Технология изготовления пружин сжатия

Сейчас каждый человек, прежде чем приобрести тот или иной товар интересуется, из чего он изготовлен, вопросы задают либо в магазинах, либо сами ищут необходимую информацию в Интернете. В данной статье мы расскажем немного о процессе изготовления пружин.

Для их производства в основном используют пружинную сталь. При приёмке пружины обязательно проходят испытания на прочность и упругость. Способы проверки разнообразны, но в любом случае они максимально приближены к фактическим условиям работы пружин . Для пружин , изготовленных из термически обработанной проволоки необходимо провести дополнительный отпуск при высокой температуре, который позволит снять внутреннее напряжение, возникающее при изготовлении, а также повысит её упругие свойства.

В основном отпуск пружин производят, помещая их в щелочные или селитровые ванны на 5-10 минут, в зависимости от сечения материала, используемого при изготовлении.

Если отпуск производится в нефтяных или электрических печах, то в этом случае следует тщательно следить за равномерностью нагрева и длительность данной процедуры составляет 20-40 минут.

Пружины, выполненные из отожженной стали проходят закалку, и требую отпуска.

Если пружина была выполненная из проволоки, имеющей диаметр больше 6 мм, то для нее требуется дополнительный отпуск при высоко температуре порядка 700 градусов, для устранения наклёпа, который появляется в результате холодной навивки. Если навивка происходила при помощи высокой температуры, то такие пружины закалку проходят легко.

Для избежания деформации, пружины , имеющие большой диаметр, необходимо нагреть в специальном аппарате, мелкие – помещают на противне в печь. Для предотвращения окисления и обезуглероживания выдержку в печи необходимо выдерживать наименьшую. Если в печи нет защитной атмосферы для пружин , то производители закладывают их в печь или помещают в изолирующую среду, при этом значительно уменьшают количество забрасываемого угля.

Охлаждать пружины следует, помещая их в масло, так как в воде могут возникнуть трещины. Перед проведением процедуры отпуска пружины тщательно очищают от масла, промывая их в содовом растворе, а затем тщательно высушивают, помещая в опилки. Весь этот процесс необходим по одной причине – плохо отмытое масло при отпуске вспыхивает, а значит, происходит неравномерный нагрев, и прочностные качество значительно уменьшаются. Температура отпуска составляет от 300 до 400 градусов. Отжиг крайних витков производят в свинцовой ванне. Пружины , крупного диаметра перед отпуском следует надевать на трубы, благодаря чему устраняется коробление.

При покупке пружины следует обращать внимание на её внешний вид: на ней должны отсутствовать риски, волосовины и другие дефекты, которые могут привести впоследствии в процессе эксплуатации к трещинам.

Ниже приведена ознакомительная информация о технологии изготовления пружин сжатия, растяжения, кручения, а также торсионных пружин из материалов круглого сечения диаметром 0,2 – 50,0 мм.

Технология изготовления винтовых цилиндрических пружин имеет несколько различных направлений в зависимости от спецификации и назначения готовых изделий:

пружины, навиваемые в холодном состоянии и не подвергаемые закалке

Для навивки пружин в холодном состоянии применяют специальные пружинонавивочные станки, а для навивки небольших партий – переоборудованное под навивку пружин токарное оборудование, специальные полуавтоматы либо ручная оснастка.
Технологический процесс изготовления пружин, навиваемых на пружинонавивочных автоматах включает в себя обязательную навивку опытных экземпляров пружин с последующей механической, слесарной и термической обработкой для проверки на соответствие чертежных требований, а также коррекции дальнейшего процесса производства в соответствии с полученными результатами.
При любом из способов навивки обеспечиваются следующие параметры:
– наружный, средний или внутренний диаметр пружины
– количество рабочих и общих витков
– шаг и высота пружины с учетом дальнейшей обработки
– для пружин сжатия – правильность поджатия опорных витков, для остальных пружин – обеспечение дополнительных технологических витков.
После навивки, пружины в зависимости от назначения подвергаются механической обработке. Пружины сжатия торцуются в соответствии с чертежными требованиями на специальных торцешлифовочных машинах, либо используют промышленные точила с абразивными кругами разных диаметров. У пружин кручения и растяжения формируются технологические концы или зацепы с последующей обрубкой/обрезкой технологических концов с применением специального инструмента и оснастки.
Далее пружины направляются на термообработку. Для данного вида пружин применяется низкотемпературный отпуск в специальных отпускных печах для снятия внутренних напряжений и приданию готовому изделию постоянных пружинных свойств. Длительность и температура выдержки в печи зависит от диаметра материала и его принадлежности к ГОСТам.
После термообработки пружины проходят испытания на соответствие требований чертежей, а также контроль ОТК на соответствие параметров.
При необходимости на поверхность пружины наносится антикоррозионное покрытие. После гальванического покрытия обязательно применяется операция прогрева с целью обезводораживания.

Читайте также:  Куда подключать провода в выключателе

– пружины, навиваемые в холодном состоянии с последующими закалкой и отпуском

Технологический процесс данной подгруппы пружин идентичен процессу изготовления пружин, навиваемых в холодном состоянии и не подвергаемых закалке. Отличие состоит в том, что после навивки и дополнительной механической обработки пружины подвергают закалке и отпуску по технологическому процессу в зависимости от применяемого материала.
Закалка подразумевает под собой нагрев и выдержку изделия на определенной температуре с последующим принудительным охлаждением в охлаждающей среде ( масло, вода, солевой раствор, др.).
Отпуск – нагрев и выдержка пружин после закалки на определенной температуре с целью придания изделию необходимых технологических качеств.
После закалки и отпуска пружины проверяют на твердость и соответствие основным технологическим параметрам ( сжатие, растяжение, кручение, изгиб ). По согласованию с заказчиком могут применяться дополнительные способы обработки поверхности – пескоструйная очистка, упрочнение дробью, антикоррозионное покрытие и др.

– пружины горячей навивки с последующими закалкой и отпуском

Для навивки применяют специальные полуавтоматы или переоборудованное токарное оборудование. Материал перед навивкой проходит обязательный разогрев. Способы нагрева :
– проходные электрические печи
– проходные газовые печи
– нагрев с использованием токов высокой частоты
Дополнительная операция – оттяжка концов заготовок перед навивкой с использованием местного разогрева. При этом используются кузнечные вальцы и термическое оборудование для разогрева.
Разогретую заготовку подвергают навивке с соблюдением требований чертежа. Навитую пружину обрабатывают в зависимости от назначения и технологических особенностей:
– обрезка/обрубка технологических концов после навивки;
– торцовка ( пружины сжатия ), отгиб зацепов или технологических концов ( пружины растяжения и кручения ).
– обеспечение геометрических параметров инструментом.
Далее пружины подвергают закалке и отпуску в зависимости от используемого материала и требований чертежа.
При навивке пружин с предварительно оттянутыми технологическими концами возможна подача пружин на закалку с навивки без дополнительного разогрева ( при обеспечении перпендикулярности опорных плоскостей относительно оси пружины). После закалки и контроля геометрии пружина без дополнительной обработки поступает на отпуск.
После термообработки продукция проходит контроль ОТК на соответствие параметров. При необходимости применяют дополнительные операции: технологическое обжатие, горячее или холодное заневоливание, копровую отбивку и др., а также дополнительные способы обработки поверхности.
Далее кратко рассматривается информация о технологии изготовления тарельчатых, плоских, пластинчатых пружин из материала сечением до 30 мм.

Пружины плоские, пластинчатые, спиральные, тарельчатые.

Данные пружины изготавливаются из листового, ленточного, полосового проката из материалов, указанных в технической документации заказчика. Технологический процесс включает в себя следующие операции:
– заготовительная – порубка/порезка, штамповка, строжка, фрезерование или другие способы первичной обработки материала
– слесарная – придание изделиям геометрических характеристик, указанных в технической документации – гибка, зачистка, сверловка и др. технологические операции
– термообработка производится в зависимости от применяемого материала и технологических особенностей изделия
– проверка на соответствие требований чертежа
– дополнительная обработка – пескоструйная обработка, упрочнение дробью, антикоррозионное покрытие.

Для обеспечения потребностей заказчиков пружинной продукцией максимального ассортимента на нашем предприятии применена система разделения производственных процессов в зависимости от применяемых материалов, а также серийности продукции. При выполнении работ по изготовлению партий различного объема, а также серийной продукции, мы применяем следующие технологические линии:
участок мелких пружин: изготовление пружин из материалов, имеющих поперечное сечение в пределах от 0,2 до 3-4 мм. ( далее )
При изготовлении пружин данной группы используется современное пружинонавивочное оборудование, обеспечивающее высокое качество навивки пружин, а также позволяет выполнять практически любые задачи заказчиков в количественном выражении.
Краткое описание технологического процесса:
– навивка пружин на пружинонавивочных автоматах;
– формирование опорных плоскостей (торцев) пружин на торцешлифовальном оборудовании ( торцовка пружин применяется при использовании материалов, имеющих сечение более 0,8 мм );
– термическая обработка согласно применяемых при изготовлении пружин материалов;
– технологическое обжатие на специальном оборудовании, заневоливание в холодном или нагретом состоянии, технологические испытания пружин на соответствие нагрузкам и геометрическим параметрам.
участок средних пружин: изготовление пружин из материалов, имеющих поперечное сечение в пределах от 4 до 12 мм. ( далее )
При изготовлении пружин данной группы применяется как традиционная навивка пружин на пружинонавивочных автоматах, так и навивка пружин с применением нагрева материалов перед навивкой. Оборудование, применяемое при изготовлении пружин данной категории, позволяет быстро и качественно обеспечить выполнение практически любого заказа.
Краткое описание технологического процесса:
– навивка пружин на пружинонавивочных автоматах при холодной навивке пружин, навивка пружин на специальных пружинонавивочных станках с применением разогрева материала перед навивкой;
– формирование опорных плоскостей торцев пружин на торцешлифовальном оборудовании;
– термическая обработка согласно применяемых при изготовлении пружин материалов;
– в зависимости от технических условий изготовления применяются: технологическое обжатие на специальном оборудовании, заневоливание в холодном или нагретом состоянии, технологические испытания пружин на соответствие нагрузкам.
участок больших пружин: изготовление пружин из материалов, имеющих поперечное сечение в пределах 12,0 – 50,0 мм. ( далее )
При изготовлении пружин с применением материалов, имеющих сечение более 12 мм, применяется навивка пружин на специальных пружинонавивочных станках с обязательным разогревом заготовок перед навивкой пружин. При этом навивка пружин может производиться с применением дополнительной операции оттяжки концов заготовок перед навивкой. Пружины данной категории проходят термическую обработку в разрезе закалка-отпуск, в зависимости от применяемых при изготовлении пружин технологических особенностей материалов. Обязательной операцией для пружин данной группы является 100% обжатие пружин после термической обработки ( технологическое упрочнение пружин), по желанию заказчика проводится дополнительная обработка поверхности пружин дробъю ( механическое упрочнение поверхности пружин ).
участок нестандартных пружин и мелкосерийной продукции: изготовление пружин небольших партий из материалов, имеющих поперечное сечение от 0,2 до 50,0 мм ( далее )
Изготовление пружин данной группы требует дополнительных затрат как на настройку, так и непосредственно на изготовление пружин. Это связано с тем, что производство пружин небольшими партиями нецелесообразно выполнять на высокопроизводительных пружинонавивочных автоматах. Непосредственное изготовление пружин производится на специально оборудованных под навивку пружин токарно-винторезных станках, а также на разработанных нашими специалистами специальных полуавтоматах для навивки пружин небольших партий. Технологический процесс изготовления пружин полностью соответствует всем требованиям, применяемым при серийном производстве и обеспечивает качественное изготовление пружин не зависимо от объема партии.
Также на данном участке возможно изготовление различных пружин сжатия из материалов квадратного сечения, полосового материала, а также материалов, имеющих различные технологические особенности сечения и поверхности.

Читайте также:  Прибор для измерения теплового излучения называется

В настоящее время в магазинах можно без проблем приобрести практически любые необходимые в домашнем хозяйстве изделия. В то же время внимание и творческие усилия самодеятельных конструкторов всё больше направляются на технически сложные объекты: тракторы, вездеходы, легковые автомобили и даже самолёты. Меняется и подход самодельщиков к реализации задуманных проектов; их не пугает необходимость самостоятельного изготовления сложных и точных деталей, к которым к тому же могут предъявляться жёсткие требования по прочности. Одним из таких типичных элементов, присутствующих практически во всех энергоёмких конструкциях, являются винтовые цилиндрические пружины растяжения или сжатия. В связи с этим многим нашим читателям будет интересно и, надеемся, полезно ознакомиться с методикой, разработанной украинским инженером В.В.Виниченко, которая поможет изготовлению ответственных пружин с необходимым качеством и точностью.

Предлагаемый способ навивки винтовых цилиндрических пружин реализуется на токарно-винторезном станке при помощи специального приспособления, состоящего из оправки и копира. В патроне станка крепится оправка с зацепом в виде отверстия в торце фланца для фиксирования начала пружинной проволоки. В резцедержатель устанавливается державка с копиром. Копир — это вал с нарезанной винтовой канавкой переменного шага, который свободно вращается в двух подшипниках. Канавки в начале и в конце копира обеспечивают навивку поджатых витков пружины, а центральная часть — навивку рабочих витков с необходимыми шагом и диаметром.

Державка копира представляет собой конструкцию, сваренную из 40-мм стальной пластины, усиленную ребром из 10-мм полосы, и двух корпусов подшипников. Правый корпус приварен к пластине, а левый крепится болтами М12 (для обеспечения возможности замены копира>. Конкретные чертежи на державку не представлены, поскольку они диктуются типом токарно-винторез-ного станка и размерами навиваемой пружины. Изготовление пружины производится в следующей последовательности. Сначала заготовка — мерный отрезок проволоки отогнутым под 90° концом длиной 4 — 5 d пропускается снизу под копиром и устанавливается в отверстие-зацеп оправки. Затем копир поворачивается вручную до совпадения начала канавки с положением проволоки. Её натяг и постоянный контакт с винтовой канавкой копира обеспечиваются значительным сопротивлением изгибу пружинной стали заготовки. Процесс формирования пружины начинается включением шпинделя станка на минимальных оборотах. Проволока навивается на оправку, а шаг задаётся винтовой канавкой вращающегося в подшипниках копира.
Ниже приводится методика расчёта параметров оправки и копира, обеспечивающих необходимые размеры пружины.

Принятые обозначения при проведении расчётов

Исходные данные <размеры пружины):
п — число рабочих витков;
п. — полное число витков;
t — шаг рабочей части;
Do — внутренний диаметр;
Dcp — средний диаметр.
Параметры копира:
I — длина рабочей части;
DKon — внутренний диаметр канавки;
DHJ1 — диаметр нейтральной линии витков, навиваемых на оправку;
к – ОипЮкоп — поправочный коэффициент;
Т — шаг винтовой линии рабочей части;
Т — шаг винтовой линии заходной и выходной частей.
Оправка:
d —диаметр.
Промежуточные расчётные величины;
L — длина одного витка пружины без учёта шага;
D — средний диаметр витков пружины, навитых на оправку;
X — табличный коэффициент для определения нейтральной линии при изгибе;
B — коэффициент, учитывающий пружинные свойства проволоки;
попр —число рабочих витков пружины, навиваемых на оправку с учётом упругости проволоки;
L1 —длина проволоки, проходящей по рабочей части копира;
L2 — длина проволоки рабочих витков пружины, навитых на оправку;
L3 — длина проволоки, навитой на оправку с учётом поджатых витков;
Lч — длина проволоки пружины согласно чертежу.

Читайте также:  Пила сабельная dexter 850 вт отзывы

Решающее значение при расчёте имеет величина, учитывающая упругость проволоки при изгибе. Она используется при определении диаметра оправки и количества витков поп . Для определения значения этой величины рекомендуется следующая последовательность. В первом приближении изготавливается оправка диаметром D , На токарно-винторезном станке на оправку навивается 5 — 10 витков проволоки с шагом подачи, приблизительно равным шагу пружины. При этом в резцедержатель устанавливается специальный ролик с канавкой. После навивки определяется угол раскручивания всех витков пружины а вычисляется угол, приходящийся на один виток а.1 и в заключение — коэффициент В = а1 /360°/, учитывающий упругость проволоки из заданного материала.

Ниже приведена методика на примере расчёта размеров копира и оправки для навивки пружины из стали 60С2А-В-1-ХН ГОСТ 14963-78 с параметрами: п = 9; nt = 11; t = 14 мм; Do = 42 ± 0,9 мм; d= 8 мм; Dср=50 мм.

При заданных размерах пружины по вышеописанной методике экспериментально установлено увеличение дуги окружности одного витка на 30° после снятия с оправки диаметром 42 мм, что соответствует увеличению длины витка в 1,083 раза (В = 30° 360° = 0,083). Исходя из этого,
Dcp.onp. = (L – ВL/ тт = L (1 – В)/тт = 157×0,917/3,14 = 46 мм,
где L = тт Dcp = 3,14×50 = 157 мм;
d опр. = Dcp.onp.— d = 46 — 8 =38 мм
nопр = 1,083п + 0,25 = 1,083 + 0,25=

10
где 0,25 — добавочная часть витка с учётом допуска числа рабочих витков.
Диаметр нейтральной линии витка на оправке (рис. 2) вычисляется по формуле:
D нл. = d опр + 2d X.
X — определяется по таблице [1] в зависимости от соотношения donp/2d (в нашем случае 38/ (2×8) = 2,375)
Методом интерполяции и вычисляем X = 0,458 и округляем до 0,46.
Тогда Dнл.45,36 мм.
DKOn в первом приближении принимается равным Do = 42 мм.
Тогда коэффициент к = Dил /Dкоn -45,36/42 = 1,08.
Длина рабочей части копира: = t-n = 14×9 = 126 мм.

Расчётный шаг рабочей части копира:
Т = |/(попр к) = 126/(10×1,08) = 11,67 мм.
Полученный расчётный шаг рабочей части копира округляется до ближайшего шага подачи токарно-винторезного станка (Т = 12 мм), чтобы обеспечить возможность нарезки винтовой канавки. Для сохранения заданного шага пружины внутренний диаметр канавки копира пересчитывается из условия выбранного шага копира:
k = l/(Tnonp) = 126/(12×10) = 1,05.
Тогда DКОП. = Dн л/н = 45,36/1,05 =43,2 мм.

Число витков заходной и выходной частей копира выбрано равным 1,5. Шаг канавки этих частей определяется по экспериментально установленной формуле:
Tn = 0,875d = 0,875×8 = 7 мм, и принимается равным ближайшему шагу подачи на станке (7 мм).
Заходная и выходная части привариваются к оси копира или крепятся двумя штифтами диаметром 8 мм и двумя винтами М8. Сопряжение канавок заходной и выходной частей копира с канавкой рабочей части обрабатывается вручную соответствующим напильником, обеспечивая плавность перехода. Материал копира — сталь 45, термообработка — закалка до твёрдости HRC38. 42.
Для проверки расчётов определяется длина проволоки:

L1= DKon тт 1/Т = 43,2×3,14×126/12 = 1425 мм и сравнивается с длиной проволоки:
L2 = D нл. тт п опр. = 45,36×3,14×10 =1425 мм.
Также сравнивается длина проволоки:
L3 = D нл. тт (п опр. + 2×1,083) =45,36×3,14(10+2×1,083) = 1733 мм

с длиной проволоки:
Lч = (Do +2d X) тт n = (42 + 2x8x0,46) хЗ,14х11 = 1705 мм.
При правильном расчёте погрешность Лямда не должна превышать 2,5%. В нашем случае:
Лямда= (L3 — Lч ) 100%/L4 = (1733 — 1705)100/1705 = 1,6%.

Чертежи навивки пружині при помощи копира

Изготовление пружин видео