АГРЕГАТ ДЛЯ НАВИВКИ СТАЛЬНЫХ ПРУЖИН
ASSEMBLY FOR WINDING STEEL SPRINGS

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для производства крупногабаритных стальных пружин любой конструкции - цилиндрических, конических, с поджатыми и неподжатыми витками и т.д., получаемых горячей навивкой.
Известно устройство для навивки пружин, содержащее смонтированные на станине узел подачи навиваемого материала, установленный с возможностью перемещения по круговой траектории с центром в месте навивки, узел подогрева, охлаждающую ванну и вертикальную оправку с приводом вращения и осевого перемещения в виде копирного устройства (см. авт.св. СССР №1348040, кл. B21F 3/04, заявлено 1982.06.16, опубл. 1987.10.30).
Недостатком известного устройства является невысокая производительность вследствие необходимости последовательного выполнения операций навивки, выдержки в закалочной ванне и возвращения оправки с пружиной в зону снятия пружины перед началом навивки новой пружины.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности, выбранному за прототип, является агрегат для навивки пружин, содержащий смонтированные на станине, с возможностью изменения угла между ними, вращающуюся вертикальную оправку с приводом осевого перемещения, узел подачи навиваемого материала, узел нагрева, размещенный на корпусе узла подачи навиваемого материала вдоль оси подачи, охлаждающую ванну, размещенную на станине в месте опускания оправки, причем узел подачи размещен в направляющих станины с возможностью перемещения по круговой траектории с центром в месте навивки посредством силового цилиндра, а привод осевого перемещения оправки выполнен в виде приводных винта и гайки (см. авт.св. СССР №816634, кл. B21F 3/04, заявлено 14.04.77, опубл. 30.03.81).
Недостатком прототипа является также его невысокая производительность ввиду того, что навивка новой пружины возможна после последовательного прохождения предыдущей пружиной операций навивки, охлаждения с выдержкой в ванне и возвращения в исходную позицию. Применение в данном устройстве нерегламентированного охлаждения в ванне делает непостоянными по длине пружины прочностные и геометрические характеристики пружины.
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение производительности процесса изготовления крупногабаритных стальных пружин горячей навивкой с повышенными и стабильными по длине пружины прочностными и геометрическими характеристиками.
Поставленная техническая задача решена за счет того, что в агрегате для навивки стальных пружин, содержащем смонтированный на станине узел подачи навиваемого материала в виде стального прутка, индуктор для нагрева прутка, размещенный на корпусе узла подачи прутка вдоль оси подачи, вращающуюся оправку с приводом вращения и осевого перемещения в виде приводных винта и гайки, охлаждающее устройство. Вращающаяся оправка расположена горизонтально, а охлаждающее устройство выполнено в виде спрейера, размещенного на станине соосно с вращающейся оправкой на расстоянии от навиваемого витка пружины, зависящем от величины подачи оправки для каждой марки пружинной стали, с обеспечением посленавивочной выдержки, необходимой для завершения полигонизационной перестройки структуры, сформировавшейся в процессе навивки.
При этом спрейер может быть выполнен секционным.
На чертеже представлена кинематическая схема заявляемого устройства.
Агрегат содержит смонтированные на станине 1 привод 2 подачи навиваемого материала - стального прутка, индуктор 3 для нагрева прутка под навивку, направляющую втулку 4 для движущегося прутка, узел 5 вращения и осевого перемещения шпинделя 6 с полой оправкой 7. Внутри полой оправки 7 размещается механизм захвата переднего конца прутка, снабженный зубом 8. Узел 5 вращения и осевого перемещения шпинделя 6 с оправкой 7 включает в себя механизм 9 вращения с электродвигателем 10, шлицевую втулку 11 и ходовой винт 12, а также механизм 13 с электродвигателем 14 и гайкой 15 изменения осевого перемещения в соответствии с шагом витков навиваемой пружины. Величина осевого перемещения за один оборот - подача оправки, равная расстоянию между витками пружины (шаг навивки), обеспечивается соотношением чисел оборотов винта 12 и гайки 15, которые задаются программой командоаппарата 16. Соосно с оправкой 7 на станине установлено охлаждающее устройство 17 - спрейер, в котором происходит повитковое охлаждение навиваемой пружины по мере ее входа в устройство. Спрейер 17 установлен на станине на расстоянии от места формирования витка навиваемой пружины, зависящем для каждой марки пружинной стали от величины подачи оправки. Это расстояние должно обеспечить посленавивочную выдержку, необходимую для завершения полигонизационной перестройки структуры, сформировавшейся в процессе навивки.
Спрейер 17 может быть выполнен секционным (как и показано на чертеже), что позволяет применять различные охлаждающие среды в каждой секции, осуществляя охлаждение с различной интенсивностью в температурных интервалах процесса охлаждения пружины, например ускоренное охлаждение при высоких температурах и замедленное с целью исключения трещинообразования в интервале мартенситного превращения.
Агрегат работает следующим образом,
В начальный момент оправка 7 находится в крайнем правом положении, при этом зуб 8 захвата конца прутка находится на линии подачи прутка, проходящей по касательной к наружной поверхности оправки. Пруток поступает в ролики узла 2 подачи, перемещается через индуктор 3 со скоростью, достаточной для прогревания прутка по всему объему до температуры, обеспечивающей гомогенизацию высокотемпературной фазы стали по углероду и легирующим элементам. Пруток через направляющую втулку 4 входит между оправкой 7 и зубом 8, включаются электродвигатель 10 механизма 9 вращения и 14 механизма 13 перемещения, обеспечивая заданный шаг навивки пружины. При этом шпиндель 6 с оправкой 7 получают вращение от механизма 9 вращения оправки посредством шлицевого соединения 11, а осевое перемещение, соответствующее шагу навивки пружины, - с помощью соединения винта 12 и гайки 15. Происходит навивка пружины. При завершении перемещения прутка через индуктор 3 по достижении заданной температуры нагрева индуктор отключается. Навиваемая пружина повитково, непрерывно с осевым перемещением, равным шагу навивки, вместе с оправкой входит в спрейер 17, обеспечивая одинаковый интервал времени до начала охлаждения каждого витка. По размещении всех витков пружины в спрейере 17 командоаппарат 16 дает команду на освобождение оправки 7 от пружины и ускоренное возвращение оправки в исходное положение. Пружина остается в спрейере 17. Цикл навивки повторяется. В конце хода оправки 7 с новой навитой пружиной происходит выталкивание из спрейера 17 оставшейся с предыдущего цикла пружины и замена ее на вновь навитую пружину. Такая цикличность повторяется и дальше - каждая последующая пружина выталкивает предыдущую.
При горячей навивке пружины по диаметру прутка происходит пластическая деформация, возникает термомеханическое упрочнение, для сохранения и постоянства которого по длине пружины охлаждение каждого витка пружины должно начинаться через постоянное время от навивки витка, определяемое химическим составом материала (стали). За время до начала охлаждения должна завершиться полигонизационная перестройка субструктуры стали, а при повитковой закалке обеспечивается и постоянство динамической прочности и геометрических характеристик по длине пружины. Необходимое и постоянное время до начала охлаждения каждого витка пружины обеспечивается размещением охлаждающего спрейера на расстоянии от навиваемого витка, зависящем от величины подачи оправки.
Работа агрегата была опробована при навивке пружин из стали 60С2А. Пруток диаметром 15 мм нагревался в индукторе токами высокой частоты до температуры 1000-1050°С. После навивки каждого витка охлаждение его начиналось через 15 сек и до полной закалки. Навивались пружины диаметром 70-100 мм. Измерение межвиткового зазора (шага навивки) после пробной осадки до соприкосновения витков пружины показало, что его величина колеблется в пределах ±0,1 мм (шаг 10 мм). Это, а также постоянство мелкозернистой полигонизованной структуры по всем виткам пружины свидетельствуют о постоянстве свойств по всей длине пружины.
Измерение межвиткового зазора у пружин, изготовленных на известных установках, где предусмотрена закалка всей пружины целиком, через 20-30 сек после ее навивки показало, что колебания величины межвиткового зазора после пробной осадки составляют 2-3 мм при шаге навивки 10 мм.
Долговечность пружин, изготовленных на заявляемом агрегате, при усталостных испытаниях оказалась в 3-5 раз выше, чем у пружин, изготовленных на известных агрегатах.
Таким образом, заявляемый агрегат для навивки стальных пружин в сравнении с прототипом обеспечивает повышенную производительность, повышенный и постоянный по длине пружины уровень качества и динамической прочности, что увеличивает долговечность изготовляемых пружин.