Способ изготовления пружин с некруглым сечением проволоки — SU 2003416 (original) (raw)
(19) Ю 3 (51) 5 В ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ПАТЕНТУ 4 ь Ф Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Центр безотходных технологий "СПРИНГ (72) Соловьев О.В; Старов В.Н.; Медведев С.С.(73) Центр безотходных технологий "СПРИНГ (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИН С НЕКРУГЛЫМ СЕЧЕНИЕМ ПРОВОЛОКИ(57) Использование: в приборостроении. Сущность изобретения: проволоку навивают на оправку, располагая при этом витки на ней вплотную. Затем осуществляют пластическое деформирование ма - териала заготовки вдоль расположенных коаксиально поверхностей оправки и обоймы пресс-формы, равноотстоящих.по всему контуру друг от друга на размер, равный толщине поперечного сечения витка. создаваемой опрессовкой пружин При опрессовке проволоки настадиях формирования поперечного сечения витка пружины осуществляют нагрев заготовки и накладывают ультразвуковые колебания. После получения пружины производят разводку ее до определенного шага с помощью винта с различной формой винтовой поверхности или с помощью клина, который внедряют между витками вращающейся пружины и который совершает возвратно-поступательное перемещение относительно ее оси. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к машино-, приборостроению, где используют пружины,работающие с большими циклическими нагрузками или с тарированными усилиями.Оно также относится к обработке металлов 5давлением и может быть использовано приизготовлении пружин с произвольным, некруглым профилем проволоки в сечениипружины,Известен способ изготовления пружинс некруглым профилем поперечного сечения проволоки с использованием стадиипрокатывания в валках до необходимогопрофиля нагретой проволоки с последующей навивкой ее на оправку. 15Недостатком способа является неудобства, связанные с эксплуатацией копирнопрокатного устройства, а также искажениепрофиля проволоки вследствие накапливающихся, неравномерно распределенных 20внутренних напрякений о проволоке.Наиболее близок к изобретению способизготовления спиральных пружин о несколько приемов, по которому вначале получают заготовку-пружину из вплотную 25навитой круглой проволоки, а затем ее формуют путем продольного обжатия в штампедо прямоугольного сечения витка, после чего заготовку разводят до заданного шага ЯНедостатками способа является ооз- Оможность изготовления только малогабаритных пружин с диаметром до 20 мм. Приизготовлении пружин большой длины заметны нестабильность шага пружины и повышенная неравномерность в сечении З 5витков проволоки. Это связано с неравномерностью деформирования осего обьемаматериала заготовки, различных условийструктурирования материала при большойстепени деформирования по высоте эаготооки,Недостатком способа является неуправляемое течение материала по обьему заготовки из-за наличия лищь двухограничивающих степеней свободы.Предлагаемый способ отличается от известного тем, что формирование поперечного профиля витка пружины осуществляетсяв управляемом замкнутом обьеме равномерно и с наименьшими внешними резкими 50структурными воздействиями на материалпроволоки, Для снижения трения между опрессовываемой заготовкой, обоймой прессформы и оправкой, а также улучшенияформирования структуры материала на втором этапе силового ооздействия по оси эаготовки вводится нагрев о сочетании с наложением ультразвуковых колебаний,При использовании предлагаемого способа реализуется схема сжатия, что позооляет распределить внутренние напряжений более равномерно по сечению витка и предотвратить развитие микротрещин, зто оо многом обусловливает повышение стойкости пружин,Предлагаемый способ позволяет расширить возможности получения пружин с некруглым профилем проволоки, В качестве заготовки используется материал любого размера и формы прутка; в пределах одного технологического процесса выполняется навиока пружины, затем - профилирование витков.На фиг. 1 показана пружина с некруглым профилем поперечного сечения витка и ее параметры: Онар - наружный диаметр; Оен - внутренний диаметр, Оср - средний диаметр, Оср - (Онар+ Оен)/2; г. - щаг пружины; по- число витков; Но - длина в несжатом состоянии, (а. Ь) - стороны прямоугольного профиля пружины,На фиг,2 представлены основные этапы изготовления пружины с некруглым профилем поперечного сечения проволоки, полученной из круглой проволоки после навивки, опрессовки и разводки пружины, а именно; а - опрэока; б - наоитая на оправку круглая проьолока-(заготовка); в-заготовка в пресс-форме; г - полученная опрессованная пружина-заготовка; д - способ разводки заготовки клином; е - разводка диском; ж - полученная пружина; з - способ разводки винтом.Изготовление прукины осуществляют по следующему способу. На круглую оправку диаметром (Оср - Ь) фиг. 2, а навивают вплотную друг к другу без зазора проволоку, получая заготовку (фиг. 2, б). Один конец проволоки фиксируют о отверстии оправки. Проволока может быть любого профиля о поперечном сечении витка, например круглая калиброванная. Заготовку снимают с оправки (фиг, 2, б) и помещают в пресс-форму 1 (фиг, 2, г) с отверстием (Оср+ Ь). Прессформу закрывают с обеих сторон опорной плитой 2 и пуансоном 3. Заготовку подвергают силовому воздействию О, прикладывая его равномерно с возрастанием до тех пор, когда круглая проволока диаметром б пластически деформируется, например в прямоугольник сечением (Ьха). Выдержав в сжатом состоянии пресс-форму определенное время, но достаточное для стабилизации структуры материала. включают системы нагрева (элементы которых помещены о закрытых пазах пресс-формы вдоль заготовки) и ультразвука - УЗК. После структурирооаний материалапружины пресс-форму раскрывают, оыни 2003416мают пружину-заготовку и подвергают ее разводке,При опрессовке проволока-заготовка находится между пуансоном 3, плитой 2 (Фиг, 2, в), поверхностью обоймы и поверхностью внутренней оправки, вставленной в пресс-форму (оправка показана штриховойлинией, см; Фиг, 2, в). Причем цилиндрические поверхности внутренней оправки и отверстия обоймы расположены соосно, коаксигльно, с равновеликим зазором побокам. Диаметр оправки, на которую навивают проволоку-заготовку, и диаметр внутренней.оправки равны или близки, Диаметры оправки и отверстия пресс-Формы разнятся на величину, равную (2 Ь), гдеЬ - ширина витка некруглого профиля пружины.. Между заготовкой и боковыми поверхностями небольшой и равный с обеих сторон зазор, Варьируя зазором, например, эа счет изменения диаметра оправки или проволоки, управляют величиной Ь (значит и а)профиля витка пружины, Таксоэдаютуправляемый замкнутый обьем для деформацииматериала заготовки, т,е, предпосылки дляполучения пружин различной жесткости.Обычно диаметр оправки равен (Оср - Ь), а диаметр отверстия обоймы пресс-формы (Оср - Ь). При опрессовке используют внутренню 1 о оправку, постоянно находящуюся вобойме, или коротку 1 о оправку с навитой проволокой (см. Фиг. 2, б). По длине внутренняя оправка больше высоты навитой проволоки-заготовки. Как правило, заготовки для опрессовки получают из многовитковой заготовки большой длины, из которой нарезают заготовки необходимой высоты, приэтом торцы подшлифовывают.Созданные условия пластической дефарлации в замкнутом объеме приводят к некоторым сложностям и повышенномутрению о стенки обоймы и оправкиДля,благоприятного пластического деформирования необходима специальная смазка, нагрев в зоне обработки и другие средства, например наложение ультразвуковыхколебаний.При изготовлении пружин из круглойпроволоки диаметром 5-8 мм без смазки, нагрева и ультразвука нередко наблюдается неравномерность по толщине а витка пружины, Разброс достигает 10-22, Причем вклад факторов почти одинаков. Нет смазки - разброс по а составляет 8 - 10, нет нагрева или ультразвукового воздействия - неравномерность параметра а составляет 5-8 Д от каждого Фактора. Особые твердые смазки и деформирование в несколько стадий снижают неравномерность до малых ве 10 40 личин, но это связано с технологическимитрудностями получения плоских пружин.Воздействия нагревом и ультразвукомпозволяют управлять структурой материалапружины, Это сказывается на ее работоспособности. В совокупности эти факторы повышают на 10 - 20% циклическую стойкостьпружин. Поэтому наложение ультразвуковых колебаний и нагрев, совершаемые настадии опрессовки, являются особенностями метода, они способствуют созданию высокостойких пружин,Выбор способа разводки зависит от вида пружин, традиций производства,степени автоматизации процесса,При разводке винтом (Фиг, 2, 3), заготовку, винт или одновременно винт и заготовкувращают, Винт представляет собой стержень с винтовой поверхностью. Диаметрстержня меньше, чем внутренний диаметрОоя пружины, Выступающая винтовая поверхность изготовлена с определенным шагом. С учетом напряжений в пружине,последующей релаксации и эаневоливаниянеобходимо, чтобы шаг винтовой поверхности был несколько больше шага изготавливаемой пружины, но в любом случае шаг недолжен быть меньше, чем шаг витка, требуемый по чертежу пружины.В зависимости от диаметра пружины,соотношений (Ьха), условий трения приразводке выступающую над стержнем винтовую поверхность изготавливают прямоугольной, наклонной или трапециевиднойформы, подобной ходовым винтам металлорежущего оборудования.Способ разводки клином (фиг, 2, д) состоит в том, что первоначально клин внедряют между витками отпрессованнойпружины-заготовки. Пружине придают вращение вокруг сваей оси и подачу на требуемый шаг. Для уменьшения износа клинсовершает возвратно-поступательное движение относительно оси пружины. Как правидо, из-за наклона витков клинрасположен под некоторым углом к оси пружины.При разводке вращающимся дискомили несколькими дисками, (фиг, 2, е) последние расположены с наклоном относительнооси пружины. Пружину вращают и переме- .щают навстречу дискам, приводы автономны, Система дисков (или пружина)совершает движение. аналогичное движению суппорта станка при нарезании резьбыс заданным шагом.Во всех случаях при разводке необходима обильная смазка.П р и м е р. Из проволоки 51 ХФА 1496378 круглого поперечного сечения диамет2003416 ром 4,0 мм навивают заготовку пружины нацилиндрическую оправку диаметром 9,8 мм.Затем деформируют заготовку в иресс-форме при сжимающем усилии 0 = 467 кН иполучают пружину, витки которой после 5разводки имеют некруглый профиль с параметрами а 1 = 2 мм, Ье4,5 мм. Разводятпружину с помощью винта, шаг 5,4 мм, Получение пружины с такими же параметрамипо способу прототипа крайне затруднительно (изгиб сильно вытянутого сечения),После деформирования круглой проволоки-заготовки с усилием,О = 300 кН получен профиль с параметрами ае = 1,5 мм,Ь 1= 5,2 мм, 15Приложение больших усилий при опрессовке позволяет получить еще болеесплющенный виток. Пружину с таким профилем проволоки по способу прототипаполучить невозможно; к тому же внутреннее 20отверстие будет конусное,Пружины по известному способу (беэопрессовки) изготавливали из прутков прямоугольного профиля навивкой с заданнымшагом, Размер сечения витков пружины 25( 4 - 3,0 " 3,0 мм.Изготовленные пружины по предлагаемому способу (с навивкой и оирессовкой)имели параметры, представленные в табли- ЭО осуществляют вдоль расположенных коаксиально. поверхностей оправки и обоймы .пресс-формы, равноотстоящих ио всему контуру друг от друга на размер, соответствующий толщине поперечного сечения витка, создаваемой опрессовкой пружины, при этом на стадиях Формирования некруг35 лого. сечения витка пружины в зоне опрвссовки осуществляют нагрев заготовки и накладывают ультразвуковые колебания, в разводку полученной пружины-заготовки осуществллют с помощью средства для получения определенного шага пружины,Формула изобретения 1, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИН СДЕКРУГЛЫМ СЕЧЕНИЕМ ПРОВОЛОКИ в несколько переходов, включающий навивку витков проволоки. Формирование опрессовкой некруглого профиля сечения витков путем обжатия заготовки в штампе, имеющим пресс-Форму, разводку пружины и термообработку, отличающийся тем, что навивку витков проволоки осуществляют посредством оправки, причем витки на последней располагают вплотную, пластическое деформирование материала заготовки це, серии 1 и 2, Параметры пружин серии 2 и 4, включая площадь сечения, почти одинаковы, разница - в способах изготовления, потому и различны стойкости пружин. У предлагаемого способа работоспособность пружин в 2,5 раза выше. Отметим, что Омар = 18,4 мм, Овн 9,8 мм, е - 5,4 мм.Испытаниями установлено следующее: находясь в более жестких условиях (свободная длина Но 45 мм к 77 мм, площадь сеченил 9,0 мм 2 к 12,9 мм 2) пружины, изготовленные по предлагаемому способу (серия 1) работают даже при 48 сжатия от размера Но с цикличностью 5,2 10 ходов; пружины, изготовленные по известному способу М 3, лишь при 28 ф сжатии имеют цикличность хуже - 4,8 10" ходов.Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить стойкость пружин на 35-52уменьшить массу и габариты соответственно в 2,0 и 1,7 раза по сравнению с пружинами, изготовленными по традиционному способу прототипа, Пружины, изготовленные по предлагаемому способу, могут работать с большими технологическими усилиями и в более жестких условиях без потери работоспособности.(56) Авторское свидетельство СССРМ 1266623, кл. 8 21 Р 35(00, 1986,2003416 ф иъ.2 Составитель О, СоловьеТехред М.Моргентал дакт орректор М, Шароши Заказ 329 Подпис Тираж НГ 10 "Поиск" Роспатента113035. Москва, Ж, Раушская наб издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 зводстве 2. Способ по п,1. отличающийся тем, что диаметр оправки равен Ор - Ь, а диаметр внутреннего отверстия обоймы пресс-формы равен Оср + Ь, толщина одного витка после опрессовки составляет величину а, где Оср - средний диаметр требуемой пружины, Ь и а - соответственно ширина и высота прямоугольного профиля витка пружины в поперечном сечении.3, Способ по п,1, отличающийся тем, что разводку осуществляют винтом, имеющим прямоугольную, или наклонную, или трапециевидную форму, винтовой поверхностью в поперечном сечении, имеющей шаг по крайней мере не меньше, чем шаг витка требуемой пружины, при этом винт 5 вращают и перемещают с помощью пружины.4. Способ по п.1, отличающийся тем,что разводку осуществляют клином, который внедряют между витками вращающей ся пружины и который совершаетвозвратно-поступательное движение относительно оси пружины.