Из чего делают пружины

Из чего делают пружины

Витая цилиндрическая пружина растяжения

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и поглощения механической энергии. Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон).

Стальные пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА).

Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3).

Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Виды пружин

Из чего делают пружины

Витая цилиндрическая пружина сжатия

По виду воспринимаемой нагрузки:

  • пружины сжатия;
  • пружины растяжения;
  • пружины кручения;
  • пружины изгиба.

Пружины растяжения — рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца.

Пружины сжатия — рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы.

  • Также пружина Бурдона — трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.
  • Витки пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения.
  • Пружины кручения — могут быть двух видов:
  • торсионные — стержень, работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина)
  • витые пружины, работающие на кручение (как в бельевых прищепках, в мышеловках и в канцелярских дыроколах).

По конструкции:

Характеристики пружин

Для витых цилиндрических и конических:

  • количество витков
  • шаг витка
  • диаметр проволоки
  • предельно воспринимаемая нагрузка

также усталостные характеристики.

Теория

С точки зрения классической физики, пружину можно рассматривать как устройство, накапливающее потенциальную энергию путём изменения расстояния между атомами эластичного материала.

В теории упругости законом Гука установлено, что растяжение эластичного стержня пропорционально приложенной к нему силе, направленной вдоль его оси. В реальности этот закон выполняется не точно, а только при малых растяжениях и сжатиях.

Если напряжение превышает определённый предел (предел текучести) в материале наступают необратимые нарушения его структуры, и деталь разрушается или получает необратимую деформацию. Следует отметить, что многие реальные материалы не имеют чётко обозначенного предела текучести, и закон Гука к ним неприменим.

В таком случае, для материала устанавливается условный предел текучести.

Витые металлические пружины преобразуют деформацию сжатия/растяжения пружины в деформацию кручения материала из которого она изготовлена, и наоборот, деформацию кручения пружины в деформацию растяжения и изгиба металла, многократно усиливая коэффициент упругости за счёт увеличения длины проволоки противостоящей внешнему воздействию.

Коэффициент жёсткости

Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости

где

dD — диаметр проволоки;
dF — диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки);
n — число витков;
G — модуль сдвига (для обычной стали G ≈ 80 ГПа, для меди ~ 45 ГПа).

См. также

  • Закон Гука
  • Модуль Юнга
  • Слинки
  • Пружинная шайба
  • Амортизатор
  • Рессора

Пружины и их разновидности — Машкрепеж

Общее наименование «пружина» идентифицирует упругие элементы, аккумулирующие и передающие/возвращающие энергию, полученную в ходе изменения своей внешней конфигурации под воздействием нагрузок различных видов. Энергия восстанавливается, когда данное изделие, деформированное под нагрузкой, приобретает исходное состояние. Функции, выполняемые пружиной, зависят от ее формы и типа.

Классификация

Подразделение пружин на виды осуществляется по нескольким критериям. В частности, такие, как «конструкция» и «тип нагрузки». Существует еще один критерий. Это – «тип пружины». Однако он является производным от первых двух. Рассмотрим более подробно состав групп, сформированных на основе данных критериев.

Конструкция

По признаку «конструктивное исполнение» пружины бывают ниже перечисленных видов.

Винтовые. Получили очень широкое распространение. Работают как на растяжение, так и на сжатие. Винтовые пружины отличает простота изготовления и надежность конструкции.

Производят их горячей либо холодной навивкой проволоки на специальные приспособления – оправки. Упругие элементы данного вида, в свою очередь, подразделяются:

  • по типу нагружения — пружины кручения (Рис. г), сжатия (Рис. в, б), растяжения (Рис. а);
  • по виду оправки – параболоидные, конусообразные и цилиндрические.

Изготовление пружин сжатия предусматривает наличие между витками определенного зазора. При этом крайние витки должны быть поджаты к соседним виткам. Также их обычно шлифуют по плоскости, расположенной относительно продольной оси пружины под прямым углом.

Торсионные. По внешнему виду схожи с винтовыми, но их отличие – функционирование «на кручение».

Принцип действия такой: к пружине приложены две силы, векторы которых ориентированы перпендикулярно относительно ее продольной оси. Соответственно, работают эти силы в параллельных плоскостях.

Торсионом, находящемся в рабочем состоянии, продуцируется крутящий момент мощностью, достаточной для балансировки крупногабаритных механизмов.

Встречается в виде основного элемента подвески внедорожников и в многопоточных редукторах. В последнем варианте торсионные пружины выполняют функцию выравнивания моментов между параллельными трансмиссиями.

Спиральные. Пружина данного вида представляет собой своеобразное механическое устройство – свернутую металлическую проволоку/ленту, хранящую и высвобождающую энергию для поглощения внешних импульсных воздействий и для нивелирования усилий по вытягиванию либо, наоборот – сжатию между объектами. 

Спиральные пружины используются в механических часах, в пылесосах, оснащенных устройством втягивания шнура электропитания по завершению работы, рулетках и т.д.

Тарельчатые. Упругие элементы данного вида применяются при необходимости обеспечения устойчивости соединения к воздействию высоких силовых нагрузок, когда возникают несущественные деформации. Ниже представлен набор изображений, помогающий понять их устройство.

На Рис. «а» показано, как выглядит элемент тарельчатой пружины. Повышение несущей способности достигается путем обжатия всей конструкции до полного распрямления. Такое технологическое решение обусловливает возникновение остаточных напряжений противоположного знака.

Податливость пружин данного типа повышается за счет последовательной установки тарелок (Рис. «б»). Еще один способ, позволяющий повысить несущую способность этих изделий – замена отдельных элементов пакетами (Рис «в»). Тарельчатые пружины могут активно сглаживать энергию колебаний. Для этого, наряду с пакетами элементов, применяют совместно с пружинами еще и плоские шайбы (Рис. «г»)

Волновые. По своим рабочим характеристикам упругие изделия данного вида близки к витым стандартным пружинам, работающих на сжатие, либо к пружинам тарельчатой разновидности. Однако у волновых имеется одно существенное преимущество. Заключается оно в следующем: при идентичном значении  допустимой нагрузки их геометрические размеры меньше где-то на 50%. 

Эта особенность волновых пружин позволяет применять их в узлах, требующих экономии пространства не в ущерб заданному рабочему ходу. Таким образом, использование данных изделий позволяет значительно уменьшить размеры определенного узла, а, следовательно, и всего создаваемого механизма, сокращая тем самым производственные расходы.

Газовые. Роль упругого элемента в пружине данного вида играет газ, закачанный под давлением в цилиндрический герметичный корпус. Кроме того, в этом корпусе имеется и масло. Газ предоставляет возможность накапливать энергию. Масло осуществляет демпфирование (сглаживание, замедление) перемещения поршня, а также обеспечивает смазку рабочих поверхностей узла.

Газовые пружины применяются во многих отраслях промышленного производства. Например, в автомобилестроении их примерный конструктивный аналог служит в качестве лифта-поддержки крышки багажника транспортного средства.

Чтобы понять принцип их действия, просмотрите очень информативное видео.

Его запуск осуществляется путем наведения курсора на ниже размещенное изображение с последующим одновременным нажатием клавиши «Сtrl» и левой кнопки мышки.

Характер нагрузки

Продолжая разговор о классификации пружин, необходимо назвать такой критерий, как «Характер нагрузки». На его основе можно выделить следующие разновидности исполнения этих упругих элементов:

  • нагрузка на изгиб. Пружины данного вида под внешним воздействием изменяют свои размеры незначительно. Наиболее характерный пример – автомобильная рессора. Также на изгиб работают стопорные элементы, пружины тарельчатого и торсионного типов и др;
  • нагрузка на кручение. Принцип действия упругого элемента данного вида основан на восприятии крутящего момента, который воздействует на его торец. В результате витки изгибаются в плоскости действия приложенного момента.
Читайте также:  Отличие вгп трубы от электросварной

Работа пружины характеризуется большей устойчивостью, когда крутящий момент не раскручивает ее (Рис.I), а наоборот, скручивает (Рис.II.) В соответствии с этой спецификой необходимо подбирать как расположение упоров, так и направление навивки. Если крутящий момент направлен против часовой стрелки по отношению к торцу пружины, тогда навивка должна быть правой, и наоборот.

Упругие элементы данного вида все мы знаем еще с детства. Они задействованы в мышеловках, дыроколах, прищепках для развешивания белья и в канцелярских степлерах;

  • нагрузка на сжатие/растяжение. Под внешним воздействием линейные размеры таких пружин, соответственно, уменьшаются или возрастают. Но витки стремятся занять исходное положение, за счет чего, изделия данного вида и выполняют свои функции.

Современная металлургическая промышленность производит пружины, работающие на сжатие/растяжение, нескольких конфигураций, основные из которых представлены на рисунке.

I. Цилиндрическая форма с постоянным расстоянием между витками.

II. Цилиндрическая форма со сменным интервалом между витками.

III. Конфигурация, напоминающая бочонок.

IV. Конструкция конической формы.

V. Форма, схожая с песочными часами. Научное название – гиперболоид.

Производятся данные упругие элементы из рессорно-пружинных сталей определенных марок – Cт.70, Cт.65Г, Ст.55C2, Ст.60C2A. В качестве сырья используется проволока с круглым сечением, размер которого варьируется в пределах min 0,3 мм; max 40 мм.

Прохождение пружинами процедуры термообработки обеспечивает сохранность упругих свойств и конфигурации на протяжении всего периода эксплуатации. Что же касается нанесения защитного покрытия, то здесь, по мнению экспертов, должно соблюдаться одно ограничение.

Формулируется оно так: подвергать оцинковке пружины, сечение витка которых превышает 8 мм, не рекомендуется. В ходе этого процесса происходит явление наводораживания металла, обусловливающее уменьшение его длительной прочности и пластичности.

По этой причине материал, и, следовательно, изготовленная из него пружина, становятся хрупкими.

Заключение

Подводя итоги, следует отметить, что в настоящий момент получили широкое распространение пружины, практически всех перечисленных видов. Используются они при необходимости создания различных механизмов, в том числе ответственных.

Проведение расчетов пружин преследует цель определить их основные технические характеристики, а также силу воздействия на сопрягаемые элементы конструкции, например, на подвеску легкового автомобиля.

В число важных параметров, подлежащих учету при выборе конкретного образца подобного изделия, входит коэффициент жесткости. Узнать его можно из справочников.

Пружина. Виды и применение. Жесткость и нагрузка. Особенности

Пружина – упругий, обычно витой элемент механизмов, отвечающий за возврат приложенного усилия. В зависимости от способа навивки работает в направлении сжатия или растяжения.

Виды пружин

По конструктивному признаку осуществляется классификация пружин на несколько разновидностей:

  • Винтовые.
  • Торсионные.
  • Спиральные.
  • Тарельчатые.
  • Волновые.

Винтовые являются самыми широко распространенными. Они имеют форму трубки. Элемент получают методом навивки проволоки или прута на цилиндрический шаблон. После чего заготовка поддается закалке и отпуску.

В зависимости от способа навивки зависит направление работы пружины. Наличие зазоров между витками позволяет ее использовать как элемент сжатия. Примером являются пружины в шариковых ручках, подвесках автомобилей, мототранспорта. При плотной навивке пружина срабатывает на растяжения. Такие элементы имеют на краях проушины зацепы.

Их используют в механизмах автоматического закрывания двери.

Торсионные имеют аналогичное устройство, что и винтовые. Однако они устроены так, чтобы срабатывать на кручение и изгиб. Концы таких пружин сделаны удлиненными для зацепа при установке. При воздействии на скручивание элемент противодействует. Торсионные пружины, к примеру, используются в сложных механизмах закрывания дверей.

Спиральные имеют форму ленты закрученной в спираль. Этот элемент применяется для накопления энергии. При установке в механизм он закручивается, накапливая за счет своей упругости энергию на раскручивание.

Именно такие пружины применяются в часовых механизмах, работающих на заводе без использования электрического источника энергии. Также их используют в ручных стартерах бензопил, мотокос для возврата шнура обратно и т.п.

Тарельчатая пружина имеет вид шайбы выгнутой под конус. За счет упругости металла она противодействует сжатию. Они постоянно подпирают гайки или другие комплектующие. Это достаточно редко применяемый элемент, однако он получил широкое распространение в механизмах рулевых реек большинства автомобилей.

Волновые представляют собой ленту уложенную по синусоиде, то есть волной. Она навивается по кругу, как и винтовые изделия.

Однако благодаря волнообразной укладки при сжатии, она воздействует обратно одинаково по всей плоскости без стремления уйти в сторону. Такое ее качество важно при изготовлении точных механизмов.

Волновой элемент также может изготавливаться  в виде незамкнутого кольца или тарельчатой пружины с синусоидой.

Классификация пружин по способу нагрузки

Более важным параметром, чем само устройство пружины, является способ ее нагрузки. При изготовлении различных механизмов возможно предусмотреть установку в него пружины практически любого устройства, главное чтобы она подходила по способу нагрузки.

Выполняется классификация пружин на следующие разновидности по воздействию:

  • Изгиб.
  • Кручение.
  • Растяжение.
  • Сдавливание.

Пружины изгиба противодействуют на усилие, нацеленное на их изгиб. Это качество используется для поджатия деталей механизмов между собой. Примером являются тарельчатые пружины.

Кручения оснащаются удлиненными ровными краями зацепами, которые фиксируются в механизмах. При попытке изменения их нормального положения в любую сторону они за счет упругости навивки основного тела возвращаются обратно. Примером таких элементов выступают торсионные пружины в бельевых прищепках.

Сжатия и растяжения имеют похожее устройство и отличаются только величиной зазора между витками навивки. Элемент сжатия при сдавливающем воздействии оказывает противодействие.

Именно такой тип пружин используется в прижимных клавишах. Пружина растяжения наоборот стремится принять свою нормальную форму на действие направленное на ее удлинение.

Она используется в конструкции кроватей раскладушек, спусковых механизмах огнестрельного оружия.

Из чего сделана пружина

Для производства пружин применяется специализированная проволока, имеющая повышенные параметры упругости. Из нее делают все виды пружин, кроме тарельчатых. Последние изготавливаются путем штамповки по листовой стали.

Пружинная проволока производится методом проката из определенного стального сплава. Благодаря специализированному составу, после термообработки, готовое изделие не ломается при механическом воздействии в приделах расчетных нагрузок.

Также оно приобретает повышенную устойчивость к снижению упругости после многократной деформации. Однако все пружины без исключения поддаются износу. Он проявляется в виде потери упругости.

Со временем они перестают принимать, после деформации, свое изначальное положение, поэтому нуждаются в замене.

Жесткость пружин

Рабочая жесткость пружины зависит от ряда параметров:

  • Химического состава металла.
  • Способа термической обработки.
  • Диаметра применяемой проволоки.
  • Числа витков.
  • Частоты витков.

Одним из самых важных параметров при выборе пружины является коэффициент ее жесткости. Он определяет, какое усилие требуется для сжатия или растяжения готового изделия.

Этот параметр является следствием сложных инженерных расчетов, учитывающих множество показателей механизма, в который необходима установка пружины. Для рядового пользователя более привычной выступает оценка по уровню стойкости измеряемой в единицах веса. Большинство пружин просто оценивают по тому, какой массы груз может ее полностью деформировать.

Если пружина будет подходить к механизму по длине и диаметру, но при этом для ее деформации нужно значительно большее усилие, чем требуется, то система не сможет работать.

По сути, развиваемое прижимное усилие не способно вызвать отклик упругости. Если же наоборот жесткости пружины окажется недостаточно, то растянувшись под нагрузкой, она не вернется обратно.

Аналогичная ситуация будет и при сжатии.

Жесткость всех видов пружин зависима от температуры. При их подборе оптимально проводить оценку жесткости в той температуре, в которой она будет использоваться. Чем теплее, до определенного порога устойчивости металла, тем выше упругость.

При охлаждении структура металла меняется, и пружины приобретают меньший ход и повышенную хрупкость. При эксплуатации в обычных условиях это почти незаметно.

Читайте также:  Датчики уровня для агрессивных жидкостей

Однако такое качество явно проявляется в случае использования тонких пружин в условиях Севера.

Как сделать пружину в домашних условиях

Практически в каждом механизме, где применяется пружина, она имеет свои параметры диаметра и высоты. Вследствие этого после ее износа возникают трудности с заменой. Для достаточно современных механизмов пружины можно заказать у поставщика запчастей, но для старых уже снятых с производства это невозможно.

В таком случае пружину можно изготовить самостоятельно. Для ее производства в домашних условиях требуется наличие пружинной проволоки. Так как она чаще продается на вес от 1 кг, то этого излишне много для получения одной пружины.

В таком случае можно приобрести в хозяйственном или автомагазине любую пружину сделанную из проволоки нужного диаметра. Используя ее как источник материала можно изготовить изделие требуемых параметров повторив фабричную технологию в упрощенном варианте.

При термообработке пружин на производстве их нагрев и охлаждение делается с точным контролем температуры измерительным оборудованием. В домашних условиях можно приблизительно контролировать нагрев металла по цвету побежалости. При разной температуре тот меняет свой цвет.

Сначала он сереет, потом синеет, краснеет, желтеет и становится почти белым.

Пружина донор разогревается любым доступным способом. Можно использовать горн, газовую или бензиновую горелку. Она греется до темно-красного цвета побежалости, после чего оставляется остывать на воздухе. Такая термообработка называется отжиг. Структура металла пружины меняется, и он становится податливым. Благодаря этому она легко разматывается на проволоку

Далее проволока наматывается на шаблон нужного диаметра. В его качестве может использоваться прут, болт и т.д. Витки делаются вплотную.

Затем заготовка снимается с бланка и из нее формируется необходимая пружина. Если она должна работать на сжатие, то витки разводятся. При изготовлении пружины растяжения в ней формируются проушины.

Если же изготавливается торсионное изделие, то края оставляются длинными и ровными.

После этого заготовка снова разогревается до темно-красного цвета и остужается в машинном масле. Это закаляет металл, делая его снова твердым, упругим, но хрупким.

 Затем изделие снова греется горелкой, но уже до светло-серого цвета и оставляется остужаться на воздухе. В результате металл отпускается. Он сохраняет упругость, но теряет хрупкость.

В таком виде изделие уже может использоваться по назначению.

Формы витых пружин

Витые пружины бывают:

  • Цилиндрические.
  • Конические.

Навитые на бланк пружины могут иметь не только правильную цилиндрическую форму, но и коническую. В ней каждый новый виток уже предыдущего.

Такое изделие применяется в том случае, если на него дополнительно ложиться поддерживающая функция. Оно не только срабатывает на возврат при деформации, но и работает как опора.

Конические пружины можно встретить на дорожных классических велосипедах, где они поддерживают сидение.

Цилиндрические и конические пружины могут быть обычными или составными. Составные являются сдвоенными. Это соединенные вместе 2 пружины разного диаметра. Одна располагается снаружи, а вторая ставится между ее витками. Таким образом, они работают вместе, обеспечивая необходимый уровень жесткости.

Похожие темы:

  • Газлифт. Виды и устройство. Назначение и применение. Особенности

Материалы. Изготовление пружин

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)· 105 МПа, модуль сдвига G = (7,6—8,2)·104 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.

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)·105, модуль сдвига G = (4,5—5)·104 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

Технология изготовления пружин

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.

Читайте также:  Клапан электромагнитный для сварочного полуавтомата

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.

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

Марка сплава Термический режим Характеристики
σ т σ в δ5 φ
Температура закалки Среда закалки Температура отпуска
Не менее
65 840°С Масло 480°С 80кгс/мм2 100кгс/мм2 10% 35%
70 830°С 85кгс/мм2 105кгс/мм2 9% 30%
75 820°С 90кгс/мм2 110кгс/мм2
85 100кгс/мм2 115кгс/мм2 8%
60Г 840°С 80кгс/мм2 100кгс/мм2
65Г 830°С 80кгс/мм2 100кгс/мм2
70Г 85кгс/мм2 105кгс/мм2 7% 25%
55ГС 820°С 80кгс/мм2 100кгс/мм2 8% 30%
50С2 870°С Масло или вода 460°С 110кгс/мм2 120кгс/мм2 6% 30%
55С2 120кгс/мм2 130кгс/мм2
55С2А
60С2 Масло 25%
60С2А 420°С 140кгс/мм2 160кгс/мм2 20%
70С3А 860°С 460°С 160кгс/мм2 180кгс/мм2 25%
50ХГ 840°С 440°С 110кгс/мм2 130кгс/мм2 7% 35%
50ХГА 120кгс/мм2
55ХГР 830°С 450°С 125кгс/мм2 140кгс/мм2 5% 30%
50ХФА 850°С 520°С 110кгс/мм2 130кгс/мм2 8% 35%
50ХГФА 120кгс/мм2 6%
60С2ХФА 410°С 170кгс/мм2 190кгс/мм2 5% 20%
50ХСА 520°С 120кгс/мм2 135кгс/мм2 6% 30%
65С2ВА 420°С 170кгс/мм2 190кгс/мм2 5% 20%
60С2Н2А 880°С 160кгс/мм2 175кгс/мм2 6%
60С2ХА 870°С 180кгс/мм2 5%
60СГА 860°С 460°С 140кгс/мм2 160кгс/мм2 6% 25%
  •  Условные обозначения:
  • σ т — предел текучести
  • σ в — предел кратковременной прочности
  • δ5 — относительное удлинение при разрыве
  • φ — относительное сужение
Ссылка на основную публикацию
Для любых предложений по сайту: [email protected]