СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЛИННОМЕРНОЙ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВИНТОВОЙ ПРУЖИНЫ, ВИНТОВАЯ ПРУЖИНА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING LONG WORKPIECE FOR PRODUCTION OF HELICAL SPRING, HELICAL SPRING AND METHOD OF PRODUCTION THEREOF

Группа изобретений относится к способам производства проволоки, а также к конструкциям винтовых пружин и способам их изготовления и может быть использовано для изготовления проволоки, имеющей в сечении форму стрельчатого прямоугольника.
Известен способ волочения, предусматривающий получение проволоки круглого сечения путем деформации исходной заготовки в волоках со смещенными по оси волочения парами горизонтальных и вертикальных роликов, ручьи которых образуют соответственно овальный и круглый калибры [1].
Способ волочения используется, например, для калибровки горячекатаной проволоки (катанки) как черновая операция, проводимая перед традиционным волочением проволоки в монолитных волоках. Его существенным недостатком является сложность его использования при многопереходном волочении, поскольку получение конкретного размера проволоки требует изготовления соответствующего комплекта рабочих роликов, включающего четыре ролика, а при непрерывном многопереходном волочении требуется наличие парка роликовых волок, по меньшей мере, равного количеству переходов на маршруте. При этом существенно увеличиваются расходы на изготовление рабочего инструмента, а из-за потерь времени на настройку и замену волок снижается производительность процесса.
При обработке малопластичных материалов используют также способ получения профилей круглого сечения, предусматривающий предварительную деформацию круглого сечения заготовки в многовалковых калибрах в виде стрельчатого квадрата, с окончательной деформацией в круглом многовалковом калибре [2].
Недостатком известного способа является то, что его осуществление требует большого количества рабочего инструмента, так как для получения каждого переходного сечения требуется конкретный многовалковый калибр, образованный четырьмя валками, а в случае волочения - роликами, при этом изготовление и настройка последних требует значительных временных затрат.
Наиболее близким техническим решением к заявленной группе изобретений признана конструкция винтовой пружины торсионной подвески и способ ее изготовления (US 5259599 A, МПК F16D 13/58, F16D 13/64, F16F 1/04, F16F 1/06, F16F 15/12, опубл. 09.11.1993]. Винтовая пружина имеет некруглое поперечное сечение, форма которого состоит из двух симметричных кривых второго порядка, гладко сопряженных между собой и описанных в виде сплайнов.
Основным недостатком известной пружины является ее низкая технологичность, связанная с тем, что для осуществления способа ее изготовления требуется сложная в изготовлении технологическая оснастка, имеющая профиль рабочих поверхностей, совпадающий с поперечным профилем изготавливаемой пружины.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, совпадающей с положительным результатом от применения способа на практике, является повышение технологичности конструкции и улучшение качества винтовой пружины с одновременным упрощением технологии ее изготовления. Положительный результат достигается за счет применения для волочения роликов с ручьями овальной формы, за счет чего изготавливаемая пружина имеет сечение витка в форме стрельчатого прямоугольника с ориентацией большей стороны витка перпендикулярно или параллельно или под углом к оси пружины.
Дополнительно предлагаемый способ волочения позволяет стабилизировать положение проволоки в очаге деформации и уменьшить вероятность поперечного перемещения металла. К достоинствам предлагаемого способа следует также отнести возможность его реализации в реверсивном режиме, что позволяет сократить затраты рабочего времени на подготовку и заправку проволоки в волочильной машину, а также установку и съем бунтов при однократном волочении.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения длинномерной заготовки для изготовления винтовой пружины включает подготовку заготовки, протягивание и многопереходную деформацию заготовки с помощью роликов ручьями овальной формы. Отличает способ от известных аналогов то, что в первом переходе размеры поперечного сечения определяют на основе равенства:
1
1
2
3
где В, H, В - ширина и высота деформированной заготовки; D - ширина и диаметр исходной заготовки; n=[1, 2, 3] - номер перехода по ходу волочения.
Во втором и последующих переходах по ходу волочения формируют сечение в виде стрельчатого прямоугольника, при этом размеры поперечного сечения определяют на основе равенства:
где n - номер перехода по ходу волочения.
1
1
k
1
k
При этом радиус сопряжения профиля сечения заготовки r задают в диапазоне от r=0,1×H до r=0,4×H, где k - номер последнего перехода по ходу волочения.
Винтовая пружина, получаемая из заготовки, характеризуется тем, что сечение витка выполнено в форме стрельчатый прямоугольник с ориентацией большей стороны витка перпендикулярно или параллельно или под углом к оси пружины. При этом пружина может быть навита с различным шагом между витками и иметь форму отличную от цилиндрической.
Способ изготовления винтовой пружины включает в себя навивку заготовки пружины на оправку, при этом в качестве заготовки при навивке винтовой пружины используют длинномерную заготовку с сечением витка в форме стрельчатый прямоугольник.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема этапа предварительной деформации заготовки по предлагаемому способу волочения в роликовых волоках. На фиг. 2 приведено сечение проволоки (витка пружины]. На фиг. 3 приведен разрез А-А на фиг. 1. На фиг. 4 приведен разрез Б-Б на фиг. 1. На фиг. 5 приведена общая технологическая схема предлагаемого способа волочения в роликовых волоках.
Предлагаемый способ получения длинномерной заготовки и способ изготовления из нее винтовой пружины осуществляют следующим образом.
1
1
1
1
k
1
k
Передний конец исходной заготовки 1 (Фиг. 1), например, круглого сечения, подвергают острению, пропускают последовательно через пространство, образованное овальными ручьями горизонтальных 2 (фиг. 3) и вертикальных 3 (фиг. 4] роликов, и захватывают тянущим устройством. Посредством приложения к переднему концу тянущего усилия Г заготовку 1 протягивают через две пары роликов с получением выходящего из волоки сечения обработанной заготовки в форме стрельчатый прямоугольник 4 (фиг. 2, 4) со сторонами размерами B/H. При этом в первом переходе размеры поперечного сечения определяют на основе равенства (1), а на втором и последующих переходах на основании равенства (2), при этом радиус сопряжения профиля сечения заготовки r задают в диапазоне от r=0,1×H до r=0,4×H.
P
Две стороны, формируемые ручьями вертикальных роликов 3, выполняют с радиусом R равным:
Г
где D - диаметр готовой проволоки.
P
Две другие стороны сечения 4, предварительно сформированные ручьями горизонтальных роликов 2, также выполняют с радиусом R.
1
2
1
2
Получение сечения проволоки обеспечивается определенной величиной рабочих зазоров δ и δ между роликами. После каждого перехода деформации зазоры δ и δ между роликами уменьшают, приближая сечение проволоки к требуемому виду (фиг. 5).
На последнем переходе деформации геометрические параметры готового прутка могут быть заданы несколькими способами.
k
k
По первому из них формирование сечения стрельчатый прямоугольник на последнем переходе деформации осуществляют с учетом равенства ширины и высоты сечения: B=H, где k - номер последнего перехода по ходу волочения.
a
a
a
k
k
k
k
k
По второму способу формирование сечения стрельчатый прямоугольник на последнем переходе деформации осуществляют с учетом отношения ширины сечения к его высоте =B/H, выбранном в диапазоне от =1 до =4,5, где k - номер последнего перехода по ходу волочения.
При осуществлении способа изготовления винтовой пружины используют заготовку, полученную способом, описанным выше, которую навивают на оправку. Навивку заготовки пружины на оправку производят в холодную или в нагретом состоянии. Навивку заготовки пружины можно осуществлять также с непрерывно-последовательной закалкой витков с посленавивочной выдержкой, в едином технологическом цикле с волочением длинномерной заготовки имеющей форму стрельчатый прямоугольник.
Способ изготовления винтовой пружины может быть охарактеризован следующим примером.
k
k
P
1
Для изготовления винтовой пружины используют длинномерную заготовку со следующими характеристиками сечения: B=H=3 мм, R=5 мм, r=0,3 мм. Технологический процесс изготовления заготовки осуществляют методом холодного волочения последовательно через пространство, образованное овальными ручьями горизонтальных 2 (фиг. 3) и вертикальных 3 (фиг. 4) роликов за 4 перехода из предварительной заготовки круглого сечения диаметром 3,7 мм с промежуточными параметрами, приведенными в таблице 1 (фиг. 5).
1
0
2
Навивку заготовки пружины на оправку производят без нагрева со следующими параметрами: количество рабочих витков n=5, опорных поджатых и шлифованных n=1,5, шаг t=13,4 мм, высота пружины в свободном состоянии L=70 мм, наружный диаметр пружины D=33 мм. После навивки производится обработка опорных витков, выполнением последовательных переходов: подгиб, обрезка и шлифование опорных поверхностей. Далее выполняют технологические операции дробеструйной обработки, заневоливания, контроля габаритно-силовых параметров пружины, окраски и упаковывания в соответствии с нормативной документацией.
Список использованных источников:
1. Красавин Б.Н., Бояршинов М.И., Поляков М.Г. Использование роликовых волок за рубежом. Серия 9: Метизное производство. Информация №2. - М.: ЦНИИЧермет. - 1971. - С. 11-16.
2. Поляков М.Г., Никифоров Б.А., Гун Г.С.Деформация металла в многовалковых калибрах. - М.: Металлургия, 1979. - С. 87-88.