Результат интеллектуальной деятельности: Способ восстановления пружин из упрочненной проволоки

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам восстановления упругих свойств пружин из предварительно упрочненной проволоки, обычно патентированной или закаленной и отпущенной пружинной проволоки и может быть использовано для восстановления пружин на предприятиях по ремонту транспорта, сельхозмашин, грузоподъёмной или другой техники.

Уровень техники

Известен способ восстановления пружин [1], заключающийся в том, что нагретую пружину до температуры отпуска (200…600°С) посредством электроконтактной или т.в.ч. – установки, или нагретую в печи в среде защитного газа растягивают с шагом, превышающим шаг готовой пружины, и производят отпуск в растянутом состоянии неостывшей пружины, выдерживают в растянутом состоянии до остывания. Затем производят дробеметный наклеп, выполняют прессовку пружины нагрузкой 10…300F₃ (F₃ – сила пружины при соприкосновении витков), в том числе с предварительным обычным заневоливанием, и повторной 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.

Недостатком способа является то, что прессовку пружины выполняют нагрузкой 10…300F₃ в остывшем состоянии. Из опыта производства пружин завода «Автонормаль» определено, что наиболее оптимальной температурой пластического упрочнения пружин термоосадкой является температура 200…250 °С, поскольку при этой температуре двухсторонние напряжения сжатия, созданные ранее дробеметным наклепом на поверхности пружин и препятствующие раскрытию усталостных трещин, не успевают релаксировать. Деформационное перераспределение напряжений сжатия также не происходит, так как сдвиговые пластические деформации при термоосадке незначительны и составляют всего 0,2…0,3 % [2]. По аналогии с этим температура пластического упрочнения пружин при восстановлении приложением увеличенной осевой нагрузки 10…300F₃ должна быть выбрана такой же. Недостатком способа является отсутствие отпуска после дробеметного наклепа. Отпуск при температуре ≤220 ºС [3, 4] предназначен для искусственного ускоренного старения наклепанного слоя с частичной релаксацией остаточных напряжений. Если низкотемпературный отпуск не проводить, то пружины со временем (в течение нескольких суток или месяцев) увеличат свою длину и повысится нагрузка, т.е. произойдет медленное старение при комнатной температуре [4].

Известен способ восстановления пружин [5], принятый за прототип: пружину растягивают на оправке с шагом витков, превышающем шаг готовой пружины, нагревают до температуры отпуска 400…420 °С и производят отпуск на оправке в растянутом состоянии. Затем производят дробеметный наклеп, повторный отпуск при температуре 230…250 °С и прессовку пружины осевой нагрузкой, составляющей 10…300F_3. Возможно после дробеметного наклепа прессовать нагретую до температуры 230…250°С пружину, исключив повторный отпуск. Нагрузку можно прилагать вибрационно.

Недостатком способа является то, что повторный отпуск после дробеметного наклепа проводят при температуре 230…250°С. Это предельная температура, при которой можно проводить отпуск после дробеметного наклепа [4], после чего при повышении температуры произойдет снижение эффекта от дробеметного наклепа. Для предотвращения разупрочнения после дробеметного наклепа рекомендовано проводить низкотемпературный отпуск при температуре 180…220 °С в течение 30 минут [4] для искусственного ускоренного старения наклепанного слоя. Недостатком является и то, что пружину затем или прессуют нагрузкой 10…300F₃ не нагретую, или прессуют нагретую пружину до температуры 230…250°С, исключив повторный отпуск. Для обеспечения стабилизации силовых параметров пружины рекомендован повторный отпуск после дробеметного наклепа при температуре ≤220 ºС в течение 30 минут, а для последующего пластического упрочнения (прессовки) рекомендовано нагревать пружину до температуры 200…250 °С [4]. Время прессовки 1,5…2 секунды.

Кроме того известно, что для пружин, работающих без контакта витков, рекомендуется выполнять прессовку нагрузкой 10F₃ [6]. Для пружин, работающих с контактом витков, нагрузка прессовки должна на 5% превышать нагрузку на пружину в изделии [7, 8].

Раскрытие изобретения

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 счёт наличия новых операций технологического процесса и новой их последовательности, а именно: способ восстановления пружин из упрочненной проволоки, включающий в себя растяжение на оправке с шагом витков, превышающим шаг витков готовой пружины, нагрев на оправке до температуры 400…420°С, отпуск в растянутом состоянии и охлаждение, дробеметный наклеп, отпуск и прессовку, отличается тем, что после дробеметного наклепа производят отпуск пружины при температуре ≤220ºС в течение 30 минут, а последующую прессовку пружины выполняют при температуре 200…250 °С осевой нагрузкой для пружин, работающих без контакта витков 10F₃, а для пружин, работающих с контактом витков нагрузкой на 5 % превышающей нагрузку на пружину в изделии, но не меньше, чем 10F₃. При этом нагрузки могут быть вибрационными. При повышенных требованиях к силовым параметрам производят правку пружины.

При данной последовательности операций низкотемпературный отпуск после дробеметного упрочнения стабилизирует силовые параметры пружин без риска их разупрочнения. Прессовка (пластическое упрочнение) пружин при повышенной температуре сопровождается структурными изменениями в деформированном слое с соответствующим повышением его твердости и прочности, образованием благоприятных остаточных напряжений сжатия и формированием качественно новой макро- и микрогеометрии поверхности материла пружин [9]. Гарантируется увеличение стойкости пружин, повышается точность пружин по длине и нагрузке.

Методика определения припуска и параметров пружин при пластическом упрочнении известна [8]. Следует также определять величину работоспособной упругой части сечения витка пружины – упругого ядра [10].

Способ осуществляют следующим образом. Прошедшую промывку и контроль силовых и геометрических параметров восстанавливаемую пружину растягивают на оправке с шагом, превышающим шаг готовой пружины, нагревают до температуры 400…420°С и производят отпуск растянутой на оправке пружины, дробеметную обработку, повторный отпуск при температуре 180…220°С в течение 30 минут, после чего производят прессовку пружины при температуре 200…250°С осевой нагрузкой для пружин, работающих без контакта витков 10F₃, а для пружин, работающих с контактом витков нагрузкой на 5 % превышающей нагрузку на пружину в изделии, но не меньше, чем 10F₃. Время прессовки 1,5…2 секунды. При этом нагрузки могут быть вибрационными. При повышенных требованиях к силовым параметрам производят правку пружины.

Источники информации.

1. Патент RU № 2428272 C1, МПК В 21 F 35/00. Способ восстановления пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Фадеев В.В., Землянушнов Н.А. – № 201022778/12; заявлено 03.06.2010; опубл. 10.09.2011. Бюл. № 25 – 5 с.

2. Патент RU 2208056 С2, МПК С 21 D 9/02. Способ изготовления высоконагруженных пружин сжатия / Лавриненко Ю.А., Белков Е.Г., Фадеев В.В., Хайруллин А.А. – № 2001103765/02; заявлено 08.02.01; опубл. 10.07.03. Бюл. № 19. – 4 с.

3. Белков, Е.Г. Технология изготовления и упрочнения пружин: монография / Е.Г. Белков. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. – 168 с.

4. Лавриненко, Ю.А. Упрочнение пружин / Ю.А. Лавриненко, Е.Г. Белков, В.В. Фадеев // Уфа: Изд. Дом «Бизнес-Партнёр», 2002, – 124 с.

5. Патент RU № 2462324 C1, МПК В 21 F 35/00. Способ восстановления пружин / Землянушнова Н.Ю., Фадеев В.В., Тебенко Ю.М., Землянушнов Н.А. – № 2011123253/02; заявлено 08.06.2011; опубл. 27.09.2012. Бюл. № 27 – 4 с.

6. Землянушнова, Н.Ю. Повышение качества пружин. Монография / Н.Ю. Землянушнова, Ю.М. Тебенко. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2001. – 92 c.

7. Блинник, С.И. Расчёт пружин в связи с их заневоливанием / С.И. Блинник // Новые методы расчёта пружин / Под общей редакцией С.Д. Пономарёва – М.: Машигиз. – 1946. – С. 26–46.

8. Землянушнова, Н.Ю. Расчёт 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. Пономарев, С.Д. К обоснованию размеров упругого ядра в заневоленных пружинах / С.Д. Пономарёв // Изв. вузов. – Машиностроение, 1974. – № 10. – С. 24–27.