[go: up one dir, main page]

RU2595175C2 - Method to strengthen cylindrical helical compression springs - Google Patents

Method to strengthen cylindrical helical compression springs Download PDF

Info

Publication number
RU2595175C2
RU2595175C2 RU2014148348/02A RU2014148348A RU2595175C2 RU 2595175 C2 RU2595175 C2 RU 2595175C2 RU 2014148348/02 A RU2014148348/02 A RU 2014148348/02A RU 2014148348 A RU2014148348 A RU 2014148348A RU 2595175 C2 RU2595175 C2 RU 2595175C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hardening
spring
springs
coil
rotation
Prior art date
Application number
RU2014148348/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014148348A (en
Inventor
Олег Иванович Шаврин
Марат Камилович Гайфутдинов
Алексей Константинович Домнин
Константин Леонидович Середкин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Priority to RU2014148348/02A priority Critical patent/RU2595175C2/en
Publication of RU2014148348A publication Critical patent/RU2014148348A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2595175C2 publication Critical patent/RU2595175C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Springs (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Wire Processing (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention can be used in production of springs of steel. Method includes operations of winding, hardening, tempering, grit blasting and pre-stressing of spring that is followed by cold-hardening of inner surface of springs using hardening device. Latter comprises three deforming rollers arranged relative to each other at an angle of 120°. Force-hardening of spring inner surface is created due to turn of each of deforming rollers on angle, the value of which depends on the preset radial force. Cold-hardening is performed at rotation of the spring at the rate of not more than 10 rpm.
EFFECT: higher fatigue strength and durability of helical springs is taking effect, reduced noise, vibration and drawing force in machining, higher period of resistance of the hardening device is taking effect too.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам изменения физической структуры черных металлов, а именно их поверхностного упрочнения путем деформации холодной обработкой, и может быть использовано при производстве пружин из стали.The invention relates to methods for changing the physical structure of ferrous metals, namely their surface hardening by deformation by cold working, and can be used in the manufacture of steel springs.

Из уровня техники известен способ повышения усталостной прочности упругих элементов - винтовых пружин, торсионов, листовых рессор, используемый в производстве этих деталей - обработка их поверхности потоком дроби, называемый дробеструйной обработкой [1, 2].The prior art method for increasing the fatigue strength of elastic elements - coil springs, torsion bars, leaf springs, used in the manufacture of these parts - surface treatment by a stream of shot, called bead-blasting [1, 2].

Применение этого способа для винтовых пружин из стали предусмотрено нормативными документами (ГОСТ 13764-86, ГОСТ 1452-2011). При этом способе пружина подается в камеру по направляющим вращающимся валам, где она в течение нескольких минут подвергается воздействию потока дроби (скорость полета дробинок 70-120 м/с, диаметр дробинок 0,8-1,2 мм). Поток дроби формируется в дробеметном аппарате дробеструйной установки [3, 4].The application of this method for coil springs made of steel is provided by regulatory documents (GOST 13764-86, GOST 1452-2011). In this method, the spring is fed into the chamber along the rotating rotating shafts, where it is exposed to the flow of shots for several minutes (the flight speed of the pellets is 70-120 m / s, the diameter of the pellets is 0.8-1.2 mm). The fraction flow is formed in the shot blasting machine of the shot blasting machine [3, 4].

При обдувке дробью, под воздействием ударов дробинок происходит пластическая деформация поверхностных слоев металла витков пружины - наклеп на глубину 0,1-0,4 мм. В этом слое увеличивается твердость, создаются остаточные сжимающие напряжения, что в целом затрудняет зарождение усталостной трещины в процессе эксплуатации пружин и увеличивает срок их службы до разрушения.When shot blasting, under the influence of impacts of pellets, plastic deformation of the surface layers of the metal of the spring turns occurs - hardening to a depth of 0.1-0.4 mm. In this layer, hardness increases, residual compressive stresses are created, which generally complicates the nucleation of a fatigue crack during operation of the springs and increases their service life until fracture.

Недостатками известного способа упрочнения являются его относительно высокая трудоемкость и низкая эффективность. В процессе нагружения осевой силой возникающие в материале витка пружины напряжения распределены по длине и поперечному сечению неравномерно - наиболее напряженными оказываются слои на наружной и внутренней поверхностях витка. При этом напряжения на внутренней поверхности витка пружины больше, чем на наружной в 1,4÷1,6 раза [5].The disadvantages of the known method of hardening are its relatively high complexity and low efficiency. During axial loading, the stress springs arising in the material of the coil are unevenly distributed along the length and cross section - the layers on the outer and inner surfaces of the coil are most stressed. In this case, the stresses on the inner surface of the coil of the spring are greater than on the outer surface by 1.4–1.6 times [5].

Величина этого неравенства зависит от конструктивных параметров пружины - величины кривизны витка. Повышенный уровень напряжений на внутренней поверхности витка пружины приводит к тому, что усталостная трещина зарождается на внутренней поверхности витка. Поэтому с целью эффективного упрочнения пружин при дробеметной обработке внутренние слои пружины и должны обрабатываться наиболее интенсивно. Это удается выполнить только у пружин, имеющих относительно небольшие диаметры пружины и прутка, из которого она навивается, и большой межвитковый зазор (более чем в 2÷3 раза превышающий диаметр прутка). При таких конструктивных параметрах поток дроби достигает внутренней поверхности витков пружины и производит их наклеп.The magnitude of this inequality depends on the design parameters of the spring - the magnitude of the curvature of the coil. An increased level of stresses on the inner surface of the coil of the spring leads to the fact that the fatigue crack originates on the inner surface of the coil. Therefore, in order to effectively strengthen the springs during shot blasting, the inner layers of the spring should be processed most intensively. This can be done only with springs having relatively small diameters of the spring and the rod from which it is wound, and a large inter-turn gap (more than 2–3 times the diameter of the rod). With these design parameters, the fraction flow reaches the inner surface of the coil of the spring and makes them riveted.

В пружинах, имеющих большие диаметры и малый межвитковый зазор (меньший или равный диаметру прутка), поток дроби практически не достигает внутренней поверхности витков и не производит их упрочнения. К указанному типу относятся пружины растяжения (межвитковый зазор отсутствует) и винтовые пружины тележек железнодорожных вагонов. У таких пружин эффективность дробеметной обработки незначительна, так как она нейтрализует только имеющиеся дефекты на наружной поверхности витка, а разрушение развивается с его внутренней поверхности.In springs having large diameters and a small inter-turn gap (less than or equal to the diameter of the bar), the fraction flow practically does not reach the inner surface of the coils and does not harden them. The specified type includes tension springs (there is no inter-turn clearance) and coil springs of railway carriages. For such springs, the efficiency of shot blasting is insignificant, since it neutralizes only existing defects on the outer surface of the coil, and destruction develops from its inner surface.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ упрочнения внутренней поверхности витка пружины (RU 2462519, МПК C21D 9/02, C21D 7/06, B21F 35/00, опубл. 27.09.2012), а именно варианты его осуществления путем протягивания дорна и путем ударного воздействия роликов на витки пружины под действием центробежной силы [6].Closest to the claimed technical solution is a method of hardening the inner surface of a coil of a spring (RU 2462519, IPC C21D 9/02, C21D 7/06, B21F 35/00, published on 09.27.2012), namely, options for its implementation by pulling the mandrel and by the impact of the rollers on the coil of the spring under the action of centrifugal force [6].

В первом случае внутрь закрепленной на токарном станке пружины вводится дорн, а во втором - упрочняющая головка с роликами. При обработке дорном пружине задается вращение с небольшим числом оборотов (20-30 об/мин), а во втором случае упрочняющая головка получает вращение от дополнительного электродвигателя и обороты выбираются в зависимости от массы ударных элементов (порядка 800-1000 об/мин). Спустя 2-3 секунды включается продольная подача дорна (головки) для обработки внутренней поверхности всех витков пружины. После окончания обработки вращение прекращается, а инструмент выводится из пружины.In the first case, a mandrel is inserted inside the spring fixed on the lathe, and in the second case, a reinforcing head with rollers. When processing a door spring, rotation is set with a small number of revolutions (20-30 rpm), and in the second case, the reinforcing head receives rotation from an additional electric motor and the revolutions are selected depending on the mass of the shock elements (about 800-1000 rpm). After 2-3 seconds, the longitudinal feed of the mandrel (head) is turned on to process the inner surface of all the turns of the spring. After processing, the rotation stops, and the tool is removed from the spring.

К недостаткам способа, осуществляемого по первому варианту, следует отнести следующее:The disadvantages of the method carried out in the first embodiment include the following:

- при протягивании дорна обрабатывается незначительная часть внутренней поверхности витка;- when pulling the mandrel, a small part of the inner surface of the turn is processed;

- возникают значительные тяговые усилия при обработке крупногабаритных пружин;- there are significant traction when processing large-sized springs;

- геометрия витка изменяется, например появляются лыски на внутренней поверхности витка.- the geometry of the coil changes, for example, flats appear on the inner surface of the coil.

К недостаткам способа, осуществляемого по второму варианту, следует отнести повышенный шум, сильные вибрации во время обработки, относительно низкую стойкость ударных элементов.The disadvantages of the method carried out in the second embodiment include increased noise, strong vibrations during processing, and relatively low resistance of the shock elements.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение технологичности способа упрочнения, а также увеличение усталостной прочности и долговечности винтовых цилиндрических пружин сжатия изготовляемых из стали.The technical problem to which the invention is directed is to increase the manufacturability of the hardening method, as well as to increase the fatigue strength and durability of coil compression coil springs made of steel.

Указанная задача решена за счет того, что способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин сжатия, включающий в себя операции навивки, закалки, отпуска, дробеструйной обработки и заневоливания, отличается от известных тем, что на заключительной стадии после операции заневоливания производят наклеп внутренней поверхности пружин обкаткой устройством упрочнения, содержащим не менее трех деформирующих роликов, расположенных друг относительно друга под углом 120°, при этом усилие, необходимое для проведения операции наклепа внутренней поверхности пружины, создают за счет разворота каждого из деформирующих роликов на некоторый угол.This problem is solved due to the fact that the method of hardening cylindrical helical compression springs, including winding, hardening, tempering, shot peening and gouging, differs from the known ones in that at the final stage after gouging, the inner surface of the springs is hardened by rolling in the hardening device containing at least three deforming rollers located relative to each other at an angle of 120 °, while the force required to carry out the work of hardening the internal rhnosti spring, is provided by a rotation of each of the deforming rollers at an angle.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является повышение усталостной прочности и долговечности винтовых цилиндрических пружин, а также снижение шума, вибраций, усилия протягивания при обработке, повышение периода стойкости деформирующего инструмента, что в целом повышает технологичность способа упрочнения.A positive technical result provided by the indicated combination of features is an increase in the fatigue strength and durability of coil cylindrical springs, as well as a decrease in noise, vibration, pulling forces during processing, an increase in the durability period of the deforming tool, which generally increases the adaptability of the hardening method.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана обрабатываемая пружина, а также устройство упрочнения, необходимое для осуществления способа, на фиг. 2 - обрабатываемая пружина, а также устройство упрочнения, вид слева.The method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the workable spring, as well as the hardening device necessary for implementing the method, FIG. 2 - the processed spring, as well as the hardening device, left view.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Пружина 1, прошедшая операции навивки, закалки, отпуска и заневоливания, закрепляется в зажимном приспособлении 2, устанавливаемом в патроне токарного станка. Упрочняющее устройство 3, содержащее не менее трех деформирующих роликов 4, установленных на осях, крепится на суппорте токарного станка. В начале работы упрочняющее устройство вводится в обрабатываемую пружину, при этом деформирующие ролики 4 находятся в нерабочем положении: между осью каждого из роликов и осью их вращения существует некоторый эксцентриситет е. В рабочее положение деформирующие ролики приводятся путем разворота их осей на некоторый угол (величина угла зависит от требуемого значения радиального усилия РРАД). Далее пружину начинают вращать с небольшим числом оборотов (до 10 об/мин), продольная подача упрочняющего устройства обеспечивается автоматически за счет угла наклона винтовой линии образующей пружины (самозатягивание). После обработки пружины вращение останавливают и выводят упрочняющее устройство из пружины. После описанной операции пружина проходит операции контроля и окраски.The spring 1, which has undergone operations of winding, hardening, tempering, and gouging, is fixed in the clamping device 2, which is installed in the lathe chuck. The reinforcing device 3, containing at least three deforming rollers 4 mounted on the axes, is mounted on a support of a lathe. At the beginning of work, the reinforcing device is inserted into the spring to be processed, while the deforming rollers 4 are in an inoperative position: between the axis of each of the rollers and the axis of their rotation there is a certain eccentricity e. depends on the required value of the radial force P RAD ). Then the spring begins to rotate with a small number of revolutions (up to 10 rpm), the longitudinal feed of the hardening device is provided automatically due to the angle of inclination of the helix of the generatrix of the spring (self-tightening). After processing the spring, the rotation is stopped and the reinforcing device is removed from the spring. After the described operation, the spring undergoes control and painting operations.

В процессе обкатки деформирующими роликами на внутренней поверхности витка создается упрочненный слой (слой материала с повышенными механическими характеристиками), и возникают остаточные напряжения сжатия.In the process of rolling in with deforming rollers, a hardened layer (a layer of material with increased mechanical characteristics) is created on the inner surface of the coil, and residual compression stresses arise.

Увеличение предела текучести приводит к увеличению уровня напряжений, вызывающих зарождение усталостной трещины на внутренней поверхности витка, а остаточные сжимающие напряжения складываются с растягивающими напряжениями, возникающими при эксплуатационных нагрузках, уменьшая последние. Кроме того, остаточные сжимающие напряжения нейтрализуют концентраторы напряжений, которые имеют глубину, соизмеримую с глубиной распространения остаточных сжимающих напряжений. Все это вместе оказывает упрочняющее воздействие - увеличивается уровень допустимых рабочих напряжений и срок службы пружин.An increase in the yield strength leads to an increase in the level of stresses causing the initiation of a fatigue crack on the inner surface of the coil, and the residual compressive stresses add up with tensile stresses arising under operational loads, reducing the latter. In addition, residual compressive stresses neutralize stress concentrators, which have a depth comparable to the propagation depth of residual compressive stresses. All this together has a strengthening effect - the level of permissible operating voltages and the service life of the springs increase.

Источники информацииInformation sources

1. Лузгин Н.П. Изготовление пружин: Учебник для подготовки рабочих на производстве. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа, 1980; Остроумов В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин - М.: Машиностроение, 1970.1. Luzgin N.P. Spring Manufacturing: A Textbook for Preparing Workers in Production. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Higher. School, 1980; Ostroumov V.P. The production of coil cylindrical springs - M.: Mechanical Engineering, 1970.

2. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987.2. Odintsov L.G. Hardening and finishing of parts by surface plastic deformation. M .: Engineering, 1987.

3. ГОСТ 13764-86. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Классификация. Введ. 01.07.88. - М.: Стандартинформ, 2007.3. GOST 13764-86. Cylindrical helical springs of compression and tension from steel of circular cross section. Classification. Enter 07/01/88. - M .: Standartinform, 2007.

4. ГОСТ 1452-2011. Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог. Технические условия. Введ. 01.01.2012. - М.: Стандартинформ, 2011.4. GOST 1452-2011. Springs are cylindrical screw trolleys and shock-traction devices of rolling stock of railways. Technical conditions Enter 01/01/2012. - M .: Standartinform, 2011.

5. Пономарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. - М.: Машиностроение, 1980; ГОСТ Р 54326-2011. Пружины рессорного подвешивания железнодорожного подвижного состава. Методы испытания на циклическую долговечность.5. Ponomarev S.D., Andreeva L.E. Calculation of the elastic elements of machines and devices. - M.: Mechanical Engineering, 1980; GOST R 54326-2011. Spring suspension springs of railway rolling stock. Test methods for cyclic durability.

6. Пат. 2462519ю Российская Федерация, МПК C21D 9/02, C21D 7/06, B21F 35/00. Способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин / Шаврин О.И.; заявитель О.И. Шаврин; патентообладатель НПЦ «Пружина». №2011115786/02; заявл. 20.04.2011; опубл. 27.09.2012, Бюл. №27. 7 с.; ил.6. Pat. 2462519, Russian Federation, IPC C21D 9/02, C21D 7/06, B21F 35/00. The method of hardening cylindrical coil springs / Shavrin O.I .; applicant O.AND. Shavrin; patent holder SPC "Spring". No. 20111115786/02; declared 04/20/2011; publ. 09/27/2012, Bull. Number 27. 7 sec .; silt

Claims (1)

Способ упрочнения цилиндрических винтовых пружин сжатия, включающий навивку пружины, её закалку, отпуск, дробеструйную обработку, заневоливание и наклеп внутренней поверхности пружины, отличающийся тем, что наклеп производят посредством устройства упрочнения, выполненного в виде трех деформирующих роликов, расположенных под углом 120° друг относительно друга и с эксцентриситетом между осью ролика и осью его вращения, которое вводят в обрабатываемую пружину, приводят в рабочее положение деформирующие ролики посредством разворота на угол, величина которого определена заданным значением радиального усилия наклепа, и осуществляют вращение пружины с числом оборотов в минуту не более 10 до осуществления наклепа, после которого вращение обрабатываемой пружины останавливают и выводят устройство упрочнения. A method of hardening cylindrical compression helical springs, including winding the spring, hardening, tempering, shot blasting, covering and hardening the inner surface of the spring, characterized in that the hardening is carried out by means of a hardening device made in the form of three deforming rollers located at an angle of 120 ° relative to friend and with an eccentricity between the axis of the roller and the axis of its rotation, which is introduced into the work spring, the deforming rollers are brought into operation by turning angle, the value of which is determined by the specified value of the radial force hardening, and carry out the rotation of the spring with a number of revolutions per minute of not more than 10 until hardening, after which the rotation of the processed spring is stopped and the hardening device is output.
RU2014148348/02A 2014-12-01 2014-12-01 Method to strengthen cylindrical helical compression springs RU2595175C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148348/02A RU2595175C2 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method to strengthen cylindrical helical compression springs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148348/02A RU2595175C2 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method to strengthen cylindrical helical compression springs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014148348A RU2014148348A (en) 2016-06-20
RU2595175C2 true RU2595175C2 (en) 2016-08-20

Family

ID=56131870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148348/02A RU2595175C2 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method to strengthen cylindrical helical compression springs

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2595175C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705192C1 (en) * 2019-06-25 2019-11-05 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Method of making springs with high strength

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU255321A1 (en) * Пермский филиал Всесоюзного научно исследовательского института DEVICE FOR STRENGTHENING THE WRINKING OF DETAILS WITH INTERNAL THREAD
US3847678A (en) * 1972-11-16 1974-11-12 Bethlehem Steel Corp Helical steel spring and method
SU621760A1 (en) * 1976-03-09 1978-08-30 Efimov Viktor Petrovich Method of strengthening helical springs
RU2462519C1 (en) * 2011-04-20 2012-09-27 Олег Иванович Шаврин Method to strengthen cylindrical helical springs

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU255321A1 (en) * Пермский филиал Всесоюзного научно исследовательского института DEVICE FOR STRENGTHENING THE WRINKING OF DETAILS WITH INTERNAL THREAD
US3847678A (en) * 1972-11-16 1974-11-12 Bethlehem Steel Corp Helical steel spring and method
SU621760A1 (en) * 1976-03-09 1978-08-30 Efimov Viktor Petrovich Method of strengthening helical springs
RU2462519C1 (en) * 2011-04-20 2012-09-27 Олег Иванович Шаврин Method to strengthen cylindrical helical springs

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705192C1 (en) * 2019-06-25 2019-11-05 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Method of making springs with high strength

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014148348A (en) 2016-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2462519C1 (en) Method to strengthen cylindrical helical springs
US4034585A (en) Process of compression stressing metals to increase the fatigue strength thereof
CA2864182C (en) Manufacturing process for aerospace bearing rolling elements
RU2595175C2 (en) Method to strengthen cylindrical helical compression springs
CN102666016A (en) Leaf spring device having eye, leaf spring device manufacturing method, and shot peening apparatus
Leghorn The story of shot peening
RU2294824C1 (en) Riveting instrument with a deforming spring
JPH02500920A (en) Improvements in scanning-induced curing
RU111053U1 (en) DEVICE FOR STRENGTHENING THE INTERNAL SURFACE OF CYLINDRICAL SCREW SPRINGS
RU2297318C1 (en) Rolling device with the deforming spring
US20170175213A1 (en) Anti-galling method for treating materials
RU2311279C1 (en) Strengthening tool with spring
RU2629401C1 (en) Method to strengthen cylindrical helical springs
RU2478016C1 (en) Method of making helical springs
RU2705192C1 (en) Method of making springs with high strength
SU1632728A1 (en) Method of machining internal combustion engine cylindr liner
RU2688028C1 (en) Method of manufacturing helical cylindrical springs
RU2556258C2 (en) Hardening of helical coil springs
RU2583520C1 (en) Method of processing ring part by continuous rolling with three rolls
RU2303515C1 (en) Strengthening head provided with elastic tool
JP2014502217A (en) Apparatus and method for processing ceramic workpieces
RU2412038C1 (en) Impact-reeling tool with axially shifted indenters
RU2303513C1 (en) Combination type finish-strengthening method
RU2303512C1 (en) Combination diamond-abrasive dwelling tool
RU2303516C1 (en) Strengthening method by means of elastic tool

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171202