Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАВИВКИ ВИНТОВЫХ ПРУЖИН ПРЕИМУЩЕСТВЕННО С МАЛЫМ ИНДЕКСОМ

Изобретение относится к производству пружин и может быть применено в производстве цилиндрических винтовых пружин сжатия любого назначения.

Наиболее распространенным способом изготовления винтовых пружин является навивка исходной проволочной заготовки на оправку.

При холодной навивке на автоматах по схеме «растяжение+изгиб» один или несколько первых витков пружины часто зажимают в гидравлическом или пневматическом патроне. После завершения навивки и разжима патрона происходит быстрое освобождение пружины и ее отклонение от цилиндрической формы, связанное, в том числе с так называемой упругой отдачей после разгрузки, называемой также распусканием. Внутренний диаметр пружины увеличивается, между внутренней поверхностью витков и оправкой образуется зазор. Может появиться бочкообразность или корсетность пружины. Кроме того, существует опасность травмирования оператора станка из-за резкого перемещения витков пружины на оправке.

Известно устройство для навивки пружин преимущественно с малым индексом, реализующее способ навивки, при котором зажим первых витков пружины осуществляется в пневматическом цанговом патроне (пат. RU 2010652, опубл. 15.04.1994). Вращающаяся оправка навивает на себя проволоку до момента выключения вращения, определяемого системой управления станка. Одновременно с сигналом на выключение вращения оправки подается сигнал на пневмоцилиндр цангового патрона и происходит резкое освобождение навитой пружины.

К недостаткам известного решения относится сложность необходимого для реализации способа оборудования, требующего наличия пневмоцилиндра с системами воздухоподготовки и управления. К недостаткам относится также неуправляемый процесс изменения размеров навитой пружины после разжима патрона, происходящий при резком сбросе прижимающей нагрузки от цанги.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ навивки пружин, включающий навивку материала на оправку с помощью продольного суппорта, которому сообщают рабочие перемещения, соответствующие заданному шагу витков (А.с.SU №1230732, опубл. 15.05.1986. Бюл. №18). В момент окончания навивки рабочих витков продольному суппорту сообщают дополнительный импульс перемещения определенной величины. Это делается для перераспределения деформации кручения от поджатых витков к рабочим и, в конечном счете, уменьшает искажения размеров пружины после навивки. Величину дополнительного импульса авторами известного решения предлагается определять, как функцию шага навиваемой пружины, среднего диаметра пружины, диаметра проволоки, модуля упругости, коэффициента, характеризующего пластическую осадку проволоки при навивке, напряжения пружины при кручении.

К недостаткам известного решения относится необходимость дополнительных энергетических затрат на создание приращения рабочего перемещения продольного суппорта, сложность расчетного определения величины приращения рабочего перемещения из-за необходимости использования коэффициента пластической осадки, который будет иметь различные значения для разных диаметров проволоки. Кроме того, существует технологическое рассеяние механических свойств проволоки, которое необходимо учесть при введении значения модуля упругости. Последнее представляет значительные трудности, так как технологическое рассеяние механических свойств проволоки существует не только от партии к партии или от бунта к бунту, но и в пределах одного бунта.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемое изобретение, является устранение недостатков прототипа - разработка простого и эффективного процесса навивки пружин, обеспечивающего стабильность геометрических характеристик после навивки.

Поставленная задача решается за счет навивки пружин на оправку с фиксацией в самозажимном эксцентриковом патроне и выдерживании навитой пружины в заневоленном состоянии в патроне в течение времени, определяемом механическими свойствами проволоки, индексом и количеством витков пружины, с последующим плавным освобождением.

Новизной в предлагаемом способе навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом является увеличение продолжительности нахождения навитой пружины на станке в заневоленном состоянии в патроне с последующим плавным освобождением, происходящем при вращении патрона с зажатой пружиной в направлении, обратном направлению вращения при навивке, угол поворота патрона до разжимания детали при вращении в обратном направлении устанавливается автоматически, а общая продолжительность вращения патрона в обратном направлении определяется суммой времени поворота на угол для разжимания патрона и времени до останова станка или до изменения направления вращения на рабочее, причем время до остановка станка или изменения направления вращения определяется удобством регулировки и может не превышать 0,5 с.

Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной изобретением технической задачи.

Предлагаемый в качестве изобретения способ навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом осуществляется следующим образом.

На свободном конце проволоки предварительно любым известным способом формируется несколько витков, прижатых один к другому и имеющих внутренний диаметр, незначительно превышающий диаметр оправки, на который будет навиваться пружина.

Предлагаемый способ навивки винтовых пружин преимущественно малого индекса предполагает применение самозажимных эксцентриковых патронов, известных из уровня техники. Предпочтительным является применение патрона для закрепления детали на станке (пат. RU 2705184, опубл. 05.11.2019. Бюл. №31).

Полученную заготовку надевают на оправку, установленную на станке. Два или более витков заготовки вводят по оправке внутрь патрона. После включения станка патрон начинает вращение и зажимает заготовку по наружному диаметру эксцентриковыми кулачками, одновременно прижимая ее к оправке. Крутящий момент от шпинделя передается через витки заготовки оправке, оправка получает вращение и начинает тянуть на себя проволоку. Формирование шага витков на вращающейся оправке происходит с помощью продольного суппорта, которому сообщают рабочие перемещения, соответствующие заданному шагу витков.

При достижении заданного количества витков рабочее вращение патрона и оправки прекращается, включается вращение в обратном направлении. Эксцентриковые кулачки патрона начинают разжиматься, однако в начальный момент времени их поворот на осях эксцентриков тормозится из-за упругого воздействия пружины, стремящейся к увеличению своего наружного диаметра и, соответственно, к увеличению давления в зоне контакта с эксцентриковыми кулачками. Увеличение наружного диаметра - распускание - пружины происходит в течение ограниченного промежутка времени, определяемого упругими свойствами материала пружины, ее геометрическими характеристиками и количеством витков. После завершения процесса распускания эксцентриковые кулачки разжимаются и выходят из контакта с навитой пружиной.

Продолжительность вращения шпинделя с зажатой пружиной в направлении, обратном направлению вращения при навивке, необходимое и достаточное для протекания процесса распускания, для пружин с малым индексом и количеством витков до 20, по опытным данным, составляет не более двух оборотов. Точная регулировка продолжительности вращения не требуется. Так как упругое воздействие пружины на кулачки патрона направлено в сторону, обратную вращению при навивке, организация вращения шпинделя в обратном направлении не связана с деформацией проволоки и поэтому требует небольших энергетических затрат, в отличие от известного решения, принятого в качестве прототипа заявляемого изобретения. Вращение шпинделя в направлении, обратном направлению вращения при навивке пружины, происходящее после разжимания кулачков патрона, может происходить в течение минимального промежутка времени, определяемого только удобством регулировки. Достаточная величина этого промежутка не превышает 0,5 с. Вращение шпинделя при этом, фактически происходит на холостом ходу станка и также не требует значительных энергетических затрат. Достаточное значение общей продолжительности вращения патрона в направлении, обратном направлению навивки, для пружин с малым индексом и количеством витков до 20 не превышает 1 с.

Осуществление предлагаемого способа навивки винтовых пружин преимущественно малого индекса не требует предварительных расчетно-экспериментальных работ для определения механических свойств материала проволоки.

Пример осуществления способа.

Навивали пружину распылителя топливной форсунки. Последовательно применяли проволоку трех марок, указанных в качестве допускаемых материалов в конструкторской документации на пружину:

1) сталь OTEVA 70SC; предел прочности (по сертификату на поставленную партию) 1960…2060 Н/мм²;

2) сталь R12; предел прочности (по сертификату на поставленную партию) 1720…1860 Н/мм²;

3) сталь R15 VD SC; предел прочности (по сертификату на поставленную партию) 1960…2060 Н/мм².

Фактический диаметр проволоки составлял: от Ø2,17 до 2,22 мм. Наружный диаметр пружины по чертежу: Ø7,4 мм. Внутренний диаметр пружины по чертежу: Ø3^+0,06 мм. Полное количество витков по чертежу: 11,75±0,12.

Опытным путем был определен и применялся для всех марок проволоки диаметр оправки, на которую навивали пружину Ø2,9 мм.

Поджатие пружины по наружному диаметру выполняли в патроне для закрепления детали на станке (пат. RU 2705184, опубл. 05.11.2019. Бюл. №31).

После навивки и снятия со станка все навитые пружины соответствовали требованиям чертежа, в том числе по величине внутреннего диаметра и отклонению формы наружных поверхностей.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является экономичный способ навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом, обеспечивающий стабильность винтовых пружин по геометрическим характеристикам для всей применяемой номенклатуры проволоки при использовании самозажимных эксцентриковых патронов, предпочтительно - патрона для закрепления детали на станке (пат. RU 2705184, опубл. 05.11.2019. Бюл. №31).

Предлагаемый в качестве изобретения способ навивки винтовых пружин преимущественно с малым индексом внедрен и применяется в серийном производстве пружин на Алтайском заводе прецизионных изделий.