборками 11 и упорами 12 (фиг. 5), сквозь шайбы и пружину продевается болт 13, на него навинчивается гайка 14 до тех пор, пока пружина не будет сжата до соприкосновения витков (фиг. 6). Затем сжатая пружина 1 ввинчивается при помощи гаечного ключа в обойму (матрицу) 2, жестко закрепленную, например, в тисках (на чертеже не показаны) (фиг. 2), удаляются шайбы 10, болт 13 и гайка 14, а на обойму 2 снизу навинчивается крышка 4, не позволяющая пружине 1 вывинтиться при ввинчивании сердечника 6, ввинчивается сердечник 6, на обойму 2 сверху навинчивается другая крышка 4. Для удобства резьбовое соединение крышек 4 и обоймы 2 может быть выполнено с направлением резьбы, противоположным направлению навивки пружины 1. Пружина 1 после установки в устройство показана на фиг. 7.
Давление резьбовых канавок 7 может быть создано путем прикладывания к сердечнику 6 заданной вертикальной силы Р (фиг. 8, 9) или заданного закручивающего момента с использованием головок под ключ 9, сначала с одной стороны (верху) (фиг. 8), а затем с другой стороны (снизу) (фиг. 9). При обжатии происходит перемещение сердечника 6 относительно обоймы 2, возникающие при этом новые линии и поверхности контакта 15 между обоймой 2 и пружиной 1, и сердечником 6 и пружиной 1 увеличивают эффект заневоливания. Эти зоны 15, как возможный вариант, выделены черными кружочками (фиг. 8, 9).
Извлечение пружины 1 из предлагаемого устройства может осуществляться различными способами. Например, в порядке, обратном установке пружины 1 в устройство, или может вывинчиваться сердечник 6 вместе с пружиной 1, затем свинчивается пружина 1 с сердечника 6. Возможность вывинчивания пружины вместе с сердечником возможна, если сердечник ввинчивался в пружину с натягом при обеспечении минимального зазора между сердечником с пружиной и полостью обоймы.