Технология производство пружин малого диаметра

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.

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=

Читайте также:  Невозвратный клапан для воды

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

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.

Читайте также:  Ножницы на шуруповерт для резки металла

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.

Как известно, существуют различные виды пружин, которые отличаются не только по конструкции, но еще и по способу взаимодействия с остальными механизмами в узлах. Так, например, пружины сжатия работают на сжатие, пружины растяжения — на растяжение, ну а пружины кручения, соответственно, на изгиб и скручивание. При этом данные виды пружин имеют витую форму, в отличии от той же тарельчатой пружины или от любого типа пружин-рессор. Само собой, технология изготовления пружин витого типа будет отличаться от того как происходит производство пружин с другой конструкцией.

В целом, технология изготовления пружин подразумевает под собой совокупность последовательного использования специальных технологических инструментов, например, станочного оборудования и каких-либо сырьевых материалов. При этом, само производство пружин может происходить за разное число этапов и с использованием различных способов, которые выбирает непосредственно сам завод-производитель, в зависимости от назначения конкретной пружины. Соответственно, технология меняется исходя из всех характеристик и конструкционных параметров у этого металлического изделия.

Пожалуй, наиболее распространенными в промышленности и быту считаются как раз таки витые виды пружин, а именно, кручения, сжатия, растяжения. По этой причине нами сегодня будет рассмотрено, что представляет технология изготовления пружин из данной классификации. Вообще, наличие специальной навивки в конструкции позволяет подобным пружинам многократно воспринимать повторяющиеся нагрузки, проявляя высокую степень устойчивости к разным механическим воздействиям без потери своих характеристик, в числе которых имеются следующие физико-химические свойства:

  • Коэффициент упругости
  • Предел воспринимаемой нагрузки
  • Усталостная прочность

Именно эти параметры влияют на продолжительность, а главное, на качество работы пружин. Собственно, для того, чтобы обеспечить данным изделиям максимально возможную долгосрочность эксплуатации, производство пружин должно осуществляться из надежного сырьевого материала, посредством поэтапного применения разных технически процессов на специальном оборудовании. Как правило, навивка осуществляется оператором из стальной проволоки на токарных станках либо вручную, либо через автомат одним из двух основных способов: горячим методом или же холодным методом.

Холодная технология изготовления пружин



Производство пружин холодным способом в Российской Федерации выполняют чуть чаще, нежели горячим, ввиду наиболее низкой себестоимости производства. Для таких работ не требуются дополнительные дорогостоящие станки, кроме навивочного. Собственно, такой метод предполагает использование оборудования, оснащенного двумя основными валиками, через которые и происходит навивка. Верхний из валиков позволяет регулировать натяжение, а также задавать направление завивки, используя для этого специально установленный винт. Сам процесс изготовления выполняется примерно так:

  1. Подготавливается специальная сталь для изготовления пружин (стальная проволока).
  2. Проволока просовывается через планку в суппорте.
  3. Ее конец прочно закрепляется на оправке при помощи зажима.
  4. Через верхний валик устанавливается необходимое натяжение.
  5. В зависимости от диаметра проволоки выбирается скорость вращения.
  6. Запускается в работу валик, наматывающий пружину.
  7. По мере достижения необходимого числа витков, проволока обрезается.
  8. В завершении деталь обрабатывается механически и термически.

Несмотря на то, что форма изготавливаемого изделия может быть как бочкообразной, так и цилиндрической, или даже конической, холодная технология изготовления пружин не позволяет использовать для изготовления пружин сталь диаметром более 16 миллиметров. Механическая обработка проводится для устранения зазубрин, сколов или же любых других дефектов на поверхности метиза, полученных в результате предыдущего проката проволоки, либо во время непосредственного процесса навивки с целью обеспечения наиболее лучшего качества изделия и повышения срока его эксплуатации.

Кроме того, немаловажным этапом является последующая термическая обработка, за счет проведения которой заготовка сможет избавиться от всех полученных во время навивки внутренних напряжений. При этом сам метод обработки выбираю исходя из того, какая была использована сталь для изготовления пружин. В некоторых случаях используют и отпуск и закалку, в некоторых, например, в бронзе, только лишь низкотемпературный отпуск. Так или иначе, каждый из данных процессов позволяет изделию достичь основных своих критериев, в числе которых состоит их великолепная упругость.

Читайте также:  Как самому проверить аккумулятор автомобиля на работоспособность

Горячая технология изготовления пружин



В отличии от холодного способа, горячее производство пружин подразумевает лишь изготовление изделий с диаметром от 10 миллиметров. То есть метизы меньших габаритов не получится сделать таким способом априори. Горячая технология изготовления пружин для создания заготовок требует проводить процедуру равномерного нагрева. При этом сам нагрев производится очень быстро на специальном станке. После чего разогретый до красна пруток необходимо просунуть через фиксирующую планку в навивочный станок и закрепить концы заготовки в зажимах и выполнять следующие этапы:

  1. Задать необходимое натяжение через верхний валик.
  2. Выбрать скорость вращения, в зависимости от диаметра.
  3. Включить станок, начав процесс навивки проволоки.
  4. По окончании работ снять цельную заготовку.
  5. Отправить изделие на термическую обработку.
  6. Максимально охладить спираль в масле.
  7. Провести механическую обработку поверхности.
  8. Нанести защитный антикоррозийный слой.

Обратите внимание, что горячая технология изготовления пружин для экономичного расходования сырьевых материалов не предусматривает разрезание пружины по мере того, как будет достигнут необходимый размер изделия. Это значит, что навивка происходит сразу на всю длину заготовки, а уже потом от нее отрезают куски необходимой длины. Повторная термическая обработка изделия необходима для снятия внутреннего напряжения. Охлаждать заготовку в масле, а не в воде рекомендуется по причине того, что во время долгой закалки в воде горячая сталь может попросту пустить трещину.

Тем не менее, если технология изготовления пружин требует проводить закалку как раз в воде, то необходимо соблюдать временной диапазон от 1 до 3 секунд, после чего так же опустить заготовку в масло. После этого пружину вынимают и очищают от масла. Далее уже идет аналогичный холодному методу навивки этап механической обработки изделия: заточка, шлифовка и другие технологические операции. Кроме того, для улучшения износостойкости изготовленных обеими способами пружин довольно часто производители применяют так же антикоррозионную обработку поверхностей изделия.

Сталь для изготовления пружин

Поскольку пружины зачастую используются для гашения каких-либо типов нагрузок, сталь для изготовления пружин должна иметь очень высокие технические характеристики. В зависимости от предназначения итоговых изделий, для их создания могут использоваться самые различные марки стали. Однако, наиболее часто, производство пружин выполняется из углеродистой и высоколегированной стали. Как правило, заводы-изготовители используют такие марки, как 50ХФА, 50ХГФА, 55ХГР, 55С2, 60С2, 60С2А, 60С2Н2А, 65Г, 70СЗА, У12А, 70Г, а также ещё множество других стальных сплавов.

Среднеуглеродистые и высокоуглеродистые марки стали, а также низколегированные стальные сплавы, которые задействует любое производство пружин, называются рессорно-пружинными. Зачастую, сталь для изготовления пружин обозначается еще как пружинная сталь. Стандартом для ее производства считают ГОСТ 14959-79, который предписывает все допуски и требования к техническим характеристикам. По госстандарту, пружинная сталь должна иметь очень качественную поверхность без наличия каких-либо дефектов, способных привести к частичному или же полному разрушению.

Дело в том, что при наличии, например, трещин на поверхности изделий, в процессе их эксплуатации при тяжелых различных тяжелых условиях, все усталостные явления будут концентрироваться как раз в наименее устойчивых дефектных местах. Именно поэтому вся пружинная сталь до того, как началось непосредственное производство пружин, должна пройти процедуру проверки на соответствие установленным требованиям ГОСТ 14959-79. Кроме того, сталь для изготовления пружин должна иметь хорошую упругость и проявлять высокую устойчивость к агрессивным воздействиям.

Достичь этого помогает, во-первых, химический состав того или иного сплава, так как под конкретные рабочие условия подбирается конкретная сталь для изготовления пружин. Во-вторых, противостоять напряжению и разрушению позволяют процесс закалки и отпуска изделий. Проведение данных технологических процессов подразумевает любая технология изготовления пружин, однако для каждой марки стали есть свои нюансы. В частности, этим нюансом является среда закаливания, в роли которой выступают масло или вода, а также еще и сама температура, при которой идет закаливание.

Собственно, температура при которой закаливается сталь для изготовления пружин, варьируется в пределах от +800°С до +900°, в зависимости от конкретного сплава. А отпуск проводится уже при диапазоне от +300°С до +480°С. Это обусловлено тем, что именно при подобных температурах возможно достичь одного из самых важных параметров пружинной стали — наибольшего предела упругости стали. Твердость получаемой продукции равняется 35 — 45 единицам твердости по Шору, что равнозначно значению от 1300 до 1600 килограмм на один квадратный миллиметр поверхности.

Характеристики стали для изготовления пружин

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector