CZ241798A3

CZ241798A3 - Způsob výroby šroubovitých pružin

Info

Publication number: CZ241798A3
Application number: CZ982417A
Authority: CZ
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Wienand; Gerhard Dipl.-Ing. Mier
Original assignee: Fried. Krupp Ag Hoesch-Krupp
Priority date: 1997-08-02
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 1999-08-11
Also published as: ZA986782B; AU715907B2; KR100271500B1; JPH11114827A; CA2244029C; BR9802833A; CZ286416B6; AU7864798A; US6022427A; KR19990023236A; JP3014678B2; CA2244029A1

Description

Způsob výroby šroubovitých pružin

Vynález se týká způsobu výroby šroubovitých pružin z ocelového drátu, při kterém se šroubovité pružiny podrobí termomechanickému zpevnění okrajových vrstev,

Dosavadní_stav^techniky

V podstatě jsou známé dva způsoby pro výrobu šroubovitých pružin z ocelového drátu. U prvního způsobu, tak zvaného způsobu navíjení za studená, se jako výchozí materiál používá zušlechtěný ocelový drát.

U druhého známého způsobu, tak zvaného způsobu navíjení za tepla, se nezušlechtěný ocelový drát ohřívá, v ohřátém stavu se navíjí a návazně se podrobuje zušlechtění. Způsob navíjení za tepla je popsán například ve Warmgeformte Federn”, to je tepelně tvarované pružiny, přičemž toto zveřejnění, bylo předáváno v průběhu 52. mezinárodní automobilové výstavy IAA, Frankfurt/Main, 1987.

Méně rozšířená je třetí možnost výroby, ti které se nezušlechtěný výchozí materiál získává za studená a pružina se teprve návazně v samostatném pracovním procesu podrobuje zušlechtění.

I·*'

• I · • ♦· ·· *· • Φ Φ

Φ Φ Φ

ΦΦΦ Φ·Φ

Φ Φ • Φ Φ·

Při způsobu tepelného navíjení prochází ve formě tyče vložený ocelový drát při svém zušlechťování pracovními operacemi ohřevu, vytvrzení a popouštění. Přitom ohřev se zpravidla uskutečňuje v průchozí peci, která je vyhřívána spalováním plynu nebo oleje. V takové peci se materiál ocelového drátu přivádí relativně pomalu na austenitizační teplotu, aby se mohl po navíjení vytvrdit.

Po vytvrzení a popouštění jsou šroubovité pružiny ochlazovány s výhodou vzduchem, aby mohly být návazně pro pracovní operaci úpravy za tepla opět ohřátý. Pod pojmem upravování za tepla se v této souvislosti rozumí opírání šroubovitých pružin, to znamená namáhání překračující jejich mez kluzu, které se provádí při zvýšené teplotě. Prostřednictvím upravování za tepla se vytvoří v pružinovém drátu příznivý stav vlastního pnutí, který přispívá ke zvýšení statické a dynamické zatížitelnosti pružin a zdokonaluje jejich relaxační chování a tečení.

Po upravování za tepla jsou pružiny brokovány čímž jsou vnější okrajové vrstvy pružinového drátu zpevněny a především jsou ovlivňovány tlakovým vlastním pnutím. Tato tlaková vlastní pnutí zvláště účinně zvyšují dynamickou namáhatelnost pružin, protože působí v průběhu zatížení pružiny proti vysokým tahovým pnutím vznikajícím na drátové povrchové ploše.

Pro zdokonalení mechanických vlastností pružinové oceli je v DE 36 33 058 Cl navrženo uskutečnit tak zvané termomechanické zušlechtěnl pružinového drátu. Toto termomechanické zušlechtění zahrnuje na rozdíl od obvykle prováděného zušlechtění v podobě vytvrzení a popouštění po ohřevu • 9 » Λ ·.·-9 9 9 '9 ·· ¹ • 9 9 9«

9

9*9 9

4.'#« 9 9 ^r*9.'.’ 9 9 9 ·9 ' /♦ · 9

99 t 9 9 9

9 9 9

999 999

9

9* na austenitizační teplotu prováděný přídavný krok plastické deformace pružinové oceli zkroucením a/nebo válcováním.

Z DE 43 30 832 C2 je dále známý způsob pro výrobu tlačných šroubovitých pružin, u kterého jsou tlačné šroubovité pružiny podrobovány prvnímu a druhému brokování.

Ve zveřejnění Spannungsstrahlen von Schraubendruckfedern, Eckehard Muller, Draht, 1994, sešit 1/2 je uvedeno, že prostřednictvím dvoustupňového brokování, u kterého se první brokování uskutečňuje bez předpětí a druhé brokování pod předpětím, lze vyrábět šroubovité pružiny, které ve srovnání s pružinami, které nebyly podrobeny žádnému tryskání, mají při zmenšené spotřebě materiálu a při menší hmotnosti srovnatelné vlastnosti.

Známé způsoby pro výrobu šroubovitých pružin se osvědčily. Přitom se však ukázalo, že známými způsoby již není možné vyrábět pružiny, které by splňovaly stále větší požadavky, zejména automobilového průmyslu, na zmenšování rozměrů a tím také na zmenšování hmotnosti a zastavovacího prostoru pružin.

Poústata«ΪΣ22

Vynález si proto klade za úkol vytvořit vycházeje z uvedeného stavu techniky takový způsob, který by umožnil výro• · » ·· ·« ·· ·· * a · 9 · « · «w·· • •4 9 9 9 9 9 9 9

9999 999 99 999 999

9 9 9 9 9 9

9999 9 99 9999 99 99 bu pružin, které by byly při menších rozměrech a nižších hmotnostech více zatížitelné.

Podstatu vynálezu tvoří způsob výroby šroubovitých pružin z ocelového drátu, při kterém se šroubovité pružiny podrobí termomechanickému zpevnění okrajových vrstev, postup spočívá v tom, že se provádějí pracovní kroky prvního brokování bez predpětí, následného tepelného uvolnění a pak druhého brokování.

Prostřednictvím prvního procesu tryskání termomechanického zpevnění okrajových vrstev šroubovitých pružin se hmota pružinového drátu blízká povrchové ploše plasticky deformuje, a to tak hluboko, jak je to možné. Následné tepelné uvolnění pružiny způsobí v deformovaných vrstvách hmoty příznivé změny vlastností, které lze mimo .jiné odvozovat z procesu rozdružení, stárnutí, polygonizace struktury a vytvoření výhodné struktury dislokace.

Na závěr vytvářený druhý proces tryskání, který je prováděn s nebo bez předpětí pružin, vytváří vznik vysokého tlakového vlastního napnutí v okrajové vrstvě. Podle vynálezu se toto druhé tryskání provádí ve dvou stupních.

S výhodou se přitom v prvním stupni provede s vysokou ener gií prostřednictvím hrubozrnného dodávaného tryskaného prostředku hrubé brokování pružin. Toto hrubé brokování působí hlouběji do krajových vrstev pružinového materiálu.

Ve druhém stupni provedené tak zvané jemné tryskání, které se provádí při využití jemněji zrnitých tryskacích prostředků nebo hruběji zrnitých tryskacích prostředků se zmenšenou rychlostí odhazování, vede bezprostředně na drátové povrchové ploše ke zvýšení vlastního tlakového napnutí a k jejímu hlazení.

Zvýšení vlastních tlakových napnutí bezprostředně na

99 • 9 9 9

9 9

9 9 · 9

9 9

9999

99 99 • · · 9 • · · · • 99 9 99

9 · ·· drátové povrchové ploše zabraňuje tomu, aby se na ní při vysokém dynamickém namáhání pružin pod provozním zatížením předčasně vytvořily trhliny. Takové trhliny mohou totiž zvláště u šroubovitých pružin, které jsou citlivé na zářezy a jsou vysoce pevné, vést k předčasnému zlomení pružinového drátu.

Konečně poskytuje vyhlazení drátové povrchové plochy kromě redukce z jéjí struktury vyplývajícího vrubového účinku podstatné výhody také pro následné lakování šroubovitých pružin.

?£ehled_obrázků_na_yýkresech

Vynález je v dalším vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s odpovídajícími diagramy.

Na diagrámu 1 je znázorněn sled pracovních operací při výrobě vysoko odolných a nejpevnějších šroubovitých pružin s termomechanickým zušlechtěním a termomechanickým zpevněním okrajové vrstvy.

Na diagramu 2 je znázorněn průběh tlakového vlastního pnutí v okrajové vrstvě šroubovitých pružin po jednom brokování podpredpětím při použití hrubozrnného tryskacího prostředku s vysokou rychlostí odhazování.

Na diagramu 3 je znázorněn průběh tlakového vlastního pnutí v okrajové vrstvě šroubovitých pružin při stupňovitě po sobě následujícím brokování . pod předpětím při použití hrubozrnného tryskacího prostředku v prvním stupni a jemnozrnného tryskacího prostředku ve druhém stupni.

·· · • 4 · • · 4 • ···· 4 • 4 »»·« 4

- 6 ·· ·· e ♦ 4 4

4 4

4 4 • 4 4 ·· 4444 ·· • 4 4 4 • 4 4 4

444 444 v elektroindukčPříklady_proyedení_yynálozu

Dodaný ocelový drát se nejprve uvede ně pracujícím, neznázorněném ohřívacím ústrojí na austenitizační teplotu. Návazně je austenitizovaný ocelový drátový materiál plasticky deformován ve válcovacím nebo zkrutném procesu. Potom se uskuteční svinutí ještě teplého ocelového drátu do šroubovité pružiny. Terinomechanické zušlech tění ocelového drátu v návaznosti na svinutí pokračuje vytvrzováním. V závěru následuje popouštění a tím je ukončeno termomechanické zušlechtění oceli.

Po popouštění se uskuteční rychlé ochlazení šroubovité pružiny prostřednictvím vody.

Při následně prováděném prvním zpracování brokováním nenapjaté šroubovité pružiny dojde primárně na to, že se plasticky deformuje tak hluboko, jak je to jen možné, k povrchové ploše blízký materiál pružinového ocelového drátu. Po ukončení tohoto prvního brokování se šroubovité pružiny v neznázorněné peci, která je určena pro ohřev na teplotu upravování za tepla, ohřejí a současně se teplené uvolní.

Po dosažení teploty upravování za tepla se uskuteční vlastní úprava za tepla. Jakmile jsou pružiny prostřednictvím chlazení vodou opět ochlazeny, jsou ve druhém tryskacím procesu pod předpětím brokovány.

Účel brokování pod předpětím spočívá hlavně v tom, aby se v okrajové vrstvě blízké k povrchové ploše pružinového ocelového drátu vytvořila směrově orientovaná vysoká tlaková vlastní napnutí. Pokud jsou totiž pružiny v průběhu tryskání pod předběžným zatížením, které působí ve • 9 • · ·

9« • 9 ·

9 € 9 9 ·

9 9 9 9 » 9 9 9 ► 9 9 9 •99 ··· stejném směru jako pozdější provozní zatížení, je možné v tomto směru vytvořit na povrchové ploše ocelového drátu zvláště vysoká vlastní tlaková napnutí, ve kterých bude provozní zatížení vytvářet nejvyšší tahová napnutí. Zpravidla je to v případě úhlu o hodnotě 45° vzhledem k podélné ose pružinového drátu. Takto vytvořená vlastní tlaková pnutí působí jako protilehlá napnutí proti tahovým napnutím, která vznikají při praktickém nasazení pod zatížením.

Brokování pod předpětím se podle vynálezu provádí ve dvou stupních. V prvním stupni se jako tryskací prostředek používá poměrně hrubé zrno o průměru 0,7 až 0,9 mm Tak lze dosáhnout profilu vlastního tlakového napnutí v okrajové oblasti oceli pružinového drátu, jak je to znázorněno například v diagramu 2. Charakteristická přitom je velká hloubka vniknutí vlastních tlakových napnutí, která však nedosahují své nejvyšší hodnoty, jak je to požadováno, bezprostředně v oblasti povrchové plochy pružinového drátu, ale teprve v určitém odstupu od ní.

Při návazně prováděném druhém stupni brokování pod předpětím je použit stejný tryskací prostředek, přičemž je však tento vydáván s menší rychlostí odhazování, než v prvním stupni. Jak je to zřetelně patrno z diagramu 3, výrazně se prostřednictvím jemného tryskání zvýší vlastní tlakové napnutí přímo na povrchové ploše drátu a sousedních vrstev materiálu. Tak se podstatně zvýší výsledek z hlediska možného dynamického namáhání šroubovité pružiny vyrobené způsobem podle vynálezu a podstatně se zdokonalí kvalita použití šroubovitých pružin ve srovnání se šroubovitými pružinami, které jsou nasazeny jako nosné pruží• 99 ·· · · · · · • · 9 · · · 9 ' 9 ·· • · 9 ·· 9 9 99 • 999999 9 9 9 999 9

9 9 9 9 9 •999 · ·· «··· ·· 9 ny motorových vozidel.

Na závěr výrobního procesu se uskuteční přezkoušení z hlediska trhlin, lakování a přezkoušení sil na šrouboví tých pružinách. Z hlediska optimální ochrany proti korozi se osvědčilo účinné lakování zinkovým fosfátováním s přáš kovým povrstvením. '

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby šroubovitých pružin z ocelového drátu, při kterém se šroubovité pružiny podrobí termomechanickému zpevnění okrajových vrstev, vyznačující se tím, že se provádějí pracovní kroky prvního brokování bez předpětí, následného tepelného uvolnění a pak druhého brokování .
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se druhé brokování provádí nejméně ve dvou stupních.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj íc í se t í m, že se druhé brokování provádí pod předpětím.
4. Způsob podle nároku 2,vyznačující se tím, že se při druhém brokování použije jednotný hrubozrnný tryskací prostředek, který se v prvním stupni brokování rozmetává s vyšší odhazovací rychlostí než v následných stupních.
5. Způsob podle některého z nároků 2 až 4, v y z n ačující se tím, že se v prvním stupni použije hrubozrnný a v následujících stupních jemněji zrněný tryskací prostředek.