Технология изготовления плоских пружин

Пружины и рессоры обычно работают в условиях многократных повторных нагружений. Такие детали должны обладать высокими упругими свойствами и выдерживать при эксплуатации большое число повторных нагружений без поломок и без осадки. Последнее означает, что при снятии нагрузки пружина или рессора должна полностью восстанавливать свои первоначальные размеры и форму. Многочисленными исследованиями установлено, что на долговечность работы пружин и рессор большое влияние оказывает качество и чистота обработки поверхности. Риски, волосовины, царапины и другие дефекты поверхности недопустимы, поскольку они резко снижают работоспособность таких деталей.

Пружины небольших размеров навиваются из твердой холоднотянутой проволоки диаметром до 6—8 мм. Проволока изготовляется из углеродистой стали и упрочняется путем особой термической обработки — патентирования. По существу это сочетание изотермической закалки с холодным волочением. После такой закалки проволока приобретает структуру сорбита и затем протягивается последовательно через несколько отверстий (фильер). Диаметр отверстия немного меньше диаметра проволоки, протягиваемой через него. В результате проволока постепенно утоняется до нужных размеров. Уменьшение диаметра проволоки происходит путем пластической деформации, которая сопровождается наклепом. Благодаря этому проволока приобретает высокие упругие и прочностные свойства.

После навивки пружин из такой проволоки термическая обработка нужна только для снятия напряжений, возникших при навивке. С этой целью проводится отпуск при 200—250 °С с выдержкой в течение 20 мин.

Для изготовления пружин небольших и средних размеров наряду с патентированной проволокой используется проволока, полученная методом деформационного упрочнения, который разработан на Горьковском автозаводе. Он заключается в том, что проволоку из сталей 45, 65Г и др. подвергают вначале нормализации, а затем холодному волочению. Из такой проволоки навивкой изготовляют пружины, а затем нагревают их до 280—300 °C и выдерживают в течение 20—40 мин. При этом происходит процесс, называемый деформационным старением, в результате которого получается необходимое упрочнение проволоки. Аналогичным образом можно изготовлять рессоры, производя вместо волочения холодную прокатку листов.

Читайте также:  Схема звезда и треугольник отличие

Пружины средних и больших размеров, а также рессоры изготовляют из легированных сталей 50Г, 60С2 и др. Углеродистые стали вследствие их низкой прокаливаемости не используются. Кремнистые стали имеют повышенную прокаливаемость, но склонны к обезуглероживанию. Марганцовистые стали обладают также повышенной прокаливаемостью, но в то же время склонны к трещинам при закалке.

Навивка пружин средних и больших размеров производится из прутков в горячем состоянии. После этого следует термическая обработка.

При этом рекомендуется руководствоваться следующими правилами:

1) нагрев пружин под закалку нужно проводить в горизонтальном положении либо подвешивать их на приспособлении типа елочки; в противном случае пружина под тяжестью собственной массы может дать осадку;

2) пружины растяжения, имеющие витки, прилегающие вплотную один к другому, нужно зажимать или обвязывать так, чтобы их не развело при нагреве;

3) длинные пружины малого диаметра во избежание коробления перед нагревом надо насаживать на оправку;

4) пружины в закалочную жидкость во избежание коробления нужно погружать в вертикальном положении;

5) независимо от марки стали закалку производить в масле;

6) для получения равномерных свойств отпуск пружин лучше проводить в селитряных ваннах, а если в камерных электропечах, то обязательно с вентиляторами;

7) проводить отпуск на твердость HRC 40—47.

Технологический процесс изготовления пружин больших размеров включает следующие операции: горячую навивку; разводку витков на заданный шаг; закалку; отпуск; шлифовку торцов; очистку. При механизированном производстве пружин можно совместить нагрев под навивку и закалку.

Основная трудность при изготовлении пружин — предупреждение коробления при закалке. С этой целью применяют оправки. При изготовлении пружин небольших размеров оправку применяют при отпуске. Если: такая пружина при закалке покоробилась, то при насаживании на оправку перед отпуском она выпрямляется, и в условиях нагрева при отпуске размеры ее фиксируются по оправке. Пружину больших размеров, покоробленную при закалке, трудно зафиксировать на оправке перед отпуском. В таких случаях следует производить закалку на оправке. Однако при этом конструкция оправки должна обеспечивать достаточно полный доступ закалочной жидкости к пружине.

Читайте также:  Физические свойства стали 20 теория

Рекомендованные сообщения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

Материалы. Изготовление пружин

Пружины изготовляют из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,5—1,1%. Из углеродистых сталей изготовляют пружины с диаметром проволоки до 10 мм; из легированных сталей — пружины, работающие при высоких напряжениях или повышенных температурах, а также пружины с большими сечениями проволоки (диаметром 20—30 мм) дли обеспечения закалки на полное сечение.

Присадка кремния (до 2%) повышает упругие качества стали и сопротивление повторным ударным нагрузкам. Ванадий (0,1—0,2%) и вольфрам (до 1,2%) вводят для повышения механических свойств и термостойкости. Для пружин ответственного назначения применяют вольфрамокремнистые и хромокремневанадиевые стали, обладающие наиболее высокими механическими свойствами.

Пружины, работающие при повышенных температурах, изготовляют из хромованадиевых сталей типа 50ХФА (термостойкость до 300°С), вольфрамокремниевых сталей типа 65С2ВА (до 350°С) и стали 40X13 (до 450°С).

Для пружин, работающих при температурах свыше 500°С, применяют специальные стали с повышенным содержанием Cr, V, Mo, W.

В табл. 57 приведены основные материалы, применяемые для изготовления пружин, и их механические свойства после термообработки. Модуль упругости пружинных сталей Е = (2,1—2,2)· 10 5 МПа, модуль сдвига G = (7,6—8,2)·10 4 МПа.

Сопротивление усталости пружинных сталей мало зависит от химического состава и в гораздо большей степени определяется состоянием поверхностного слоя. Обезуглероживание поверхностного слоя при термообработке, местные дефекты (коррозия, забоины, царапины, истирание при износе) резко снижают предел выносливости. Значительного повышения сопротивления усталости можно добиться полированием и особенно нагартовкой поверхностного слоя (волочением, дробеструйной обработкой).

Предел выносливости при отнулевом циклическом нагружении составляет в среднем 400—600 МПа.

Прочность пружинных сталей очень зависит от диаметра проволоки, резко возрастая с уменьшением диаметра. В качестве примера на рис. 856 приведены показатели прочности холоднокатаной проволоки в функции диаметра. Прочность проволоки малого диаметра (0,2—1 мм) примерно в два раза превышает прочность проволоки большого диаметра (8 мм). Диаметр проволоки следует учитывать при выборе допускаемых напряжений при расчете пружин.

Читайте также:  Схема параллельного и последовательного подключения лампочек

Для изготовления пружин, работающих в условиях повышенной влажности или соприкасающихся с химически агрессивными средами, применяют коррозионностойкую сталь 40X13 или сплавы на основе меди. В табл. 58 приведены наиболее употребительные медные сплавы и их механические свойства.

Модуль упругости сплавов на медной основе Е = (1,2—1,3)·10 5 , модуль сдвига G = (4,5—5)·10 4 МПа.

Наиболее высокими антикоррозионными свойствами и наибольшим сопротивлением усталости обладают бериллиевые бронзы. Сочетание этих свойств с высокой электропроводимостью обусловливает широкое применение бериллиевых бронз для изготовления пружин в электромашиностроении. Кроме того, бериллиевые бронзы отличаются высоким постоянством упругих свойств и почти полным отсутствием гистерезиса и по этой причине часто применяются для изготовления упругих элементов точных приборов.

Пружины из сплавов на медной основе парамагнитны и применяются в тех случаях, когда необходимо исключить влияние магнитных полей.

Спиральные пружины из проволоки малого диаметра (до 10 мм) с отношением D/d>4 (D — средний диаметр пружины; d — диаметр проволоки) изготовляют навивкой в холодном состоянии. Пружины с отношением D/d

Пружины, навиваемые в горячем состоянии, подвергают после навивки обязательной термообработке. Навивку производят при 800—1000°C.

Пружины из бронз БрО4ЦЗ и БрКЗМц1 навивают в состоянии поставки и после навивки подвергают нагреву до 100—150°С для снятия напряжений. Пружины из бериллиевых бронз закаливают в воде с 800°С, после чего подвергают отпуску при 250—350°С.

Стальные пружины ответственного назначения, работающие в условиях циклических нагрузок, после термообработки подвергают дробеструйной обработке.

Заключительной операцией изготовления пружины является нанесение покрытия с целью предупреждения коррозии. Стальные пружины обычно подвергают цинкованию, кадмированию, никелированию, хромированию, фосфатированию и т. д.