Как сжать растянутую пружину

Прежде чем давать ответ на вопрос, как делают пружины растяжения или сжатия, необходимо прояснить их назначение, характеристики и их зависимость от геометрических размеров, свойств материалов и других влияющих факторов.

Определение

Пружина – это свёрнутая в спираль металлическая проволока. Её назначение – восстановление своих первоначальных размеров после деформации, вызванной растяжением или сжатием, а также упругое сопротивление такой деформации.

Геометрические особенности

В зависимости от назначения витки могут прилегать один к другому или иметь между собой некоторое расстояние. Также они бывают постоянного (цилиндрические) или переменного (конические) диаметров.

Крайние витки у пружин растяжения, как правило, отгибаются перпендикулярно остальным, чтобы за них можно было зацепиться. У пружин сжатия в некоторых случаях их шлифуют для получения плоской опорной поверхности.

Требования к материалам. Механические характеристики и термообработка

Процесс растяжения или сжатия – это деформация. Чтобы она могла происходить многократно, возникающие при изменении размеров напряжения не должны превышать предел упругости, т. е. некую величину, после которой возможно полное восстановление размеров.

Механические характеристики металлов, из которых изготавливают пружины, зависят от термообработки. В частности, у большинства углеродистых и легированных сталей упругость повышается после закалки. Чтобы избежать хрупкости металла или сплава, повысить его выносливость – способность воспринимать многократные деформации – его дополнительно подвергают отпуску.

У других пружинных материалов, не являющихся сталями – например, сплава 36НХТЮ, бериллиевая бронза и др. – улучшение механических параметров происходит после старения (нагрева и выдержки при высокой температуре).

В процессе изготовления – навивке – металл должен хорошо деформироваться. Его предел текучести – напряжение, при котором пластическая (неупругая) деформация происходит без увеличения нагрузки – должен быть как можно более низким. Для этого материал будущего изделия перед началом технологического процесса отжигают.

Как делают пружины растяжения и сжатия

Один из центральных процессов изготовления – получение проволочной спирали. Он производится навивкой проволоки или прутка на оправку. Она может иметь цилиндрическую коническую или другую форму.

В зависимости от назначения изделия витки навиваются вплотную один к другому или с определённым шагом.

Плотная навивка обычно применяется для пружин растяжения, с шагом – для сжатия.

Холодный и горячий способы

Навивка пружинной проволоки на оправку может производиться с предварительным нагревом и без него.

При изготовлении изделий из тонкой проволоки нагрузка на оборудование невелика. Поэтому процесс можно вести холодным способом, без предварительного нагрева материала. Выбирая радиус оправки, следует учесть, что у до начала пластической деформации материалы сохраняют определённый запас упругости. После окончания навивки диаметр витков увеличивается.

Если проволока изготовлена из стали, обладающей в состоянии поставки высоким пределом текучести, перед началом процесса, её отжигают – нагревают и медленно охлаждают вместе с печью.

При изготовлении пружин и прутка большого диаметра (обычно более 16 мм) навивка ведётся горячим способом. Пруток нагревают до температуры, при которой текучесть снижается до минимума (около 600 С) и навивают на оправку, не охлаждая.

После окончания навивки у будущих пружин растяжения отгибают крайние витки, придают им требуемую форму. У пружин сжатия они могут шлифоваться, если последующая эксплуатация потребует плоских опорных поверхностей.

Термообработка после навивки

Как уже отмечалось ранее, механические свойства материалов пружин могут значительно меняться в зависимости от состояния материала.

Стальные – после завершения техпроцессов, связанных с пластической деформацией подвергают закалке и отпуску. Конкретный набор термических процессов определяется свойствами сталей и требованиями к готовым изделиям.

Пружины из других сплавов упрочняют другими способами, например, старением.

Нанесение покрытий

Поверхность готовой продукции для придания ей коррозионной стойкости подвергается химической обработке: оксидирование, анодирование, покрытие цинком и т.д.

Выбор конкретного вида обработки определяется материалом пружины и предполагаемыми условиями эксплуатации.

Комфорт и мягкость хода автомобилю помимо амортизаторов придают пружины, которые, несмотря на лаконичность конструкции, порой выходят из строя.

Читайте также:  Чем покрасить стрелки приборной панели

Способы восстановления пружин

Чаще всего усталость пружин обнаруживается совершенно случайно, например, когда машину нагружают больше обычного, и она в буквальном смысле начинает цеплять дорогу днищем.

Решений подобной проблемы имеется несколько. Естественно, наиболее простым является установка новых пружин, они-то и прослужат дольше и проблем меньше доставят, однако этот метод не самый дешевый, поэтому все чаще автовладельцы пытаются реанимировать старые пружины.

Существует несколько способ восстановления пружин: электромеханический и термомеханический, о которых мы вам и расскажем сегодня.

Сразу оговоримся процесс восстановления пружин не из самых легких и приятных, он требует много сил, крепкого терпения и специального оборудования, среди коего следует отметить тиски, электрический трансформатор, токарный станок и небольшую масляную ванночку с маслом АС-8.

Восстановление пружин

Теперь о процедуре восстановления пружин подробнее. Если вы решили вернуть пружине былую упругость электрохимическим методом, то вам понадобится токарный станок. В начале работы в его патрон нужно установить оправку, позже на ней хомутиком закрепляем пружину. Оправку с деформирующим роликом помещаем в резцедержатель станка. Затем на направляющую станину крепим стойки с раздвижным роликом и плотно соединяем их с суппортами токарного станка. После этого немного поджимаем оправку, на которую заранее следует установить пружину.

Реставрация термохимическим способом требует больше времени, умений и навыков. Итак, в самом начале необходимо поставить пружину в тиски и сжать ее до такой степени плотно, чтобы витки соприкоснулись между собой. После нужно подать через нее электрический ток, 200-400 А будет достаточно, работы в подобном режиме хватит и 20-20 секунд. Если вы не уверены, что силы тока достаточно для нагревания пружины, то в этом можно убедиться визуально – металл должен покраснеть.

И вот, наша пружина нагрелась до нужной температуры, теперь следует прекратить подавать ток и начать медленно разжимать тиски. Как только она удлинилась до предела необходимо зафиксировать ее торцевые окончания, после чего постараться растянуть ее еще немного. Запомните: на описываемую процедуру вам должно потребоваться не менее минуты. После проведенной операции пружину следует закалить, поместив ее в ванну с маслом, для этой цели рекомендуем применять масло из серии АС-8.

Вот такими нехитрыми методами можно постараться вернуть к жизни уставшие пружины, подарив автомобилю былую мягкость и упругость. Однако пружины не только даруют комфорт, как это было сказано выше, но и играют важную роль в формировании дорожного просвета. Так, если вам необходимо сделать свой автомобиль более проходимым, вы можете установить проставки между пружинами, добавив тем самым клиренсу несколько сантиметров. Если же вы предпочитаете пузотерки (извините за выражение, но низкие автомобили именно таковыми и слывут), то достичь поставленной цели можно с помощью нехитрых манипуляций с этими же самыми пружинами. Однако в любом случае, чтобы вы не делали с пружинами, какие бы задачи перед собой и своим железным конем не ставили, помните: любое вмешательство в конструкцию автомобиля влечет за собой негативные последствия. Таким образом, приняв решение изменить клиренс, поменять пружины или сделать что-нибудь другое в этом ключе, знайте: после подобных процедур во избежание возникновения неприятностей во время поездок вам придется чаще заезжать на СТО для диагностики подвески, хотя, вы можете осуществить ее своими силами. В любом случае, прежде чем, принимать такие ответственные решения несколько раз подумайте, стоит ли игра свеч!

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при восстановлении упругих свойств пружин на различных предприятиях. Способ включает растяжение, электроконтактный нагрев до температуры (400…600)С°, выдержку пружины в растянутом состоянии до остывания и закалку, отличающийся тем, что пружину растягивают с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, и производят после закалки отпуск, дробеметный наклеп и прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей (10÷300) F3, где F3 – сила пружины при максимальной деформации. Расширяются технологические возможности процесса, и повышается качество пружин. 3 з.п. ф-лы.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам восстановления упругих свойств пружин, и может быть применено на предприятиях по ремонту сельхозмашин, транспорта, вооружения, грузоподъемной или иной техники.

Читайте также:  Схема кнопки противотуманных фар ваз 2114

Известен способ восстановления пружин, заключающийся в растяжении пружины, нагреве и охлаждении, отличающийся тем, что растяжение осуществляют последовательно по ее виткам, при этом одновременно с растяжением каждый виток нагревают и обжимают [1].

Недостатком этого способа является длительность технологического процесса, зависящая от необходимости последовательной обработки каждого витка; невозможно исправить неперпендикулярность торцов. Недостатком является и то, что в указанном способе не учтены следующие обстоятельства. Легированные пружинные стали обладают низкой теплопроводностью [2]. В связи с этим местный неравномерный нагрев пружины при закаливании может привести к образованию внутренних напряжений и закалочных трещин. В данном случае следует провести предварительный нагрев пружины до температуры 400…500°С, что не выполнено. А для равномерного закаливания пружин рекомендуется [3] использовать установки для электроконтактного нагрева или установки индукционного нагрева токами высокой частоты с ламповым или с машинным (1500…15000 пер/сек) генератором, применяемым для получения закаленного слоя глубиной более 2 мм, что не выполнено. Не решен вопрос необходимой защиты поверхности пружины от обезуглероживания при закалке, отсутствуют обязательные для обеспечения долговечности пружины операции отпуска пружины после закалки и дробеструйной обработки для ликвидации возникающих после закалки концентраторов напряжений. Отсутствует обязательное для пружин заневоливание, что также является недостатком.

Известен также электроконтактный способ восстановления пружин [4], принятый за прототип: «Очень эффективным способом восстановления пружин является электроконтактный способ, основанный на сочетании пластической деформации и нагрева детали пружин электрической энергией, в структурном отношении находящейся в аустенитном состоянии с последующей ее закалкой. Технология восстановления пружин основана на низкотермомеханической обработке, где пружину деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости 400…600 градусов. Температура деформации выше температуры начала мартенситного образования, но ниже температуры рекристаллизации. Степень деформации составляет 70-90 процентов. Закалку осуществляют сразу после деформации. Формирование структуры закаленной стали при обработке происходит в условиях повышенной плотности дислокации, обусловленных наклепом.

Такая комплексная обработка позволяет получить высокую прочность. Высокие механические свойства после термической обработки объясняются большой плотностью дислокации в мартенсите, дроблением его кристаллов на отдельные фрагменты величиной доли микрона. После деформации аустенита закалка приводит к образованию плотных дислокации, сочетающих фрагменты мартенсита.

Восстанавливаемая пружина закрепляется в приспособлении и растягивается до первоначальной длины в соответствии с техническими условиями. Витки пружины смачиваются отработанным моторным маслом и через пружину пропускают электрический ток напряжением 18-36 вольт, сила тока 180-200 ампер (от сварочного трансформатора ВДУ-500). В результате пружина нагревается до обгорания масла, что соответствует температуре 350-400 градусов, после чего электрический ток отключается, и пружина остывает в растянутом состоянии. Упругость пружины проверяют на приборе «МИП-100-2».

Недостатками являются: отсутствует необходимая защита поверхности пружины от обезуглероживания при нагреве и закалке; отсутствуют обязательные для обеспечения долговечности пружины операции отпуска пружины после закалки и дробеструйной обработки для ликвидации возникающих после закалки концентраторов напряжений. Отсутствует обязательное для пружин заневоливание, что является недостатком. Способ касается только пружин из закаливаемой проволоки и не предусматривает восстановление пружин из патентированной проволоки, что также является недостатком.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в разработке технологического процесса, позволяющего расширить технологические возможности способа и повысить качество пружин.

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 растяжение, электроконтаткный нагрев в приспособлении до температуры 400…600 С° и охлаждение в растянутом состоянии, закалку, отличающийся тем, что пружину растягивают с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, нагревают в растянутом состоянии до температуры 400…600 C°, дают возможность пружине остыть в растянутом состоянии, производят закалку, отпуск и дробеметный наклеп. Затем производят прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей 10…300F3, где F3 – сила пружины при максимальной деформации, в том числе с предварительным заневоливанием, 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. При повышенных требованиях к силовым параметрам перед термообработкой производят правку пружины.

Читайте также:  Светодиодные фары на газ 3110

При электроконтактном нагреве в сочетании с пластической деформацией пружина, в структурном отношении находящаяся в аустенитном состоянии, деформируется в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости в интервале температур 400…600 C°. При этом температура деформации выше температуры начала мартенситного образования, но ниже температуры рекристаллизации. Такая комплексная обработка позволяет получить высокую прочность. Высокие механические свойства после термической обработки объясняются большой плотностью дислокации в мартенсите, дроблением его кристаллов на отдельные фрагменты величиной доли микрона. После деформации аустенита закалка приводит к образованию плотных дислокации, сочетающих фрагменты мартенсита.

Благодаря 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 [5] обеспечивает точность изготовления пружин по высоте и нагрузке. Время приложения нагрузки – секунды. Для более равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины ее прилагают вибрационно [6].

Определение припуска на осадку пружины и нагрузки известны и освещены в литературе – ориентировочно 1,5…2 припуска под обычное заневоливание, и уточнятся испытаниями пружин [7, 8].

Предполагается увеличение ресурса восстановленных таким образом пружин в 1,4…2 раза относительно ресурса пружин, восстановленных известными способами, что согласуется с показанным в работах [7, 8] увеличением ресурса пружин при использовании контактного заневоливания, в том числе с предварительным обычным заневоливанием.

Способ осуществляют следующим образом. Восстанавливаемую пружину закрепляют в приспособлении и растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины. Нагревают растянутую пружину до температуры 400…600 C° посредством электроконтактной установки в среде защитного газа. Затем дают пружине остыть в растянутом состоянии. Производят закалку пружины, отпуск и дробеметный наклеп. Затем выполняют прессовку пружины осевой нагрузкой в пределах 10÷300 F3, в том числе с предварительным заневоливанием, и повторно нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки. Далее производят нанесение защитного покрытия и замеры параметров пружины, консервацию и упаковку или установку в изделие. При восстановлении особенно точных по силовым параметрам пружин после растяжения их правят.

Способ восстановления пружин основан на низкотемпературной термомеханической обработке [9].

Нагрев и термообработку пружины следует производить посредством электроконтактных или т.в.ч. установок в среде защитного газа.

Пружины из закаливаемых марок сталей подлежат закалке с последующим отпуском; пружины из патентированной проволоки подлежат только отпуску в соответствии с режимами, принятыми для определенной марки пружинных сталей [9, 10].

В случае восстановления пружины из патентированной проволоки нагрев растянутой пружины рекомендуется производить при температуре отпуска, преимущественно в диапазоне 200…260 C° с допуском ±10 C°.

1. А.с. SU №1055574 A, B21F 35/00. Бюл. 43, 1983.

2. Лузгин, Н.П. Изготовление пружин. – М.; Высш. школа, 1980, – 144 с.

3. Остроумов, В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин. – М.; «Машиностроение», 1970 – 136 с.

4. Информация приведена на сайте «Промышленная Сибирь» под названием: «Электроконтактный способ восстановления пружин», код ГРНТИ 688583 от 27.11.2003, с адресом поставщика информации: Россия, г.Омск, 644046, ул. Учебная, 199-Б, к. 410; тел. (3812) 31-17-14, контактное лицо Иванова Анастасия; E-mail: adm@sibindustry.ru

5. А.с. СССР 554915, М.кл. B21F 35/00, 10.07.75.

6. А.с. СССР 580474, М.кл. G01M 13/00, B21F 35/00, 1976.

7. Тебенко Ю.М. Проблемы производства высокоскоростных пружин и пути их решения. Монография. – Ставрополь: ООО «Мир данных», 2007, – 152 с.

8. Землянушнова, Н.Ю. Расчет винтовых цилиндрических пружин сжатия при контактном заневоливании. Монография. – Ставрополь: АГРУС, 2008, -136 с.

9. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1982, 400 с.

10. Журавлева В.М., Николаева О.И. Машиностроительные стали. Справочник. Изд. 3-е, перераб. и доп. – Машиностроение, 1981. – 391 с., ил.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector