Технические науки/3.
Отраслевое машиностроение
К.т. н. Землянушнова
Н.Ю.
ФГОУ ВПО Ставропольский аграрный университет, Россия
Инженер Тебенко Ю.М.
ООО КПК
«Автокрансервис», г. Ставрополь, Россия
Студент Землянушнов
Н.А.
ФГОУ ВПО Северо-Кавказский государственный
технический университет,
г. Ставрополь, Россия
Новая технология восстановления пружин
гидрозамка
Рассмотрен новый технологический процесс
восстановления пружин.
Ключевые
слова: пружина, восстановление пружин, контактное заневоливание пружин.
Практика показывает, что ремонтные
предприятия испытывают потребность в винтовых цилиндрических пружинах. Они
являются важнейшими деталями узлов, агрегатов и механизмов различной техники и
эксплуатируются в условиях высоких температур, при динамическом, статическом и
асимметричном циклическом нагружении. Неблагоприятные
условия при эксплуатации приводят к значительным остаточным деформациям
пружин, к развитию скрытых дефектов металла пружин и их поломке (рис. 1). При
эксплуатации «Подъёмника автомобильного гидравлического» возникает аварийная
ситуация по причине разрушения или чрезмерной осадки пружин гидрозамка.
Рисунок 1 ― Дефектные пружины гидрозамка
Это свидетельствует об имеющихся
отклонениях от технологического процесса изготовления пружин и о недостаточном
контроле их качества. Так как пружины гидрозамка работают при статической
нагрузке, приводящей к сжатию пружин по линии контакта витков, то для
стабилизации силовых и геометрических параметров, а также для контроля качества
восстановленных пружин необходимо применять операцию контактного заневоливания
[1, 2].
Сотрудниками ООО НПО «ЗЕМВА» при Ставропольском
государственном аграрном университете при поддержке Фонда содействия развитию
малых форм предприятий в научно-технической сфере при выполнении НИОКР по теме
"Исследование применения контактного заневоливания при восстановлении
пружин" [3] разработан способ восстановления пружин с использованием
методов высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) и контактного
заневоливания. Согласно предложенному способу восстановления пружин [6] с
применением ВТМО и контактного заневоливания восстановлено 10 пружин
гидрозамка. Способ осуществляют следующим образом.
Производят нагрев пружины до
температуры закалки (~ 900…950 °С), в нагретом состоянии её растягивают с шагом,
превышающим шаг готовой пружины, и непосредственно сразу производят закалку
(пружина может остыть до ~ 900…840 °С) и отпуск пружины (~ 200…400 °С). После
100% люмконтоля и промывки осуществляют дробемётный наклёп остывшей пружины.
При этом закалку, в том числе изотермическую, производят в защитной среде с
последующим отпуском с режимами, принятыми для определенной марки пружинных
сталей [4]. Производят пластическое упрочнение пружины до достижения требуемой
высоты её сжатием нагрузкой 10÷300F3
с помощью приспособления [5] для контактного заневоливания (рис. 2).
Рисунок 2 ―
Устройство для заневоливания пружин гидрозамка
После чего замеряют силовые и
геометрические параметры пружины. Для
оценки эффективности предлагаемой технологии восстановления проведены
сравнительные испытания заневоливанием новых и восстановленных пружин.
Замерялась высота пружин до испытания. Затем пружины устанавливались на оправки
и сжимались до соприкосновения витков на 48 часов; после снятия с оправок
повторно замерялась свободная высота пружин (табл. 1).
Таблица
1 ― Параметры пружин гидрозамка после испытания заневоливанием
|
Номер, п/п |
l, мм |
l1, мм |
Δl, мм |
А, % |
F3,
Н |
F31, Н |
Δ F3, Н |
||||||
|
Новые пружины |
|||||||||||||
|
1 |
80,6 |
78,8 |
1,8 |
8,0 |
2729 |
2661 |
68 |
||||||
|
2 |
80,8 |
77,6 |
3,2 |
14,1 |
2625 |
2518 |
107 |
||||||
|
3 |
80,1 |
79,2 |
0,9 |
4,1 |
2628 |
2590 |
38 |
||||||
|
4 |
79,6 |
76,9 |
2,7 |
12,6 |
2652 |
2560 |
92 |
||||||
|
5 |
80,5 |
79,2 |
1,3 |
5,8 |
2615 |
2573 |
42 |
||||||
|
6 |
80,3 |
77,8 |
2,5 |
11,3 |
2641 |
2557 |
84 |
||||||
|
7 |
80,5 |
78,3 |
2,2 |
9,8 |
2710 |
2631 |
79 |
||||||
|
8 |
80,7 |
79,2 |
1,5 |
6,7 |
2746 |
2696 |
50 |
||||||
|
9 |
80,0 |
78,9 |
1,1 |
5,0 |
2745 |
2709 |
36 |
||||||
|
10 |
80,4 |
79,0 |
1,4 |
6,3 |
2633 |
2585 |
48 |
||||||
|
Восстановленные пружины |
|||||||||||||
|
1 |
80,6 |
80,60 |
0 |
0 |
2783 |
2783 |
0 |
||||||
|
2 |
79,4 |
79,4 |
0 |
0 |
2668 |
2668 |
0 |
||||||
|
3 |
79,6 |
79,6 |
0 |
0 |
2711 |
2711 |
0 |
||||||
|
4 |
80,2 |
80,2 |
0 |
0 |
2743 |
2743 |
0 |
||||||
|
5 |
80,0 |
80,0 |
0 |
0 |
2734 |
2734 |
0 |
||||||
|
6 |
79,5 |
79,5 |
0 |
0 |
2672 |
2672 |
0 |
||||||
|
7 |
80,0 |
80,0 |
0 |
0 |
2751 |
2751 |
0 |
||||||
|
8 |
79,6 |
79,6 |
0 |
0 |
2722 |
2722 |
0 |
||||||
|
9 |
79,5 |
79,5 |
0 |
0 |
2681 |
2681 |
0 |
||||||
|
10 |
80,1 |
80,1 |
0 |
0 |
2755 |
2755 |
0 |
||||||
Примечание: l и l1 ― свободная высота пружин до и после
заневоливания, мм; А ― осадка пружин, % [3]; F3 и F31 – сила сжатия пружин до соприкосновения витков до и после
заневоливания, Н; Δ F3 – изменение
силы сжатия пружины, Н.
Результаты испытаний, как видно из таблицы
1, показали следующее: ―
новые пружины осели сверх установленной чертежом величины (80±0,6 мм), что
свидетельствует о том, что пружины при изготовлении не подвергались заневоливанию;
― у новых пружин 2, 4, 6 осадка
превысила 11%. Это говорит о некачественной термообработке пружин при
изготовлении;
― пружины, восстановленные с
применением ВТМО и контактного заневоливания, сохранили свои исходные
параметры.
Новые пружины, изготовленные по
существующей технологии без применения заневоливания, и восстановленные по
предложенной технологии, подверглись испытанию контактным заневоливанием
нагрузкой, на 5% (11640 Н) превышающей нагрузку на пружину в изделии. Испытания
проводились на «Разрывной машине Р-5» с применением устройства для контактного
заневоливания. Результаты испытаний представлены в таблице 2 и 3.
Таблица
2 ― Параметры новых пружин после
испытания контактным
заневоливанием
|
№№ п/п |
l, мм |
l1, мм |
Δl, мм |
А, % |
F3,
Н |
F31, Н |
Δ F3, Н |
|
1 |
80,6 |
78,3 |
2,3 |
10,3 |
2729 |
2650 |
79 |
|
2 |
80,8 |
77,6 |
3,2 |
14,1 |
2625 |
2518 |
107 |
|
3 |
80,1 |
79,2 |
0,9 |
4,1 |
2628 |
2590 |
38 |
|
4 |
79,6 |
76,7 |
2,9 |
13,5 |
2652 |
2550 |
102 |
|
5 |
80,5 |
79,2 |
1,3 |
5,8 |
2615 |
2573 |
42 |
|
6 |
80,3 |
77,7 |
2,6 |
11,7 |
2641 |
2554 |
87 |
|
7 |
80,5 |
78,2 |
2,3 |
10,3 |
2710 |
2628 |
82 |
|
8 |
80,7 |
79,2 |
1,5 |
6,7 |
2746 |
2696 |
50 |
|
9 |
80,0 |
78,6 |
1,4 |
6,4 |
2745 |
2699 |
46 |
|
10 |
80,4 |
78,9 |
1,5 |
6,7 |
2633 |
2569 |
64 |
Таблица
3 ― Параметры восстановленных
пружин после испытания
контактным заневоливанием
|
№№ п/п |
l, мм |
l1, мм |
Δl, мм |
А, % |
F3, Н |
F31, Н |
Δ F3, Н |
|
1 |
80,6 |
80,6 |
0 |
0 |
2783 |
2783 |
0 |
|
2 |
79,4 |
79,4 |
0 |
0 |
2668 |
2668 |
0 |
|
3 |
79,6 |
79,6 |
0 |
0 |
2711 |
2711 |
0 |
|
4 |
80,2 |
80,2 |
0 |
0 |
2743 |
2743 |
0 |
|
5 |
80,0 |
80,0 |
0 |
0 |
2734 |
2734 |
0 |
|
6 |
79,5 |
79,5 |
0 |
0 |
2672 |
2672 |
0 |
|
7 |
80,0 |
80,0 |
0 |
0 |
2751 |
2751 |
0 |
|
8 |
79,6 |
79,6 |
0 |
0 |
2722 |
2722 |
0 |
|
9 |
79,5 |
79,5 |
0 |
0 |
2681 |
2681 |
0 |
|
10 |
80,1 |
80,1 |
0 |
0 |
2755 |
2755 |
0 |
Новые пружины осели сверх допустимой
величины, что свидетельствует о низком качестве их изготовления.
Пружины, восстановленные по предложенной
технологии, сохранили свои геометрические параметры.
Совмещение
операций нагрева для закалки и для растяжения (гибки или навивки) пружин
является эффективным в экономическом и техническом отношении: при уменьшении
числа нагревов уменьшается величина обезуглероживания; кроме того, образующийся
при закалке мартенсит «наследует» субструктуру, полученную в аустените в
процессе деформации.
Совмещение в
одной операции деформации и закалки можно рассматривать как ВТМО, повышающую
предел упругости, выносливости и малоцикловой усталости [4].
Благодаря операции
прессовки происходит пластическое упрочнение пружины: создается благоприятное
напряженное состояние на поверхности и внутри витков, противодействующее
возникновению осадки при работе пружины. При пластическом упрочнении у пружин
происходит изменение механических свойств материала и повышаются показатели
прочностных свойств. Процесс упрочнения сопровождается структурными изменениями
в деформированном слое с соответствующим повышением его твёрдости и прочности,
образованием благоприятных остаточных напряжении сжатия и формированием качественно
новой макро- и микрогеометрии поверхности и материала пружин [4].
Проведённыё
ранее исследования [1, 2] показали эффективность контактного заневоливания при
работе пружины в условиях силового или ударного контакта витков.
В результате исследования
технологий малодерформационной ВТМО, одним из вариантов реализации которой
является производство сверхвысокопрочных пружин, обнаружено, что в материале
можно получить весь диапазон размерности структуры – меньше 100 нм и больше 100
нм [7]. При этом, если размеры структуры 100 нм и менее, изделие, в данном
случае – пружина, приобретает высочайшие прочностные характеристики. Отсюда и
термин "сверхвысокопрочные". При размере субструктуры больше 100 нм
прочность несколько ниже, но все равно значительно превышает прочность пружин,
полученных по обычной технологии [7].
Предложенный способ
восстановления пружин позволяет повысить качество пружин за счёт наличия новых
операций технологического процесса и новой их последовательности, в том числе
применением ВТМО и контактного заневоливания.
Литература:
1. Тебенко, Ю. М. Проблемы
производства высокоскоростных пружин и пути их решения. Монография. / Ю. М.
Тебенко. ― Ставрополь: ООО «Мир Данных», 2007. ― 152 с.
2. Землянушнова, Н. Ю. Расчёт
винтовых цилиндрических пружин сжатия при контактном заневоливании. Монография
/ Землянушнова Н. Ю. ― Ставрополь: АГРУС, 2008. ― 136 с.
3. Отчёт о научно-исследовательской работе
«Исследование применения контактного заневоливания при восстановлении пружин», программа Старт 10 / Н.Ю. Землянушнова, Ю.М. Тебенко, Б. П.
Проциков, Н.А. Землянушнов и др., № госрегистрации 01201055083, ООО НПО
«ЗЕМВА», 2011 г. – 334 с.
4. Рахштадт, А.
Г. Пружинные стали и сплавы. ― 3-е изд. перераб. и доп. / А. Г. Рахштадт. ― М.:
Металлургия, 1982. ― 400 с.
5. Патент RU 2393042 С1, 21F35/00. Устройство для контактного заневоливания
пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А. — № 2009119496/02; заявлено
22.05.2009; опубл. 27.06.2010. Бюл. № 18 ― 4 с.
6. Патент №
2424330 С1: МПК B21F35/00.
Способ восстановления пружин. Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А.
— № 2010124045/02, заявл. 11.06.2010, опубл. 20.07.2011. Бюл. 20. ― 4 с.
7. Информационно-образовательный портал ИжГТУ. Наше
НАНО одобрено в РОСНАНО / Елена Шевякова. ― Подготовил пресс-центр ИжГТУ.
Дата создания материала: 14.12.2009.
РЕФЕРАТ
В статье
представлен новый способ восстановления пружин гидрозамка грузоподъёмной
техники и результаты их испытаний. При этом ресурс восстановленных пружин оказался не менее чем у новых пружин.
THE ABSTRACT
In a paper the new
method recovering of springs of a hydraulic lock of rated load capacity of
equipment and results of their tests. Thus the resource of the springs recovery
are not less than for new springs.
NEW KNOW-HOW OF RECOVERY OF hydraulic PROP SPRING
N.Y. Zemlyanushnova
Federal State
Education Establishment of High Professional Education Stavropol
state agriculture
university, Stavropol, Russia
Y.M. Тebenko
Avtokranservis,
Stavropol, Russia
N.A. Zemlyanushnov
Federal State Education Establishment of High Professional Education
North-Caucasian state engineering university, Stavropol, Russia
The new technological process of recovery of springs are considered.
Keywords: a spring, recovery of springs,
contact clamping of springs.
Сведения об авторах
Землянушнова Надежда Юрьевна,
Ставропольский государственный аграрный университет, к-т техн. наук, доцент
кафедры технического сервиса, стандартизации и метрологии факультета
механизации сельского хозяйства
(355017, г. Ставрополь, пер.
Зоотехнический, 12).
Дом. адрес: 355003, г. Ставрополь, ул.
Ленина, 351, кв. 64.
Тел. (865-2) 35-00-65, сот. 8-928-300-49-38.
E-Mail: zemlyanushnova@rambler.ru
Тебенко Юрий Михайлович, ООО КПК
«Автокрансервис», инженер (355035, г. Ставрополь, ул. 1-я
Промышленная, 8).
Дом. адрес: 355003, г. Ставрополь, ул.
Ленина, 347, кв. 23.
Тел. (865-2) 71-28-98, сот. 8-961-45-46-075. E-Mail: yuriytebenko@mail.ru
Землянушнов Никита Андреевич, Северо-Кавказский
государственный технический университет, студент
(355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2).
Дом. адрес: 355003, г. Ставрополь, ул.
Ленина, 351, кв. 64.
E-Mail: zemlyanushnova@rambler.ru