RU2547989C2

RU2547989C2 - Production of high-strength springs of steel and device to this end (versions)

Info

Publication number: RU2547989C2
Application number: RU2013134300/02A
Authority: RU
Inventors: Олег Иванович Шаврин
Original assignee: Олег Иванович Шаврин
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2015-04-10
Also published as: RU2013134300A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and may be used for producing large-sized springs by hot winding. This process comprises feed and heating of steel rod to be wound in inductor to preset temperature and quenching of the spring. Temperature is stabilized in thermostat over the rod length to wind the spring on spinning mandrel displacing axially. Spring is removed from the mandrel and dipped in quenching device at the rate that allows a stable structure and properties of the spring over its entire length. Invention covers two versions of the design of above described device.

EFFECT: accelerated quenching, higher quality of springs.

3 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована для производства крупногабаритных пружин любой конструкции, получаемых горячей навивкой.The group of inventions relates to mechanical engineering and can be used for the production of large-sized springs of any design obtained by hot winding.

Известен способ изготовления пружин, по авт. свид. СССР №528989 от 31.01.1975 г., МПК B21F 3/04, использующий термомеханическое упрочнение, заключающийся в нагреве заготовки до температуры аустенизации, подстуживанием заготовки на 50-100°С, но не ниже температуры закалки, далее производят гибку заготовки в направлении навивки, навивку на оправку и последующее охлаждение, причем суммарная степень деформации при навивке составляет 15-40%.A known method of manufacturing springs, according to ed. testimonial. USSR No. 528989 dated 01/31/1975, IPC B21F 3/04, using thermomechanical hardening, consisting in heating the workpiece to the austenization temperature, stirring the workpiece at 50-100 ° C, but not lower than the hardening temperature, then bending the workpiece in the direction of winding , winding onto the mandrel and subsequent cooling, and the total degree of deformation during winding is 15-40%.

Применение в известном способе нерегламентированного охлаждения на оправке создает неравномерную структуру металла в поперечном сечении витка пружины, так как в зоне контакта витка пружины и оправки в материале пружины образуется зона промежуточных превращений с пониженной твердостью и непостоянным по длине пружины упрочняющим эффектом, что ухудшает качество пружин.The use in the known method of ad-hoc cooling on the mandrel creates an uneven metal structure in the cross section of the spring coil, since in the contact zone of the spring coil and the mandrel in the spring material, an intermediate transformation zone is formed with reduced hardness and a strengthening effect that is not constant along the spring length, which worsens the quality of the springs.

Известен также способ изготовления крупногабаритных пружин из стали, описанный в патенте РФ №2377091 от 27.06.2006, по которому пруток нагревают до температуры, обеспечивающей гомогенизацию высокотемпературной фазы стали. Затем из прутка при температуре его нагрева навивают пружину. При этом пружину подвергают повитковой закалке. Закалку каждого витка ведут после его навивки и посленавивочной выдержки в течение времени, обеспечивающей процессы полигонизации стали для затруднения рекристаллизационной перестройки ее структуры. Окончательную термообработку пружины производят путем ее отпуска.There is also a known method of manufacturing large steel springs, described in RF patent No. 2377091 dated 06/27/2006, in which the bar is heated to a temperature that ensures homogenization of the high-temperature phase of the steel. Then, a spring is wound from the rod at its heating temperature. In this case, the spring is subjected to rotational hardening. The hardening of each coil is carried out after its winding and post-casting for a period of time, which ensures the processes of polygonization of steel to complicate the recrystallization restructuring of its structure. The final heat treatment of the spring is carried out by tempering.

Недостатками известного способа являются невысокая производительность изготовления пружин, так как для полной закалки пружины на оправке требуется период времени составляющий несколько минут, а также неравномерность структуры металла в поперечном сечении витка пружины из-за образования в зоне контакта витка пружины и оправки в материале пружины зоны промежуточных превращений с пониженной твердостью, что ухудшает качество получаемых пружин.The disadvantages of this method are the low productivity of the manufacture of springs, since the complete hardening of the spring on the mandrel requires a time period of several minutes, as well as uneven metal structure in the cross section of the coil of the spring due to the formation in the contact zone of the coil of the spring and the mandrel in the spring material of the intermediate zone conversions with reduced hardness, which affects the quality of the resulting springs.

Известно устройство для навивки пружин по авт. свид. СССР №1348040 от 16.06.1982, содержащее узел подачи навиваемого материала, узел подогрева, охлаждающую ванну и вертикальную оправку с приводом вращения и осевого перемещения в виде копирного устройства.A device for winding springs according to ed. testimonial. USSR No. 1348040 from 06/16/1982, containing a feed unit for winding material, a heating unit, a cooling bath and a vertical mandrel with a rotation and axial drive in the form of a copying device.

Недостатком устройства является невысокая производительность вследствие необходимости последовательного выполнения операций навивки, выдержки в закалочной ванне и возвращения оправки с пружиной в зону снятия пружины перед началом навивки новой пружины.The disadvantage of this device is its low productivity due to the need for sequentially performing winding operations, holding in the quenching bath and returning the mandrel with the spring to the spring removal zone before starting to wind the new spring.

Известна также конструкция агрегата для навивки стальных пружин по патенту РФ №2373016 от 18.04. 2008, который содержит смонтированный на станине узел подачи навиваемого материала в виде стального прутка, индуктор для нагрева прутка, размещенный на корпусе узла подачи навиваемого прутка вдоль оси подачи, вращающуюся оправку с приводом вращения и приводом осевого перемещения в виде приводных винта и гайки и охлаждающее устройство. Вращающаяся оправка расположена горизонтально, а охлаждающее устройство выполнено в виде спрейера, размещенного на станине соосно с вращающейся оправкой на расстоянии от навиваемого витка пружины, определяемом в зависимости от величины подачи оправки для каждой марки пружинной стали с обеспечением посленавивочной выдержки, необходимой для завершения полигонизационной перестройки структуры, сформировавшейся в процессе навивки.Also known is the design of the unit for winding steel springs according to the patent of the Russian Federation No. 2373016 dated 18.04. 2008, which contains a frame mounted assembly for supplying winding material in the form of a steel bar, an inductor for heating the bar placed on the casing of the coil for feeding the coil along the feed axis, a rotating mandrel with a rotation drive and an axial displacement drive in the form of a drive screw and nut and a cooling device . The rotating mandrel is located horizontally, and the cooling device is made in the form of a sprayer placed on the bed coaxially with the rotating mandrel at a distance from the winding coil of the spring, determined depending on the magnitude of the mandrel feed for each grade of spring steel with the provision of post-winding shutter speed necessary to complete the polygonization adjustment of the structure formed during the winding process.

Недостатком известного агрегата является низкая производительность, обусловленная перемещением пружины на оправке в охлаждающее устройство. При этом оправка занята, и для навивки следующей пружины необходимо время, при котором происходит процесс закалки пружины на оправке, что также влияет на качество пружины.A disadvantage of the known unit is the low productivity due to the movement of the spring on the mandrel in the cooling device. In this case, the mandrel is busy, and for winding the next spring, it takes time at which the process of quenching the spring on the mandrel takes place, which also affects the quality of the spring.

Задачей изобретения является повышение производительности изготовления высокопрочных пружин и повышение качества изготовляемых пружин. Технический результат заключается в стабилизации температуры по длине и по поперечному сечению навиваемого материала в виде стального прутка, и закалке пружины после снятия с оправки в свободном состоянии. Отсутствие оправки при осуществлении процесса закалки также ускоряет процесс закалки пружины и повышает качество пружин.The objective of the invention is to increase the productivity of manufacturing high-strength springs and improve the quality of manufactured springs. The technical result consists in stabilizing the temperature along the length and cross section of the material being rolled in the form of a steel bar, and hardening the spring after removal from the mandrel in the free state. The absence of a mandrel during the hardening process also speeds up the spring hardening process and improves the quality of the springs.

Поставленная задача изготовления высокопрочных пружин из стали, достигается подачей и нагревом навиваемого материала в виде стального прутка в индукторе до заданной температуры, навивкой пружины на вращаемую и перемещаемую в осевом направлении оправку, закалкой пружины. Перед навивкой пруток помещают в термостат для стабилизации температуры по всей длине прутка. Навивку пружины осуществляют со скоростью, обеспечивающей постоянство структуры и свойств пружины по всей ее длине. После навивки пружину снимают с оправки и погружают в закалочное устройство со скоростью, обеспечивающей постоянство структуры и свойств пружины по всей длине.The task of manufacturing high-strength springs made of steel is achieved by feeding and heating the winding material in the form of a steel bar in the inductor to a predetermined temperature, winding the spring on a mandrel rotatable and moving in the axial direction, and hardening the spring. Before winding, the bar is placed in a thermostat to stabilize the temperature along the entire length of the bar. Spring winding is carried out at a speed that ensures the constancy of the structure and properties of the spring along its entire length. After winding, the spring is removed from the mandrel and immersed in the quenching device at a speed that ensures the constancy of the structure and properties of the spring along the entire length.

Поставленная задача также достигается тем, что устройство изготовления высокопрочных пружин из стали содержит узел подачи навиваемого материала в виде стального прутка, индуктор нагрева прутка до заданной температуры, вращающуюся оправку с приводом вращения и приводом осевого перемещения и закалочное устройство. Дополнительно введен термостат, расположенный после индуктора нагрева прутка, а также механизм снятия пружины с оправки и перемещения ее в закалочное устройство вдоль оси с заданной скоростью перпендикулярно поверхности жидкости.The task is also achieved by the fact that the device for manufacturing high-strength springs made of steel comprises a feed unit for the material to be winded in the form of a steel bar, an inductor for heating the bar to a predetermined temperature, a rotating mandrel with a rotation drive and an axial displacement drive, and a hardening device. Additionally introduced a thermostat located after the inductor heating the rod, as well as a mechanism for removing the spring from the mandrel and moving it to the quenching device along the axis with a given speed perpendicular to the surface of the liquid.

Поставленная задача также достигается тем, что устройство изготовления высокопрочных пружин из стали, содержит узел подачи навиваемого материала в виде стального прутка, индуктор нагрева прутка до заданной температуры, оправку с приводом вращения и приводом осевого перемещения и закалочное устройство. Дополнительно введен термостат, который расположен после индуктора нагрева прутка, а также механизм снятия пружины с оправки и перемещения ее с заданной скоростью вдоль ее оси в закалочное устройство. Закалочное устройство расположено горизонтально и выполнено в виде спрейера, в котором закаливаемая пружина толкает предыдущую закаленную пружину.The task is also achieved by the fact that the device for manufacturing high-strength steel springs contains a feed unit for winding material in the form of a steel bar, an inductor for heating the bar to a predetermined temperature, a mandrel with a rotation drive and an axial displacement drive, and a hardening device. Additionally introduced a thermostat, which is located after the inductor heating the rod, as well as a mechanism for removing the spring from the mandrel and moving it at a given speed along its axis to the quenching device. The quenching device is located horizontally and made in the form of a sprayer, in which the hardened spring pushes the previous hardened spring.

Предлагаемый способ изготовления высокопрочных пружин из стали может быть реализован с помощью устройства, которое изображено на фигуре 1, а также устройства, показанного на фигуре 2.The proposed method of manufacturing high-strength steel springs can be implemented using the device, which is shown in figure 1, as well as the device shown in figure 2.

Устройство изготовления высокопрочных пружин состоит из индуктора 1, в который подается пруток 2 и происходит его нагрев до заданной температуры. Далее пруток 2 входит в термостат 3, в котором происходит стабилизация температуры по всей длине прутка. На выходе из термостата 3 расположена втулка 4, которая направляет пруток 2 на оправку 5 для навивки пружины. Вращение и осевое перемещение оправки 5 осуществляется с помощью привода 6. Снятие пружины с оправки 5 и дальнейшее перемещение производится механизмом 7, который погружает навитую пружину вдоль ее оси в закалочное устройство 8 перпендикулярно поверхности жидкости в закалочном устройстве. В закалочном устройстве 8 (фиг. 1), выполненном в виде ванны, расположен транспортер 9, по которому пружина поступает на конвейер 10.A device for manufacturing high-strength springs consists of an inductor 1, into which a rod 2 is supplied and it is heated to a given temperature. Further, the bar 2 enters the thermostat 3, in which the temperature is stabilized along the entire length of the bar. At the exit of the thermostat 3 is a sleeve 4, which directs the rod 2 to the mandrel 5 for winding the spring. The rotation and axial movement of the mandrel 5 is carried out using the drive 6. Removing the spring from the mandrel 5 and further moving is done by a mechanism 7, which immerses the coiled spring along its axis in the quenching device 8 perpendicular to the surface of the liquid in the quenching device. In the quenching device 8 (Fig. 1), made in the form of a bath, a conveyor 9 is located, through which the spring enters the conveyor 10.

При горизонтальном расположении закалочного устройства 8 (фиг. 2) оно выполнено в виде спрейера, из которого закаленная пружина поступает на конвейер 10.With the horizontal arrangement of the quenching device 8 (Fig. 2), it is made in the form of a sprayer from which the quenched spring enters the conveyor 10.

Способ и изготовление высокачественных пружин из стали заключается в следующем.The method and manufacture of high-quality steel springs is as follows.

Подаваемый пруток 2 проходит через индуктор 1, в котором происходит нагрев прутка 2 до температуры 1000-1050°С. Нагретый пруток 2 поступает в термостат 3 на всю длину прутка. Термостат 3 поддерживает постоянную температуру прутка при его движении к оправке 5. Этот процесс необходим для стабилизации температуры прутка на всю его длину. Также термостат 3 необходим для того, чтобы обеспечить скорость перемещения прутка 2 при навивке, большей, чем скорость перемещения прутка 2 при нагреве в индукторе 1. Большая скорость перемещения прутка 2 при навивке обеспечит незначительный перепад температуры между первым и последним витками навиваемой пружины и постоянство структуры и свойств по всей длине пружины. После термостата 3 пруток 2 направляется с помощью втулки 4, которая осуществляет координацию движения прутка 2, на оправку 5. Вращение и осевое перемещение оправки 5 осуществляется приводом 6. Навитую пружину с помощью механизма 7 снимают с оправки 5 и перемещают в закалочное устройство 8. Пружина вдоль своей оси погружается в закалочное устройство 8 вертикально, процесс погружения пружины в закалочное устройство 8 начинают с первого витка со скоростью, которая обеспечивает постоянство структуры и свойств по всей длине пружины. Снятие пружины с оправки позволяет повысить качество пружины ввиду отсутствия зон с пониженной твердостью и одновременно повысить производительность изготовления пружин, так как закалка пружин осуществляется в свободном состоянии без оправки, на которую в это время навивается следующая пружина.The feed rod 2 passes through the inductor 1, in which the rod 2 is heated to a temperature of 1000-1050 ° C. The heated bar 2 enters the thermostat 3 for the entire length of the bar. The thermostat 3 maintains a constant temperature of the bar as it moves to the mandrel 5. This process is necessary to stabilize the temperature of the bar over its entire length. Also, the thermostat 3 is necessary in order to ensure the speed of movement of the bar 2 during winding, greater than the speed of movement of the bar 2 when heated in the inductor 1. The high speed of movement of the bar 2 during winding will provide a slight temperature difference between the first and last turns of the coil spring and the constancy of the structure and properties along the entire length of the spring. After the thermostat 3, the bar 2 is guided by a sleeve 4, which coordinates the movement of the bar 2, to the mandrel 5. The rotation and axial movement of the mandrel 5 is carried out by the actuator 6. The coil spring is removed from the mandrel 5 by the mechanism 7 and transferred to the quenching device 8. Spring along its axis it is immersed vertically in the quenching device 8, the process of immersing the spring in the quenching device 8 begins from the first turn with a speed that ensures the constancy of the structure and properties along the entire length of the spring. Removing the spring from the mandrel allows you to improve the quality of the spring due to the absence of zones with reduced hardness and at the same time increase the production capacity of the springs, since the hardening of the springs is carried out in a free state without a mandrel, on which the next spring is wound.

Закаленная пружина проходит в дальнейшем все операции технологического процесса.The hardened spring goes through all the operations of the process.

Предлагаемый способ изготовления пружин и устройство для его реализации были опробованы при навивке пружин из стали 60С2А.The proposed method for the manufacture of springs and a device for its implementation were tested when winding springs from steel 60S2A.

Результаты исследования структуры по виткам пружины свидетельствуют об ее равномерности, время навивки одной пружины укладывается в 20 секунд.The results of the study of the structure along the coil of the spring indicate its uniformity, the winding time of one spring fits within 20 seconds.

Claims

1. A method of manufacturing high-strength coil springs made of steel, comprising feeding and heating the winding material in the form of a steel bar in an inductor to a predetermined temperature and hardening the spring, characterized in that the temperature is stabilized in the thermostat along the entire length of the bar, winding the spring onto a rotatable and movable wire axial direction of the mandrel, removal of the spring from the mandrel and its immersion in the quenching device at a speed that ensures the constancy of the structure and properties of the spring along its entire length.

2. A device for the manufacture of high-strength coil springs made of steel, comprising a feed unit for winding material in the form of a steel bar, an inductor for heating the bar to a predetermined temperature, a mandrel mounted for rotation and movement by means of drives, and a quenching device, characterized in that it is equipped with a thermostat located after the inductor, and the mechanism for removing the spring from the mandrel and its movement along the axis in the quenching device, while this mechanism is configured to immerse the spring into the liquid of the quenching device perpendicular to its surface.

3. A device for the manufacture of high strength coil springs made of steel, comprising a feed unit for winding material in the form of a steel bar, an inductor for heating the bar to a predetermined temperature, a mandrel mounted for rotation and movement by means of drives, and a quenching device, characterized in that it is equipped with a thermostat located after the inductor, and the mechanism for removing the spring from the mandrel and its movement along the axis to the hardening device, while the hardening device is made in the form of horizontally arranged ennogo sprayer, with ejection means hardenable spring previous hardened spring.