CC BY
63
УДК 621.778.27.014(043)
Ю.М. Тебенко, канд. техн. наук, доц., 8(865-2)- 35-95-11, [email protected], (Россия, Ставрополь, СГАУ),
Н.Ю. Землянушнова, канд. техн. наук, доц., 8(865-2)- 35-95-11, [email protected], (Росси, Ставрополь, СГАУ)
ПРОИЗВОДСТВО ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МНОГОЖИЛЬНЫХ ПРУЖИН
Представлены способы повышения качества высокоскоростных многожильных пружин я устройства для их навивки.
Ключевые слова: высокоскоростные многожильные пружины, качество, автоматическое оружие.
Многожильные пружины нашли широкое применение в автоматическом оружии, а также в других отраслях техники в качестве амортизаторов, воспринимающих толчки и удары; аккумуляторов энергии, предназначенных для приведения в движение механизмов и отдельных деталей; оттяжных и возвратных пружин с пологой характеристикой; антирезо-нансных пружин с большим внутренним заглушением; пружин специального назначения.
Известный способ изготовления пружин радельным свиванием каната и навивкой его на оправку непригоден для изготовления ответственных пружин из-за невозможности изменять параметры уже навитого каната, учигыва результаты испытания пружин. Поэтому процесс свивания каната и навивку его на оправку производят на одной операции, изменяя угол и плотность свивания, шаг навивки, достигая, таким обраом, требуемых силовых параметров пружин. Направление свивания троса выбирают с таким расчётом, чтобы трос при упругой деформации пружині скручивался. После навивки происходит упруга отдача, жилы отходят друг от друга. В свободном состоянии пружины между жилами всегда имеется просвет, поэтому при поджатии пружин кажда жила вначае работает независимо. При дальнейшем увеличении нагрузок трос скручивается, жилы смыкаются и начинают работать как одно целое, жёсткость пружины возрастает. На диаграмме силовых характеристик (рис. 1) появится точка излома ^, соответствующа началу смыкания витков, от положения которой относительно начаа ординат зависят силовые параметры пружины [1].
К недостаткам многожильных пружин относится трудность получения устойчивых и воспроизводимых результатов из-за рассеивания характеристик по технологическим причинам, а также относительно большого разбега механических характеристик проволоки. Поэтому при изготовлении пружин, несмотря на применяемую подгонку силовых параметров изменением угла свивания (шага) троса и шага пружины, имеется необходимость отбирать проволоку в узком диапазоне из разбега механических характеристик, допускаемых ГОСТ (основной критерий - разрывная прочность проволоки). Для расширения этого диапазона предложены способы изготовления пружин, при которых в проволоке перед свиванием в трос создают предварительные напряжения путём одновременного скручивания её и растяжения [2], в том числе с одновременной навивкой троса на оправку [3]. Сообщать жилам пружины требуемые напряжения скручивания и растяжения возможно, если применять в устройствах для изготовления пружин катушки [4], настроенные на передачу заданного усилия скручивания и растяжения жил.
Другим недостатком многожильных пружин является преждевременная осадка и потеря сил вследствие соударения витков в процессе работы. Для повышения динамической стойкости таких пружин предложены следующие способы их изготовления.
I. Способ изготовления [5] многожильных пружин, включающий свивание троса и навивку его на оправку на одной операции, в том челе с одновременным скручиванием и растяжением проволоки на той же операции, отрезку пружины нужной длины, заварку жил, термообработку, нанесение защитного покрытия, замер геометрических и силовых параметров, отличающийся тем, что после термообработки производят операцию прессовки пружины осевой нагрузкой, превышающей F3 в пределах до 3OOF3,
где F3 — сила пружины при максимальной деформации, и повторно прессовку нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки [6]; нагрузки могут быть вибрационными [7]. Для навивки пружины можно использовать устройство [8].
II. Способ изготовления [10] многожильных пружин, включающий свивание троса и навивку его на оправку на одной операции, в том челе с одновременным скручиванием и растяжением проволоки на той же операции, отрезку пружины нужной дины, заварку жил, термообработку, зане-воливание, нанесение защитного покрытия, замер геометрических и силовых параметров, отличающийся тем, что перед свиванием обычную, шлифованную или патентированную проволоку подвергают ВТМО (высокотемпературной термомеханической обработке) и при необходимости отпуску, а после термообработки производят прессовку пружины осевой на-
грузкой в пределах ^з_300^з, обеспечивающей минимально допустимую осадку пружины в изделии, и повторно нагрузкой, увеличенной пропорционально отношению требуемой осадки к осадке от приложения первоначал ной нагрузки [6]. Нагрузки могут быть вибрационными [7]. Для навивки пружины1 можно использовать устройство [8].
III. Способ изготовления пружин [11], включающий свивание троса и навивку его на оправку на одной операции, в том числе с одновременным скручиванием и растяжением проволоки на той же операции, отрезку пружины1 нужной длины1, заварку жил, термообработку, нанесение защитного покрытия, замер геометрических и силовых параметров, отличающийся тем, что проволоку, в том числе и патентированную, перед свиванием троса подвергают ВТМО, и при свивании троса и одновременной навивке его на оправку нагревают до температуры:, не превышающей температуру отпуска проволоки, а после термообработки производя операцию прессовки пружины: осевой нагрузкой Fз...300Fз, где Fз - сила пружины1 при максимаьной деформации, и повторно прессовку нагрузкой, увеличенной пропорционаьно отношению требуемой осадки к осадке от приложения первой нагрузки [6]. При этом нагрузки могут быть вибрационными [7].
Известно [12], что после ВТМО обеспечивается рост прочности, повышается усталостна прочность (в том числе и маоциклова), а также сопротивление разрушению, пластичность и ударна вязкость, понижается температура хладоломкости, практически устраняется обратимая отпуск-на хрупкость и уменьшается водородное охрупчивание, должно повы:-ситься сопротивление малым пластическим деформациям в условиях кратковременного и длительного нагружения — важнейших свойств пружинной стаи. Последующа свивка в сочетании с навивкой (т. е. гибкой) нагретых проволочных жил анаогична проведению повторной операции ВТМО, что с последующим отпуском, особенно с изотермической вы1-держкой, способствует ещё большему повышению устаостной прочности пружины: и обеспечивает гарантированное увеличение долговечности и релаксационной стойкости пружины:. Благодаря операции прессовки (контактное заневоливание) происходит пластическое упрочнение пружины:: создается благоприятное напряженное состояние на поверхности и внутри витков пружины:, противодействующее возникновению осадки при работе пружины:, а использоваие метода пропор:ц:онаьного приложения нагрузки обеспечивает точность изготовления пружин по высоте и нагрузке. Для равномерного распределения нагрузки по сечению витков пружины: её прилагают вибрационно.
Для навивки пружины1 можно использовать устройство [13], представленное на рис. 2 (модернизированный токарный станок) с установленной на нём шпулей 10 (рис. 3) с катушками и приводным валом 14. Работает устройство следующим обраом. В устройство устанавливают заправленные проволокой подпружиненную катушку 11 и анаогичные показанной на рис. 4 катушки 9 [4].
Рис. 2. Схема устройства для навивки пружин
А-А повёрнуто
Рис. 3. Схема шпули устройства
Проволоку из катушек пр°пУскают через втулку 8 и защемляют на оправке 7. Затем включают электродвигатель устройства. При этом происходит следующее.
Рис. 4. Схема подпружиненной катушки
Шпуля 10 с расположенными на ней ктушкми 9 вращается в корпусе 4 шпули в требуемом направлении посредством воздействия приводного вала 14 и набора шестерен 12 на шестерню шпули 15. При этом приводные шестерни ктушек 9 обктываются вокруг расположенной на одной оси со шпулей неподвижной центральной шестерни 16. Центраьна проволока натянута между катушкой 11 и оправкой 7 и является основой многожильной пружины с центраьной жилой. На нее наматывается и свивается в трос проволока из ктушек 9. В случае отсутствия центраьной проволоки трос свивается без нее.
Оправк 7 вращается и вытягивает проволоку из подпружиненных катушек 9 и 11 через индуктор 19 и наматывает нагретый в индуктор и свитый во втулке 8 трос на себя. Установленные на передвигающемся суппорте 4 втулка 8, индуктор 19, охлаждающее устройство 20 и шпуля 10 передвигаются вдоль оправки 7, образуя шаг навиваемой пружине. При этом проходяща через охлаждающее устройство 20 навита пружина охлаждается. Передвижение супорта производится ходовым винтом 17, а шаг пере движения обеспечивается настройкой коробки подач 2 и гитары 3. При этом путем вращения катушек 9 и их конструкции создают необходимые усили скручивания и растяжения проволоки при свивании в трос и одновременной навивке троса на оправку 7, а за счёт конструкции устройства
— оперативно корректируют угол свивания троса и шаг навиваемой пружины.
Навита заданной длины пружина (рис. 5) отрезается и направляется для заварки концов жил, при необходимости даьнейшей термообработки, нанесения защитного покрытая, заневоливания, замера геометрических и силовых параметров.
Рис. 5. Вид многожильной пружины
Преимущество устройства [13] над известным [8] заключается в том, что при навивке многожильных пружин возможно одновременно с навивкой производить следующие виды термообработки, используя индуктор и охлаждающее устройство в различных сочетания:
- многожильные пружины из закаливаемой проволоки — при нави ке закаливать;
- многожильные пружины из патентированной проволоки или прошедшей предварительную термомеханическую обработку, в том числе высокотемпературную — при навивке подвергать отпуску;
- многожильные пружины из патентированной проволоки или прошедшей предварительную термомеханическую обработку, в том числе высокотемпературную — при навивке подвергать дополнительной термомеханической обработке;
- жёсткие пружины маого индекса при навивке нагревать для снижени усилий навивки и достижени плотной навивки.
Примечания. Припуск на осадку пружины должен быть больше осадки при работе пружины в изделии - ориенировочно 1,5^2 припуска под обычное заневоливание, и уточняться испытаниями пружин. Для прессовки пружины можно использовать устройство [9]. Под термообработкой пружины подразумевается закака с последующим отпуском в соответствии с режимами, принятыми для определённой марки пружинных стаей [12]; для патенированной и прошедшей ВТМО проволоки применется только отпуск.
Выводы. Для снижени рассеивания силовых параметров многожильных пружин необходимо при ж изготовлении оперативно изменять напряжения в проволоке при свивании в трос и одновремённой навивке на оправку путём изменени усллий скручивания и растяжения проволоки совместно с изменением угла навивки жлл троса и шага пружины. Для уменылени осадок многожильных пружин следует применять процессы термомеханического упрочнени проволоки и пружин и методы контактного заневоливания. При осуществлении предложенных способов изготовления пружин повышается их цлкллческа и динамическа стойкость.
Библиографический список
1. Тебенко Ю.М. Устройства для изготовления многожильных пружин // Оборонная техника. 1971. № 8.
2. Способ изготовления многожильных витых изделий: а. с. 264329 СССР, МПК B 21 f 9/00. № 1276327/25—27. Рос. Федерация. Заявл. 14.10.68; опубл. 04.06.1971, Бюл. № 18 за 1971 г. 1 с.
3. Способ изготовления многожильных витых пружин: пат. RU 2186652 C1, МПКВ21F 35/00, 7/00. № 2001121621/12; Рос. Федерация. Заявл. 01.08.2001; опубл. 10.08.02. Бюл. № 22. 2 с.
4. Устройство для размотки длинномерного материала: а.с. 453212 СССР, М. Кл. B 21 с 47/16, B 21 f 23/00. № 1913370/25—27; Рос. Федерация. Заявл. 03.05.73; опубл. 15.12.1974, Бюл. № 46 за 1974 г. 2 с.
5. Способ изготовления многожильных витых пружин: заявка № 2007121009/02(022868), МПК В21 F 35/00, С21 D 9/02. Рос. Федерация. Заявлено 04.06.2007. Решение о выдаче патента.
6. Способ заневоливания пружин: а. с. 554915 СССР: М. Кл. В G 01 М 13/00, В 21 F 35/00. № 2160326/12; Рос. Федерация. Заявл. 17.07.1975; опубл. 25.04.1977. Бюл. № 15 за 1977 г. 2 с.
7. Способ заневоливания пружин: а. с. 580474 СССР: М. Кл2. G 01 m 13/00. № 2412954/12; Рос. Федерация. Заявл. 19.07.1976; опубл. 15.114.1977. Бюл. № 42 за 1978 г. 2 с.
8. Устройство для изготовления многожильных витых пружин: пат. RU 2210455 C1, МПКВ2ГО5/00. № 2002120673/12; Рос. Федерация. Заявл. 29.07.2002; опубл. 20.08.2003. Бюл. № 23. 6 с.
9. Устройство для заневоливания пружин: а. с. 825253 СССР, М. Кл.3 B 21 F 35/00, F 16 F 01/ 00. № 2822172/25—12; Рос. Федерация. Заявл. 06.08.79; опубл. 30.04.81, Бюл. № 16 за 1981 г. 3 с.
10. Способ изготовления многожильных витых пружин: заявка №2 20071211008/02(022867), МПК В21 F 35/00, С21 D 9/02. Рос. Федерация. Заявлено 04.06.2007. Решение о выдаче патента.
11. Способ изготовления высокопрочных многожильных витых пружин: заявка № 2007144045/20(048256), МПК В21 F 35/00, С21 D 9/02. Рос. Федерация. Заявлено 27.11.2007. Решение о выдаче патента.
12. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. 3-е изд. перераб. и доп. М. : Металлургия, 1982. 400 с.
13. Устройство для изготовления высокопрочных многожильных пружин: заявка №2 2007147757/02(052346), МПК B21F35/00. Рос. Федерация. Заявл. 20.12.2007.
Tebenko U.M., Zemlyanushnova N.U.
The production of the high-speed multiple-core springs
The ways to improvement in quality of the high-speed multiple-core springs and spi-raling device are offered.
Получено 05.08.09
