УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВИНТОВЫХ ПРУЖИН

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в производстве пружин из стали.
Известен способ повышения усталостной прочности упругих элементов винтовых пружин, торсионов, листовых рессор, используемый в производстве этих деталей - обработка их поверхности потоком дроби, называемый дробеструйной обработкой.
Применение этого способа для винтовых пружин из стали предусмотрено ГОСТами (ГОСТ 13764 86. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Классификация. ГОСТ 1452 - 2003. Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог»). Пружина подается в камеру по направляющим вращающимся валам, где она в течение нескольких минут подвергается воздействию потока дроби (скорость полета дробинок 70-120 м/с, диаметр дробинок 0,8-1,2 мм). Поток дроби формируется в дробеметном аппарате дробеструйной установки (Одинцов Л.Г. «Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием, Москва, машиностроение, 1987 г.).
При обдувке дробью, под воздействием ударов дробинок происходит пластическая деформация поверхностных слоев металла витков пружины -наклеп на глубину 0,1-0,4 мм. В этом слое увеличивается твердость, создаются остаточные сжимающие напряжения, что в целом затрудняет зарождение усталостной трещины в процессе эксплуатации пружин и увеличивает срок службы до разрушения.
Недостатком дробеструйной установки является низкая эффективность для пружин с малым межвитковым зазором, так как поток дроби практически не достигает внутренней поверхности и не производит упрочнения. К этому типу относятся пружины растяжения, у которых часто межвитковый зазор отсутствует, винтовые пружины тележек железнодорожных вагонов. У таких пружин эффективность дробеметной обработки незначительна, т.к., она нейтрализует только имеющиеся дефекты на наружной поверхности витка, а разрушение развивается с внутренней поверхности витка.
Задачей полезной модели является упрочнение внутренней поверхности цилиндрических винтовых пружин.
Технический результат заключается в осуществлении целенаправленного воздействия на внутреннюю поверхность витков цилиндрической винтовой пружины пластической деформацией.
Поставленная задача достигается тем, что устройство упрочнения внутренней поверхности пружин состоит из цилиндрического вращающегося тела, по периферии которого размещены свободно вращающиеся ролики.
Предлагаемое устройство изображено на фигуре, где 1 - обрабатываемая пружина, 2 - зажимное приспособление, установленное на станке (не показан), 3 - упрочняющая вращающаяся головка, 4 - вращающиеся упрочняющие ролики.
Предлагаемое устройство может быть реализовано на токарном или специальном станке, пружина 1 закрепляется а в зажимном 2 (патроне) приспособлении (патроне), а на суппорте, имеющем продольное перемещения устанавливается упрочняющая вращающаяся головка 3, при этом ролики 4 разводятся центробежными силами.
Устройство работает следующим образом.
Цилиндрическую винтовую пружину 1, прошедшую операции термообработки и заневоливания, закрепляют в зажимном 2 приспособлении станка.
На суппорте станка устанавливается упрочняющая головка 3, с роликами 4, разводимыми под действием центробежных сил. Вращение головке 3 передается от электродвигателя. Упрочняющая головка 3 вводится на всю свою длину внутрь пружины 1. После этого включается вращение пружины с небольшим числом оборотов, зависящим от диаметра пружин, например 20-30 об/мин., и вращение головки (число оборотов зависит от массы упрочняющих роликов), например с числом оборотов 800-1000 об/мин. Через 2-3 сек. включается продольная подача головки для обработки внутренней поверхности всех витков пружины. После обработки пружины вращение головки 3 отключается, и она выводится из пружины 1. После этой операции пружина проходит операции контроля, покраски.
Заявляемое устройство упрочнения цилиндрических винтовых пружин опробовано при изготовлении цилиндрических винтовых пружин сжатия с цилиндрическим и квадратным поперечным сечением витка с наружным диаметром 30 мм, внутренним 12-13 мм, изготавливаемых из стали марок 60С2А и 60С2ХФА. Межвитковый зазор 2,5 мм.
Проведенные исследования качества и прочностных характеристик пружин показали, что:
- на внутренней поверхности витка имеющего цилиндрическую форму поперечного сечения образуется лыска шириной 0,2-0,3 мм;
- стендовые испытания на усталостную прочность показали, что долговечность упрочненных пружин до 10 раз превышает долговечность упрочненных пружин без упрочняющей обработки внутренней поверхности.
Таким образом, заявляемое устройство упрочнения внутренней поверхности пружин позволяет получить более высокий уровень усталостной прочности и долговечности высоконагруженных пружин.