Изготовление пружины

Неизменность, стабильность упругих характеристик элементов  достигается правильным выбором  материала, режимов его термообработки и величиной предельной рабочей  нагрузки.

Материалы упругих элементов  должны обладать высокими упругими свойствами, высокой прочностью при переменных нагрузках. Отдельные виды элементов должны быть стойкими к коррозии, иметь хорошую электропроводимость и антимагнитность.

Силовые и измерительные элементы изготавливают из высокоуглеродистых пружинных 65Г, 60С2, 70С2 и инструментальных У8, У10, У12 сталей.

Контактные и моментные антимагнитные, коррозионно-стойкие пружины (см. рис. 1, в, д) изготавливают из фосфористых  БрОФ 6-0,15, БрОФ 4-0,2 и бериллиевой  БрБ2 бронз.

Трубчатые манометрические  пружины (рис. 1, и), сильфоны (рис. 1, е), мембраны и мембранные коробки (рис. 1, ж, з) изготавливают из латуней Л62, Л68, Л80, бронзы БрОФ4–0,2, нержавеющей стали Х18Н10Т.

Вид и режим термической  обработки зависит от материала  упругих элементов и требований к ним.

Винтовые пружины

 

Наиболее широко из упругих  элементов в приборо- и машиностроении используются винтовые пружины. Она  просты и компактны по конструкции, надежны в работе. Их изготавливают  путем холодной и горячей навивки проволоки с круглым, квадратным или прямоугольным поперечным сечением на специальные оправки.

По форме оправки  винтовые пружины делятся на цилиндрические, конические и параболоидные, по виду нагружения – на пружины растяжения (рис. 3, а), сжатия (рис. 3, б, в) и кручения (рис. 3, г).

Основными размерами  винтовых пружин являются: диаметр  проволоки d; наружный диаметр D; средний диаметр витка пружины D_ср; шаг витков t; число витков i; длина пружины в свободном (ненагруженном) состоянии Н (для пружин сжатия и растяжения); индекс пружины c = D_ср / d.

 

 

Рис. 3

 

С увеличением индекса с жесткость пружины снижается. Рекомендуется принимать индекс с = 16 … 8 при d < 0,4 мм; с = 12 … 6 при d = 0,4 … 2 мм и с = 10 … 4 при d > 2 мм.

Расчет пружины заключается в определении диаметра проволоки d, диаметра пружины D и числа витков i по заданной внешней нагрузке F и рабочему ходу f пружины.

Пружины растяжения навиваются с соприкасающимися витками (t = d). Изготавливают  такие пружины двух видов: витки, соприкасаясь, не давят друг на друга, и витки, соприкасаясь, создают межвитковое давление. В последнем случае при навивке пружины проволоку скручивают вокруг ее оси. Пружина приобретает некоторое предварительное натяжение и начинает растягиваться только после приложения к ней нагрузки, большей предварительного натяжения.

Рис. 4

 

Крайние витки пружин растяжения отогнуты и служат зацепами (рис. 4). Зацепы, часто являющиеся наиболее слабым местом пружины, имеют в зависимости от способа крепления различные формы. При растяжении зазоры между витками увеличиваются.

Пружины сжатия (см. рис. 3, б, в) изготавливают с зазором между витками. Крайние витки пружины всегда поджимают к соседним виткам и прошлифовывают по плоскости, перпендикулярной продольной оси. Это обеспечивает легкую установку пружины на опорной плоскости и центральное, т.е. строго по оси пружины, направление сжимающей нагрузки. Чтобы предотвратить возможную потерю устойчивости (выпучивание) пружины при соотношениях размеров Н / D >3, ее рекомендуют устанавливать в направляющем стакане или на стержне. Цилиндрические винтовые пружины сжатия получили наибольшее распространение, так как их форма сочетается с формой валиков, стаканов и других тел вращения. Винтовые конические пружины (см. рис. 3, в) обладают более высокой устойчивостью, в сжатом состоянии имеют минимальную высоту, но ввиду сложности изготовления применяются редко. Коническая пружина может сжиматься до размера, равного толщине проволоки, так как при сжатии виток входит в виток с небольшим зазором.

Пружины сжатия мало чувствительны к перегрузкам. Витки пружины при перегрузке полностью сжимаются, и пружина принимает вид жесткого цилиндра. Конические пружины сжатия применяют, если необходима нелинейная упругая характеристика.

Если при проектировании механизмов задача может быть решена путем применения пружины растяжения или пружины сжатия, то предпочтение отдают последней. При этом получают следующие преимущества: более простую конструкцию, чем у пружины растяжения; не требуются ограничители больших деформаций; поломка одного витка не ведет к мгновенному отказу механизма.

Винтовые пружины растяжения – сжатия имеют обычно линейную характеристику. При расчетных нагрузках  материалы таких пружин работают в пределах упругих деформаций. Для  устойчивости против вибрации и толчков винтовым пружинам в процессе сборки сообщается начальное нагружение F₀, т.е. пружину устанавливают в несколько растянутом или сжатом на величину f₀ состоянии.

 

 

Глава ІІ. Разработка технологического  процесса термической обработки детали.

2.1. Выбор вида заготовки и ее конструирование.

В современном  производстве одним из основных направлений  развития технологии механической обработки  является использование заготовок  с экономичными конструктивными  формами, обеспечивающими возможность  применения наиболее оптимальных способов их обработки, т.е. обработки с наибольшей производительностью и с наименьшими отходами.

Выбор материала  зависит от условий работы детали в узле. При анализе условий работы деталей следует учитывать:

-максимальную нагрузку, которая может возникнуть в изделии при эксплуатации;

-характер приложенной нагрузки (статическая, динамическая, знакопеременная и т. д.);

-температурные условия работы (интервал температуры, постоянная или переменная температура);

-наличие агрессивной среды (кислотная, щелочная, газовая);

-тип трения (скольжение, качение) рабочих поверхностей изделия в процессе эксплуатации;

-характер износа (абразивный, окислительный);

-допуски на коробление и поводку, твердость, а также пределы отклонений других показателей.

На основании  анализа условий работы изделия  разрабатывают требования, обеспечивающие его максимальную долговечность  и наилучшую работоспособность.

Механические  свойства материалов являются одним  из важнейших критериев при выборе их для деталей машин. Под механическими свойствами металлов понимают совокупность показателей, характеризующих их сопротивление деформированию и разрушению при действии на них нагрузки. К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость.

Широкое распространение  в машиностроении получили заготовки  из углеродистых качественных конструкционных  сталей.

В сталях с содержанием  углерода более 0,3% (по нижнему пределу), предназначенных для поверхностной  закалки токами высокой частоты, глубина обезуглероженного слоя не должна превышать 0,5% от диаметра или толщины.

Создание новых  машин и механизмов вызывает потребность  в материалах, обладающих высокой  твердостью, прочностью, химической стойкостью, отличающихся сравнительно малым удельным весом, способных существенно не изменять своих механических свойств при высоких нагрузках.

Важнейшей характеристикой  материала заготовки является его  обрабатываемость. Обрабатываемость материала  связана с их химическим и структурным  состоянием. На обрабатываемость оказывает влияние целый комплекс механических и теплофизических характеристик металла и ряд параметров, непосредственно связанных со свойствами кристаллической решетки металлов. Обычно обрабатываемость при обработке оценивается по способности изнашивать режущую часть инструмента до оптимального износа, соответствующей определенной стойкости инструмента.

При обработке  на технологичность исходных заготовок  в условиях массового и крупносерийного  производства одним из важнейших  показателей является коэффициент использования металла. В условиях массового и крупносерийного производства для обеспечения технологичности конструкции исходные заготовки должны быть приближены (по форме и размерам) к готовой детали и иметь простую геометрическую форму с плавными переходами.

К основным процессам  малоотходного производства заготовок  можно отнести штамповку, поперечно-клиновую прокатку, штамповку в многопозиционных горячевысадочных автоматах, горячую  накатку, метод порошковой металлургии  и т.д.

Выбор метода получения  заготовок зависит от программы выпуска, требований к качеству прочности и величины припуска. В условиях массового производства последовательностью операций типового маршрута изготовления штампованных заготовок звездочек является: очистка исходной заготовки от поверхностных дефектов, разрезка, нагрев, штамповка, прошивка отверстий (у колес-дисков) и термообработка.

С целью улучшения  обрабатываемости материала заготовки  и снижения уровня деформаций при  последующей химико-термической  обработке штампованные заготовки обычно подвергают нормализации или отжигу, при этом твердость заготовок должна соответствовать 170-207 НВ. В звездочке готовое отверстие снижает затраты на механическую обработку. Вместо обработки сверлением, можно сразу осуществлять протягивание отверстия.

В машиностроении основную массу заготовок изготовляют  в литейных цехах заливкой металла  в формы, в кузнечно-прессовых  цехах - обработкой на ковочных и штамповочных молотах и прессах. Резервом экономии металла в литейном производстве является литье в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы и другими методами. В единичном и мелкосерийном производстве ковка является наиболее экономичным способом получения высококачественных заготовок. В условиях массового и крупносерийного производства горячая объемная штамповка гораздо рентабельнее ковки. Следует учитывать, что штамповкой можно получить заготовки максимум до 100 кг, в основном штампуют заготовки массой до 30 кг, что в данном случае приемлемо. Обычно исходной заготовкой для штамповки является сортовой прокат, для заготовок из стали, цветных металлов и сплавов.

Принимаем заготовку  для изготовления детали «Звездочка» выполненную из стали 20Х. В таблице 1 приведены химические свойства стали 20Х, в таблице 2 приведены механические свойства стали 20Х , в Таблице 3 приведены технологические свойства стали 20Х. А так же в Таблице 4 приведен режим термообработки стали 20Х.

2.2. Расшифровка марки стали

Сталь марки 20Х:

2.3. Анализ влияния углерода и легирующих элементов стали на технологию ее термообработки и полученные результаты.

2.4. Последовательность операции предварительной и окончательной термообработки деталей.

 

2.5. Режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей (температура нагрева и микроструктура в нагретом состоянии, охлаждающая среда)

2.7. План обработки детали.

Заключение.

Все поставленные задачи решены и цель достигнута.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  используемой литературы:

1.Машиностроение. Энциклопедия.  Т. 1 – 4 / Под редакцией академика  РАН К.С. Колесникова/. – Москва “Машиностроение .- 1995.

2.Р.С. Соколов Химическая  технология.- М.: Владос, 2000.

3.машиностроение. Энциклопедия. –М.: машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлы, материалы. -2001 г, 880с.

4.С.Н. Колесов, И.С. Колесов.  Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.:- Высшая школа., 2004. – 518 с.

5.«Технология конструкционных  материалов»: учебник/ Под ред.  О.С. Комарова. – Минск: Новое знание, 2005 г. -560с. Ил.

6.Технология конструкционных  материалов /Под общей редакцией заслуж. Деят. Науки и техники Р.Ф. д-ра техн. Наук , проф. А.М. Дальского/. – М.: Машиностроение 2004. – 505 с.

7.Пожидаева С.П. Технология  материалов: Учебное пособие для  студентов педагогических вузов  для специальности технология и предпринимательство.: Бирск.: 2006.

8.машиностроение. Энциклопедия. –М.: машиностроение. Стандартизация и сертификация в машиностроении. Т.1-5 – 2002 г. -672с.

9.машиностроение. Энциклопедия. –М.: машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлы, материалы. -2001 г, 880с.

10.машиностроение. Энциклопедия». –М.: машиностроение. III-3 Технология изготовления деталей машин. -2002 г. -840с.

11. Марочник сталей и сплавов. – М. Машиностроение, 2003 г, 784с.:ил.

12.Справочник технолога-машиностроителя / Под редакцией А.М.Дальского, А.Г.Суслова, А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение-1, 2001.

13.Обработка металлов резанием /Монахов В.В. 2-е изд., - М.: Машиностроение, 2004.

14.Пачевский В.М. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие., - Воронеж: ВГТУ, 2004.

15.Пачевский В.М., Янцов Э.М. Режущий инструмент: Учебное пособие.

Воронеж: ВГТУ, 2003.

16. Пожидаева С.П. Основы производства: Материаловедение и производство металлов: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведения/ С.П. Пожидаева. – М.: Издательский центр «Академия, 2010. – 192 с.

17. Пожидаева С.П. Курсовые и выпускные квалификационные работы : учебное пособие для студентов высш. учеб. заведений переработанное и дополненное/ С.П. Пожидаева. - : Бирск., Бирская гос. соц.- пед. акад.,: 2009. –64 с.

18.Данилевский В.В. Технология машиностроения. 6-е изд., перераб. и доп.