RU2598420C1

RU2598420C1 - Method of flat tape spring making from beryllium bronze

Info

Publication number: RU2598420C1
Application number: RU2015110961/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Соколов; Егор Михайлович Карашинский; Татьяна Константиновна Ерофеева; Олег Валерьевич Индришенок
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-09-27

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention relates to instrument making and can be used for production of flat tape springs, including spiral ones, with preset geometry from beryllium bronze. Method comprises placing tape workpiece in metal plate groove, wherein process of tape blank hardening is conducted by way of maintenance at temperature of 760-790 °C for 10-30 minutes with abrupt cooling and ageing at temperature of 300-400 °C for 3.5 hours with subsequent cooling down. Slot in metal plate is made with width by 5-10 % larger than thickness of tape blank and with shape ensuring formation of spring in it with preset geometry.

EFFECT: removed internal stresses in plate material, reduced labor costs for manufacturing.

1 cl, 3 ex, 2 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для производства плоских ленточных пружин, в том числе спиральных, с заданной геометрией из бериллиевой бронзы (БрБ2; БрБ2,5; БрБНТ1,7; БрБНТ1,9).The invention relates to instrumentation and can be used for the production of flat ribbon springs, including spiral, with a given geometry of beryllium bronze (BrB2; BrB2.5; BrBNT1.7; BrBNT1.9).

Сплавы из бериллиевой бронзы в закаленном (мягком) состоянии обладают хорошей пластичностью и технологичностью, а также высокими механическими свойствами в термообработанном (состаренном) состоянии. Дополнительного повышения уровня механических свойств можно добиться пластической деформацией перед старением (старение из твердого состояния).Alloys of beryllium bronze in the hardened (soft) state have good ductility and manufacturability, as well as high mechanical properties in the heat-treated (aged) state. An additional increase in the level of mechanical properties can be achieved by plastic deformation before aging (aging from a solid state).

Известен способ изготовления плоской спиральной пружины, где ленточную заготовку закрепляют на оправке одним концом и, поворачивая оправку, изгибают. Затем закрепляют на оправке другой конец и закручивают повторно, оставляя размещение зон растяжения и сжатия неизменным. Напряжения в витках пружины приближаются к постоянной величине. Авторское свидетельство СССР №1637903, МПК B21D 11/00, 30.03.1991. Недостатком способа является нестабильность геометрии готовых пружин (большой угловой разброс у концов) от партии к партии из-за наличия внутренних напряжений, возникающих при навивке.A known method of manufacturing a flat spiral spring, where the tape billet is fixed to the mandrel with one end and, turning the mandrel, bend. Then the other end is fixed on the mandrel and twisted again, leaving the placement of the zones of tension and compression unchanged. The stresses in the coil of the spring are approaching a constant value. USSR copyright certificate No. 1637903, IPC B21D 11/00, 03/30/1991. The disadvantage of this method is the instability of the geometry of the finished springs (large angular spread at the ends) from batch to batch due to the presence of internal stresses arising during winding.

Известен способ термической обработки контактных пружин из бериллиевой бронзы, включающий термическую обработку в оправке, в качестве оправки используют стальную пластину с вырезанными пазами по размерам пружин, а термическую обработку (старение) проводят при 300-400°С с последующим охлаждением. Патент №2048593, МПК C22F 1/08, 20.11.1995. При данном способе получения пружин необходима предварительная гибка (формовка) заготовки в приспособлении по размерам паза, что, в случае сложной геометрии пружины, делает его трудоемким. Вместе с тем предварительная гибка заготовки (в мягком состоянии в меньшей степени, в твердом - в большей) привносит в материал внутренние напряжения, которые после старения изменяют размер пружины. Окончательная геометрия пружины будет отличаться от геометрии паза. В результате недостатками прототипа являются большая трудоемкость и несоответствие геометрии полученной пружины заданной. Особенно данные недостатки проявляются у пружин со сложной геометрией, например у спиральных.A known method of heat treatment of contact springs from beryllium bronze, including heat treatment in a mandrel, a steel plate with cut grooves in the dimensions of the springs is used as a mandrel, and heat treatment (aging) is carried out at 300-400 ° C followed by cooling. Patent No. 2048593, IPC C22F 1/08, 11/20/1995. With this method of producing springs, preliminary bending (molding) of the workpiece in a fixture according to the size of the groove is necessary, which, in the case of a complex geometry of the spring, makes it time-consuming. At the same time, preliminary bending of the workpiece (to a lesser extent in a soft state, to a greater degree in a solid state) introduces internal stresses into the material, which, after aging, change the size of the spring. The final geometry of the spring will differ from the geometry of the groove. As a result, the disadvantages of the prototype are the great complexity and the mismatch of the geometry of the resulting spring given. Especially these shortcomings are manifested in springs with complex geometry, for example in spiral.

Техническим результатом является получение плоской пружины с заданной геометрией, в материале которой отсутствуют внутренние напряжения, и уменьшение трудозатрат на изготовление.The technical result is to obtain a flat spring with a given geometry, in the material of which there are no internal stresses, and reducing labor costs for manufacturing.

Технический результат достигается тем, что при реализации способа изготовления плоской ленточной пружины из бериллиевой бронзы ленту-заготовку укладывают в паз металлической пластины, в которой осуществляют процесс закалки ленты-заготовки путем выдержки при температуре 760-790°С в течение 10-30 минут с резким охлаждением и старение при температуре 300-400°С в течение 3,5 часов с последующим охлаждением, при этом паз в металлической пластине выполняют с шириной на 5-10% больше толщины ленты-заготовки и с формой, обеспечивающей формирование в нем пружины с заданной геометрией.The technical result is achieved by the fact that when implementing the method of manufacturing a flat ribbon spring from beryllium bronze, the preform tape is placed in the groove of the metal plate, in which the process of hardening the preform tape is carried out by holding it at a temperature of 760-790 ° C for 10-30 minutes with a sharp cooling and aging at a temperature of 300-400 ° C for 3.5 hours, followed by cooling, while the groove in the metal plate is 5-10% wider than the thickness of the preform tape and with a shape that forms dinners with a given geometry.

Сущность способа поясняется на фиг. 1 и фиг. 2.The essence of the method is illustrated in FIG. 1 and FIG. 2.

На фиг. 1 представлена металлическая пластина 1 со спиральным пазом 2, в который уложена лента-заготовка 3; в данном случае паз выполнен в виде спирали Архимеда. Паз возможно выполнять в форме спирали, описываемой любым уравнением. При необходимости изгибы концов пружины формируют в прорези 4 металлической пластины 1.In FIG. 1 shows a metal plate 1 with a spiral groove 2, in which a blank billet 3 is laid; in this case, the groove is made in the form of a spiral of Archimedes. The groove can be made in the form of a spiral, described by any equation. If necessary, the bends of the ends of the spring are formed in the slots 4 of the metal plate 1.

На фиг. 2 представлена фотография металлической пластины 1 с уложенной в нее лентой-заготовкой 3.In FIG. 2 is a photograph of a metal plate 1 with a preform tape 3 laid therein.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Ленту-заготовку 3 укладывают в спиральный паз 2 металлической пластины 1. Предварительно на прорези 4 формируется внутренний конец пружины. Экспериментально установлено, что ширина паза 2 должна быть больше толщины ленты на 5-10%. Это позволяет плотно зафиксировать ленту-заготовку 3 в пазу для сохранения ее размеров при термообработке и не вызывает трудностей при укладке. Толщина металлической пластины 1 равна ширине ленты-заготовки 3.The preform tape 3 is placed in a spiral groove 2 of the metal plate 1. Previously, the inner end of the spring is formed on the slot 4. It was experimentally established that the width of the groove 2 should be 5-10% greater than the thickness of the tape. This allows you to tightly fix the tape blank 3 in the groove to maintain its size during heat treatment and does not cause difficulties during installation. The thickness of the metal plate 1 is equal to the width of the tape blank 3.

В процессе укладки ленты-заготовки 3 в паз 2 в ней возникают внутренние напряжения, и происходит ее пластическая деформация. Проведение процесса старения на данном этапе даст существенное искажение геометрии пружины после ее извлечения из паза 2. Поэтому для снятия внутренних напряжений проводят закалку ленты-заготовки 3 в металлической пластине 1: выдерживают при температуре 760-790°С в течение 10-30 минут и резко охлаждают. Для качественной закалки необходимо, чтобы металлическая пластина 1 имела минимальные габариты.In the process of laying the preform tape 3 into the groove 2, internal stresses arise in it and its plastic deformation occurs. Carrying out the aging process at this stage will give a significant distortion of the geometry of the spring after it is removed from the groove 2. Therefore, in order to relieve internal stresses, the billet 3 is quenched in a metal plate 1: it is held at a temperature of 760-790 ° С for 10-30 minutes and sharply cool. For high-quality hardening, it is necessary that the metal plate 1 has a minimum size.

Далее проводят процесс старения ленты в пластине с выдержкой в течение 3,5 часов при температуре 300-400°С с последующим охлаждением.Next, carry out the aging process of the tape in the plate with exposure for 3.5 hours at a temperature of 300-400 ° C, followed by cooling.

Извлеченная из пластины пружина имеет геометрию, повторяющую геометрию паза. В материале пружины отсутствуют внутренние напряжения.The spring extracted from the plate has a geometry that repeats the geometry of the groove. There are no internal stresses in the spring material.

Изобретение позволяет получить плоские спиральные пружины с высокими механическими и упругими свойствами и заданной геометрией.The invention allows to obtain flat coil springs with high mechanical and elastic properties and a given geometry.

Предлагаемым способом возможно получать плоские пружины любой геометрии.The proposed method is possible to obtain flat springs of any geometry.

Примеры реализации способа.Examples of the method.

Пример 1. Ленту 0,35 ДПРНМ БрБ2 ГОСТ 1789-70 укладывают в спиральный паз металлической пластины (см. фиг. 2). Паз выполнен в виде спирали Архимеда. Ширина паза 0,38 мм. Проводят закалку: нагревают ленту в пластине в защитной атмосфере аргона до температуры 780°С, выдерживают в течение 20 минут и резко охлаждают в воде. Далее проводят процесс старения ленты в пластине с выдержкой в течение 3,5 часов в вакуумной печи при температуре 315°С с последующим охлаждением до 150°С в вакууме, далее на воздухе.Example 1. The tape 0.35 DPRNM BrB2 GOST 1789-70 is placed in a spiral groove of a metal plate (see Fig. 2). The groove is made in the form of a spiral of Archimedes. The width of the groove is 0.38 mm. Hardening is carried out: the tape is heated in a plate in a protective atmosphere of argon to a temperature of 780 ° C, maintained for 20 minutes and sharply cooled in water. Next, the aging process of the tape in the plate is carried out with exposure for 3.5 hours in a vacuum oven at a temperature of 315 ° C, followed by cooling to 150 ° C in vacuum, then in air.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1. В качестве исходного материала используют Ленту 0,5 ДПРНТ БрБНТ1,9 ГОСТ 1789-70. Паз выполнен в виде гиперболической спирали. Ширина паза 0,55 мм. Выдержка при закалке 30 минут.Example 2. The method is carried out analogously to example 1. As a starting material, use the tape 0.5 DPRNT BrBNT1.9 GOST 1789-70. The groove is made in the form of a hyperbolic spiral. The width of the groove is 0.55 mm. Hardening time 30 minutes.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1. В качестве исходного материала используют Ленту 0,3 ДПРНМ БрБ2,5 ГОСТ 1789-70, докатанную до толщины 0,26 мм. Паз выполнен в виде логарифмической спирали. Ширина паза 0,28 мм. Выдержка при закалке 15 минут.Example 3. The method is carried out analogously to example 1. As the starting material, use Tape 0.3 DPRNM BrB2.5 GOST 1789-70, rolled to a thickness of 0.26 mm. The groove is made in the form of a logarithmic spiral. The width of the groove is 0.28 mm. Hardening time 15 minutes.

Claims

A method of manufacturing a flat ribbon spring from beryllium bronze, characterized in that the preform tape is laid in the groove of a metal plate, in which the process of hardening the preform tape is carried out by holding it at a temperature of 760-790 ° C for 10-30 minutes with rapid cooling and aging at a temperature of 300-400 ° C for 3.5 hours, followed by cooling, while the groove in the metal plate is 5-10% wider than the thickness of the workpiece and with a shape that forms a spring with a given geometry in it.