Изготовление пружин и рессор

В тракторах и сельскохозяйственных машинах широко применяются цилиндрические винтовые пружины сжатия и растяжения из проволоки круглого сечения (рис. 24). Обычно пружины изготовляются из проволоки диаметром от 1,5 до 10 мм. По точности изготовления пружины делятся на три группы. К первой группе относятся пружины с допускаемыми отклонениями по силам и упругим перемещениям ± 5 %, ко второй группе - ± 10 % и к третьей группе - ± 20 %. В сельскохозяйственных машинах, как правило, применяются пружины 3 группы точности. Пружины клапанов двигателей, регуляторов топливных насосов, перепускных клапанов гидросистем тракторов изготовляются по 1 и 2 группам точности.

 

 

Рис. 24. Типы пружин:

а – сжатия; б – растяжения

Пружины сжатия навиваются открытой навивкой с шагом, обеспечивающим просвет между витками на 10…20 % больше расчетных осевых упругих перемещений каждого витка. Расчетное осевое упругое перемещение витка определяется при максимальной рабочей нагрузке. Концевые витки поджимаются к соседним виткам, а торцевые поверхности пружины шлифуются перпендикулярно ее оси. Этим достигается передача нагрузки на пружину вдоль ее оси.

Пружины растяжения снабжаются прицепами для передачи усилия на пружины. Часто прицепы выполняются в виде отогнутых витков. Пружины растяжения навиваются закрытой навивкой таким образом, чтобы было обеспечено начальное натяжение (давление между витками). Это натяжение выбирается равным 1/4…1/3 от предельной силы, при которой испытывается пружина.

Во избежание искривления оси пружины сжатия под нагрузкой (потеря продольной устойчивости) длина пружины обычно не превышает 4…6 наружных диаметров Длина пружины растяжения конструктивно не ограничивается.

Пружины изготовляются из высокоуглеродистых сталей 65 и 70 и легированных сталей 65Г, 60С2А, 50ХФА и др. Холоднотянутые углеродистые стали 65 и 70 обладают в состоянии поставки механическими свойствами, позволяющими применять их без закалки (твердость 255…285 НВ). После изготовления пружины из этих сталей подвергаются только отпуску для снятия напряжений, возникающих в процессе волочения и навивки в холодном состоянии. Пружины, изготовленные из горячекатаных и отожженных сталей, подвергаются закалке и отпуску до твердости 40…50 HRC.

Углеродистая пружинная проволока выпускается диаметром до 8 мм трех основных классов: нормальной прочности (III), повышенной прочности (II) и высокой прочности (I).

Технологический процесс изготовления пружин сжатия включает следующие основные работы: навивка, обрубка в размер, поджатие концевых витков, термическая обработка, шлифование торцов пружины, заневоливание, контроль и испытание. При изготовлении пружин растяжения выполняются: навивка, обрубка в размер, отгибка крайних витков для образования зацепов, термическая обработка, контроль и испытание.

Изготовление пружин из проволоки диаметром до 8 мм обычно производится холодной навивкой, из проволоки большего диаметра – горячей навивкой. Для навивки применяются оправки, диаметр которых при холодной навивке несколько меньше внутреннего диаметра пружины с учетом упругих деформаций витков пружины, а при горячей навивке равен внутреннему диаметру пружины. Температура нагрева проволоки при горячей навивке в зависимости от диаметра пружины выбирается от 800 до 1000 °С. В массовом производстве холодная навивка пружин ведется на автоматах.

Пружины из проволоки диаметром до 4 мм на автоматах можно изготовлять безоправочным методом. На рис. 25 показана схема действия такого автомата. Проволока, проходя через правильные и транспортирующие ролики, подается на пальцы 7, которые изгибают ее в спираль, так что образуется пружина требуемого диаметра. Пружина требуемой длины отсекается ножом 5 на упоре 6. Все действия по сматыванию проволоки с бухты и подачи ее в станок, навивке пружины, фиксированию заданного шага пружины, прекращению подачи проволоки и отделению заготовки совершаются автоматически.

 

 

 

Рис. 25. Схема действия автомата для безоправочной навивки пружин:

1 – проволока; 2 – правильные ролики; 3 и 4 – транспортирующие ролики;

5 – нож; 6 – упор; 7 – пальцы; 8 – направляющие

 

В серийном производстве пружины навиваются на токарных станках с использованием цилиндрических оправок. Конец навиваемой проволоки закрепляется на оправке, установленной в центрах или зажатой в патроне. Станок настраивается на требуемый технологический шаг навивки. При навивке для создания требуемого натяжения проволока проходит между двумя колодками (деревянными), закрепленными в резцедержателе. Необходимая сила прижатия колодок к проволоке создается с помощью прижимных болтов резцедержателя.

Если оборудование не позволяет навивать пружины с требуемым шагом, то после навивки они разводятся по шагу. Пружины, навитые холодным способом, разводятся в холодном состоянии, а пружины, навитые горячим способом. – при температуре 700…850 °С в зависимости от диаметра проволоки. Концевые витки пружины сжатия должны быть поджаты так, чтобы на длине 3/4 – 1 витка они почти соприкасались с соседними рабочими витками. После шлифования торца толщина свободного конца витка обычно должна составлять около 1/4 диаметра проволоки. В мощных пружинах для облегчения операции шлифования торцов концы проволоки предварительно оттягиваются в горячем виде. При навивке на токарном станке поджатые витки образуются после выключения продольной подачи суппорта.

Пружины, полученные холодным способом из предварительно подготовленного материала (углеродистые холоднотянутые стали), после навивки подвергаются только отпуску в масляных или соляных ваннах при температуре 250…320 °С в течение 15…30 мин в зависимости от диаметра проволоки. Пружины, навитые горячим способом или навитые холодным способом из отожженного материала, подвергаются термической обработке, которая подразделяется на предварительную (нормализация и отпуск) и окончательную (закалка с последующим отпуском). Так, пружины из проволоки 60С2А при предварительной термической обработке нагреваются до температуры 850…860 °С в течение 20…40 мин и охлаждаются на воздухе. При окончательной термической обработке пружины закаливаются в масле с предварительным нагревом до температуры 850…870 °С и выдержкой 20…50 мин. После закалки производится отпуск в течение 30…60 мин с нагревом до температуры 400…425 °С. Твердость такой пружины после термической обработки должна составлять 40…49 HRC.

В массовом и крупносерийном производствах торцы пружин небольших размеров шлифуют на плоскошлифовальных станках торцом круга. Применяются также специальные станки для шлифования обоих торцов пружины одновременно.

Пружины сжатия статического и ограниченно-кратного действия подвергают заневоливанию, заключающемуся в пластическом деформировании материала. В результате заневоливания наружные волокна проволоки приобретает остаточные деформации. При заневоливании пружина сжимается (обычно до соприкосновения витков) для создания напряжений выше предела упругости и выдерживается в таком состоянии в течение 1…2 сут. Для предохранения от коррозии на пружину наносят защитные покрытия.

Контроль пружины заключается в проверке наружного и внутреннего диаметров, свободной длины пружины и отклонения ее оси от торцовой плоскости (у пружин сжатия) или от плоскости симметрии прицепов (у пружин растяжения). Затем пружина подвергается испытанию нагружением. Пружина, сжатая до рабочей длины, должна создавать силу, соответствующую нагрузке в установленных пределах. Для испытаний в мелкосерийном и серийном производствах могут быть использованы весовые устройства. В связи с тем, что отклонения диаметра проволоки и диаметра пружины в пределах допусков оказывают большое влияние на характеристику пружины, для получения пружин с рабочими усилиями в узких интервалах производится их сортировка на группы. В массовом производстве контроль и сортировка пружин выполняются автоматически.

Листовые рессоры (рис. 26) состоят из нескольких наложенных друг на друга листов разной длины. Они изготовляются главным образом из полосового проката, наиболее часто имеющего прямоугольный профиль. После разрезки полосы на отдельные листы и придания им соответствующей формы в горячем состоянии производится термическая обработка: закалка в масле с нагревом до температуры 840…860 °С и отпуск при температуре 400…450 °С до твердости 38…45 HRC. После термической обработки листы тщательно очищают от окалины с помощью дробеструйной обработки, что одновременно увеличивает их усталостную прочность. Перед сборкой рессорные листы смазывают графитовой смазкой для уменьшения сил трения между ними.

 

 

Рис. 26. Рессора

 

 

Вопросы для самопроверки:

Лекция 16

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

ДВИГАТЕЛЕЙ

 

1. Технология производства поршней.

2. Технология производства поршневых колец.

3. Технология производства поршневых пальцев.

4. Технология производства шатунов.

5. Технология производства коленчатых валов.