Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Шайко-Шайковский О. Г., Бернтал І. О

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

Технологічні аспекти виготовлення гвинтових циліндричних пружин

Вдосконалення розрахункових та проектних методик нерозривно пов’язане із практичним виготовленням розроблених та спроектованих конструкцій. Пошук та розробка, впровадження у виробничу практику нових передових технологій – вимога часу, яка ґрунтується на економічних, фінансових, виробничих, інженерно-технічних та соціальних аспектах.

У великій кількості галузей машинобудування, приладобудування, авіації, космонавтики, залізничного транспорту, вимірювальної техніки тощо широко використовуються чутливі елементи, амортизатори, накопичувачі енергії, зокрема – гвинтові циліндричні пружини.

До матеріалу пружного елемента ставлять високі вимоги – в залежності від призначення та умов роботи. Матеріал пружини повинен забезпечувати основні експлуатаційні властивості: пружність, міцність, межу витривалості [1]. До вимірювальних пружних елементів ставляться також вимоги щодо незмінності з часом їх робочих характеристик, при цьому якнайменше повинні проявлятись гістерезис, релаксація, повзучість [2].

Якість пружинного сплаву визначається його здатністю опиратись малим пластичним деформаціям. Для підвищення пружних та міцностних властивос-тей застосовуються різні види механічної та термічної обробки. При проведенні механічної обробки створюється деформаційний наклеп, який знижує опір малим пластичним деформаціям. Тому в подальшому обробка пружин супрово-джується термічними процесами (у вигляді низькотемпературного відпалу) [1].

Для виготовлення пружин в основному використовують високоякісні вуглецеві сталі У9А-У12А; леговані – марганцевисту сталь 65Г, хромо-ванадієву сталь 60С2А, кремнієву сталь 70С3А; сталі з вмістом нікелю, хрому, ванадію 50ХГА, 50ХФА, 65С2ВА; кремнієво-марганцеву бронзу БрКМу3-1, олов’яно-цинкову бронзу БрОЦ4-3, олов’яно-фосфорні бронзи БрОФ6,5-0,4 та БрОФ4-0,25; сплав нейзильбер МНЦ15-20; латунні сплави Л65, Л80, Л90 [3].

Легування підвищує міцність та релаксаційну стійкість сталей. Найбільш високими та технологічними властивостями наділені дисперсно-твердіючі сплави, які в м’якому стані наділені високою пластичністю, після термічної обробки та твердіння вони набувають високі міцностні та пружні властивості, релаксаційну стійкість [1]. До цих сплавів слід віднести берилієві бронзи БрБ2, БрБНТ1,9 та БрБНТ1,7.

Якість пружного елемента, в основному, визначається технологічним процесом його виготовлення. Такі технологічні процеси досить різноманітні та визначаються конструкцією, призначенням, матеріалом пружини, технічними вимогами до її робочих характеристик.

Виготовляють пружні елементи з листового металу, тонкостінних труб, дроту, смуги. Трудомісткість технологічного процесу визначається не лише труднощами виготовлення пружного елемента із заготовки, а і складністю одержання самої заготовки. Так процес виготовлення пружин поділяють на два основних етапи: утворення форми пружного елемента та надання йому необхідних робочих властивостей.

Необхідна геометрична форма пружного елемента створюється штампуванням, витяжінням, згинання, навиванням. При проектуванні інструмента для формоутворення пружних елементів з матеріалів, які сильно загартовуються, слід враховувати пружну деформацію матеріалу («віддачу»).

Термообробка пружних елементів відбувається у вакуумних печах або в печах з захисною атмосферою для запобігання окисненню та утворенню циндри.

При навиванні циліндричних пружин стиску їх виготовляють з проміжком між витками, який повинен на 10-20% перевищувати осьові пружні переміщення кожного витка при найбільшому зовнішньому осьовому навантаженні [4].

Для створення опорних поверхонь останні витки пружин стиску підтискають до сусідніх та відшліфовують перпендикулярно осі. Слід пам’ятати, що циліндричні пружини розтягу на відміну від пружин стиску навиваються таким чином, щоб їх витки дотикались одне до одного.

Заключним етапом виготовлення пружного елемента взагалі, та циліндричної пружини зокрема, є його стабілізація (заневолювання). Вона полягає в пульсаційному навантаженні або в довготривалій витримці під статичним навантаженням, яке на 10-20% перевищує максимальне робоче. Пружини стиску при цьому стискають до перекриття зазорів між витками, а пружини розтягу піддають розтягу зусиллям, які в 2-3 рази перевищують граничні. Тривалість заневолювання 6-48 годин (в залежності від діаметра прутка та величин робочих навантажень), рекомендована температура процесу +60 ^оС.

Після заневолювання пружини не повинні зазнавати ніякої термічної обробки.

При виготовленні пружин для вимірювальних приладів, до яких висуваються високі вимоги необхідно проводити індивідуальну тарирування кожної з виготовлених пружин, оскільки величина діаметру дроту, з якого навивається пружина коливається в певних межах, обумовлених величиною допусків. При навиванні пружини обов’язково з’являються неточності та відхилення від номінальних розмірів та форми. Матеріал, з якого вигото-вляється пружина також може мати деякі вади, тощо.

В лабораторії опору матеріалів розроблено спеціальний пристрій, на якому за допомогою універсальної розривної машини можна здійснювати операції тарірування гвинтових циліндричних пружин.

Література:

1. Пономарёв С. Д., Андреева Л. Е. Расчёт упругих элементов машин и приборов – М.: Машиностроение, 1980.– 326с.

2. Феодосьев В.И.Сопротивление материалов. – М.: Наука,1979.– 560с.

3. Чурабо Д. Д. Детали и узлы приборов. – М.: Машиностроение, 1975. – 557с.

4. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчёт на прочность деталей машин. Справочник. – М.: Машиностроение, 1979. – 702с.