Как навить пружину своими руками

Как утверждают специалисты, изготовить пружину с высокими эксплуатационными характеристиками и с соблюдением всех необходимых параметров возможно только на специальном заводском оборудовании. Тем не менее сам технологический процесс не представляет собой ничего сложного.

Вопрос, как сделать пружину в домашних условиях, достаточно актуальный. Обусловлено это тем, что бывают ситуации, когда под рукой у домашнего мастера может не оказаться пружины нужного диаметра. В таком случае изготавливать ее приходится самостоятельно. Как сделать пружину своими руками? Какие для этого понадобятся инструменты? Информацию о том, как сделать пружину в домашних условиях, вы найдете в данной статье.

О диаметре

Как сделать пружину? Какой диаметр проволоки выбрать? Специалисты рекомендуют использовать расходный материал с диаметром не более 0,2 см. Ввиду того что такая проволока легко гнется, для нее не требуется предварительная термическая обработка. Перед наматыванием на оправку она разгибается и тщательно выравнивается. При выборе диаметра для оправки следует исходить из размеров будущей пружины. Иными словами, нужно учитывать внутреннее поперечное сечение изделия. Многие мастера компенсируют упругие деформации проволоки, подбирая оправки заведомо меньшего диаметра. При работе с проволокой толще 0,2 см часто возникают трудности при наматывании ее на оправку. В таком случае придется выполнить ее предварительный отжиг.

С чего нужно начать?

Специалисты рекомендуют использовать проволоку от какой-либо старой пружины, диаметр которой не устраивает владельца. Мастеру останется только ее выровнять и намотать на оправку с сечением нужного размера. Для этого проволока должна быть абсолютно ровной. Она будет намного пластичнее, если ее обработать в специальной печи. При отсутствии таковой подойдет любое другое устройство, которое можно растопить с помощью дров. Как утверждают опытные мастера, достаточное количество тепла для обжига дает береза. После растопки печи нужно дождаться, чтобы в ней прогорели дрова. Оставаться должны одни угли. В них следует положить старую пружину. Если изделие достаточно раскалилось, оно приобретет красный цвет. Теперь пружину можно отодвигать в сторону, чтобы она остывала на воздухе. После этой процедуры метал станет пластичным и с ним легко будет работать.

ПРУЖИНУ — НА ТОКАРНОМ?

Да, на любом токарном станке с полым шпинделем можно навить пружину диаметром до 12 мм из проволоки толщиной от 0,1 до 2 мм. Более того — любой длины. Все это обеспечивается несложным приспособлением, внедренным участниками НТТМ на Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени заводе подъемно-транспортного оборудования имени С. М. Кирова. В отличие от подобных устройств здесь узел подачи проволоки благодаря остроумному решению доступен для самостоятельного изготовления даже в сельских мастерских.
Основная деталь приспособления — труба с продольным пазом. Она крепится в задней бабке станка или в кронштейне, установленном на станине, оборудованной передней бабкой и снабженной двигателем.

В продольный паз трубы-направляющей вставлен челнок со втулкой, диаметр которой чуть меньше внутреннего диаметра трубы. Это позволяет челноку свободно перемещаться вдоль паза. Сквозь челнок под углом к осевой его втулки пропущена подающая трубка, через которую и пропускается проволока. А навивается она на стержень-оправку, проходящую внутри трубы через втулку челнока. В зависимости от желаемого диаметра изготовляемой пружины стержень может использоваться тоже разного диаметра. Одним концом он крепится во втулке, установленной подвижно, на подшипнике, в торце трубы. А другим зажимается вместе с концом проволоки в цанговом патроне передней бабки станка. Цанги тоже могут заменяться в зависимости от выбираемого диаметра стержня-оправки.

Работает приспособление следующим образом. Рукояткой патрона разводятся цанги, и в них зажимается оправка с концом проволоки, пропущенной через челнок. При включении двигателя через редуктор, обеспечивающий на шпинделе 530, 760, 990 и 1420 об/мин, проволока начинает наматываться на оправку, причем каждый новый виток упирается во втулку челнока, перемещая его вдоль трубы и тем самым обеспечивая равномерную навивку новых витков.

Приспособление для навивки пружин:

1 — станина, 2 — задняя бабка, 3 — торцевая втулка, 4 — стержень-оправка, 5 — навиваемая пружина, 6 — рукоятка цангового патрона, 7 — шпиндель, 8 — редуктор, 9 — рубочное устройство

Стол-тележка с приспособлением:

1 — ручка, 2 — барабан с проволокой, 3 — выдвижной стул.

Как сделать пружину?

Дождавшись, когда старое изделие достаточно остынет, приступают к его разматыванию. На оправку следует наматывать абсолютно ровную проволоку. Тем, кто не знает, как сделать пружину, специалисты рекомендуют располагать витки вплотную. На данном этапе мастеру придется приложить физическое усилие. Оправка зажимается в слесарных тисках.

Работать будет гораздо легче, если использовать плоскогубцы. Судя по отзывам опытных мастеров, очень часто у новичков возникают трудности при подборе размера оправки. Не исключено, что работать придется не с одной оправкой, а с несколькими с различными сечениями. Диаметр для самодельной пружины в таком случае подбирается опытным путем.

Как самостоятельно сделать пружину

Взглянув на эскиз под заголовком статьи, можно и без лишних подсказок догадаться, как в домашних условиях можно самостоятельно сделать пружину из упругой стальной проволоки, обладающей малым коэффициентом деформации.

На рисунке под цифрой «2» показаны «губки» тисков, через которые нам потребуется с усилием протянуть проволоку при изготовлении пружины своими руками.

Цифрой «3» обозначены две тонкие пластины, приклеенные изнутри тисков к «губкам», которые можно самостоятельно сделать перед навивкой пружины из твердой пластмассы наподобие гетинакса. Тогда в них при намотке витков пружины не будет прорезаться канавка.

Но, если для изготовления пружины вы воспользуетесь настольными тисками с гладкими прижимными губками, то пластины между ними ставить не обязательно.

Цифрой «4» обозначена стальная упругая пружинная проволока. Цифре «5» присвоена самому поворотному устройству, на штоке которого и будет навиваться пружина.

Самодельное поворотное устройство представляет собой уменьшенную копию ручки запуска мотора автомобиля, которое можно тоже сделать самостоятельно из сварочного электрода или жесткой проволоки нужного диаметра.

Посредине торца штока должна быть обязательно пропилена прорезь (смотрите позицию «1»). Иначе мы не сможем закрепить конец проволоки, для того чтобы начать изготовление пружины. Пропил в торце штока перед намоткой пружины можно сделать шлицовкой или ножовкой по металлу.

Для того чтобы сделать пружину из сравнительно толстой проволоки, изгиб вертикальной составляющую ручки (обозначена цифрой «5») следует удлинить. Тогда увеличится плечо ручки и будет полегче работать нашему собственному плечу.

Ручку для самостоятельной навивки небольшой пружины можно сделать из обычного длинного гвоздя, обрезав его с двух сторон и согнув так, как показано на эскизе.

Закалка изделия

Тому, кто интересуется, как сделать пружину самому, опытные мастера советуют также уделить внимание ее закаливанию. Данная процедура заключается в термической обработке изделия с целью придать ему требуемую упругость.

Пружина, прошедшая закалку, по сравнению со своим первоначальным состоянием становится гораздо тверже и прочнее. Термообработка выполняется в специальных печах при температуре от 830 до 870 градусов. Справиться с этой работой можно также и в домашних условиях при помощи обычной газовой горелки. Поскольку температурные датчики в таких устройствах обычно отсутствуют, домашнему умельцу контролировать процесс придется визуально. В качестве ориентира можно использовать цвет раскаляемого изделия. Металл при нагреве до 800 градусов становится вишнево-красным. Это значит, что вынимать изделие из печи пока рано. Если пружина достаточно нагрелась (870 градусов), она станет светло-красной. Теперь ее следует охладить. Для этой цели подойдет трансформаторное или веретенное масло. В специальных заводских термических печах металлы подвергаются нагреву до 1050 градусов. Изделия при таком температурном режиме приобретают оранжевые оттенки.

Читать также: Концентраторы напряжений на шатунах двс

Завершающий этап

После процедуры закаливания пружину следует сжать и оставить в таком положении на двое суток. Затем, используя точильный станок, обрабатываются ее концы. Это придаст кустарному изделию требуемый размер. После выполнения всех вышеперечисленных действий пружина считается готовой к эксплуатации. Как утверждают специалисты, кустарные самоделки не сравнить с аналогичными изделиями заводского производства.

Тем не менее нестандартные пружины широко используются в различных механизмах. Если их эксплуатировать в щадящем режиме, то пружины прослужат достаточно долго.

Чаще всего вопрос о том, как сделать пружину самостоятельно, используя для этого подручные средства, не возникает. Однако бывают ситуации, когда пружины требуемого диаметра нет под рукой. Именно в таких случаях возникает потребность в изготовлении этого элемента своими руками.

Изготовить небольшую пружину вполне реально

Конечно, пружины для ответственных механизмов, работающих в интенсивном режиме, лучше всего изготавливать в производственных условиях, где есть возможность не только правильно подобрать, но и соблюсти все параметры технологического процесса. Если же нестандартная пружина вам требуется для использования в механизме, который будет эксплуатироваться в щадящем режиме, то можно сделать ее и в домашних условиях.

Что потребуется

Чтобы сделать пружину своими руками, подготовьте следующие расходные материалы и оборудование:

стальную проволоку, диаметр которой должен соответствовать размеру поперечного сечения витков вашего будущего пружинного изделия;
обычную газовую горелку;
инструмент, который обязательно есть в каждой слесарной мастерской;
слесарные тиски;
печь, в качестве которой может быть использовано и нагревательное устройство бытового назначения.

Навивать спираль легче с помощью приспособлений, конструкция которых зависит от размеров и жесткости пружины

Проволоку, если ее диаметр не превышает 2 мм, можно не подвергать предварительной термической обработке, так как ее легко согнуть и без этого. Перед тем как наматывать такую проволоку на оправку требуемого диаметра, ее необходимо разогнуть и тщательно выровнять по всей длине намотки.

Выбирая диаметр оправки, следует учитывать размеры пружины, которую вы собираетесь сделать в домашних условиях. Чтобы компенсировать упругую деформацию проволоки, диаметр оправки выбирают несколько меньше, чем требуемый размер внутреннего поперечного сечения будущего изделия.

Приспособление для навивки спиральной пружины

В том случае, если диаметр проволоки, из которой вы своими руками собираетесь сделать пружину, больше 2 мм, ее необходимо предварительно отжечь, так как без такой процедуры выравнивать ее и навивать на оправку будет затруднительно.

Расчет №2.

На листе «Расчет №2» составляем программу, которая вычислит диаметр оправки, учитывая реальные (измеренные) прочностные свойства материала круглой проволоки.

Исходные данные:

1-3. Заполняем ячейки D3…D5 теми же данными, что и в предыдущем расчете.

4. Модуль упругости (модуль Юнга) материала проволоки E

в н/мм2 заносим

в ячейку D6: =215000

5. Предел прочности материала проволоки из таблицы соответствующего ГОСТа или ТУ [σв]

в н/мм2 вводим

в ячейку D7: =1600

6. Относительное удлинение при разрыве материала проволоки по ГОСТ или ТУ εв

в % записываем

в ячейку D8: =10,0

7. Истинное (измеренное при реальных испытаниях) напряжение при разрыве проволоки σ0

в н/мм2 вписываем

в ячейку D9: =1700

8. Истинное относительное удлинение при разрыве ε0

в % , соответствующее напряжению
σ0,
записываем

в ячейку D10: =11,0

Результаты расчетов:

9. Средний диаметр пружины D

в мм определяем

в ячейке D12: =D3+D4 =25,000

D=D2+d

10. Индекс пружины i

вычисляем

в ячейке D13: =D12/D3 =10,000

i=D/d

Внимание! Важно чтобы выполнялось условие 4
≤i≤12.
11. Угол подъема витка пружины α

в радианах рассчитываем

в ячейке D14: =ATAN (D5/(ПИ()*D12)) =0,095

α=arctg(t/π*D)

12. Коэффициент η

вычисляем

в ячейке D15: =(D9/D7-1)/(D10-D8) =0,063

η=(σ0/[σв]/(ε0— εв)

Для определения η

необходимо разорвать образец из проволоки в лаборатории и определить реальные значения
σ0и ε0.
Если фактических замеров нет, то для проволоки по ГОСТ9389-75 при теоретических расчетах можно принять:
η=0,08.
13. Параметр ξ

вычисляем

в ячейке D16: =1/6+(COS (D14))^2*D15/(10*D13) =0,167

ξ=1/6+(cos(α))2*η/(10*i)

14. Диаметр оправки Dо

в мм рассчитываем

в ячейке D18: =D4-32*(1- (D5/(ПИ()*D12))^2)*D7*D13*D12* D16/(ПИ()*D6) =19,359

Dо=D2-32*(1- (t/(π*D)2

)*
[σв]*i*D*ξ/(π*E)
15. Коэффициент, уточняющий диаметр оправки относительно внутреннего диаметра пружины k

вычисляем

в ячейке D17: =D18/D4 =0,860

k=D0

/
D2

Пошаговая инструкция

Первое, что необходимо сделать, если вы собираетесь изготовить пружину своими руками, – это подобрать материал для такого изделия. Оптимальным материалом в данном случае является другая пружина (главное, чтобы диаметр проволоки, из которой она изготовлена, соответствовал поперечному сечению витков пружины, которую вам надо сделать).

Подбирая материал от старой пружины, вы будите уверены, что проволока сделана из закаленной высокоуглеродистой стали

Отжиг проволоки для пружины, как уже говорилось выше, позволит вам сделать ее более пластичной, и вы без особого труда сможете выровнять ее и намотать на оправку. Для выполнения такой процедуры лучше всего использовать специальную печь, но если таковой нет в вашем распоряжении, то можно воспользоваться любым другим устройством, растапливаемым дровами.

В такой печи необходимо разжечь березовые дрова и, когда они прогорят до углей, положить в них пружину, проволоку от которой вы собираетесь использовать. После того как пружина раскалится докрасна, угли надо сдвинуть в сторону и дать нагретому изделию остыть вместе с печью. После остывания проволока станет значительно пластичней, и вы без труда сможете работать с ней в домашних условиях.

Читать также: Наруто и сакура хендай

Ставшую мягкой проволоку следует тщательно выровнять и начать наматывать на оправку требуемого диаметра. При выполнении такой процедуры важно следить за тем, чтобы витки располагались вплотную друг к другу. Если вы никогда не занимались намоткой пружин ранее, можно предварительно посмотреть обучающее видео, которое несложно найти в интернете.

Для намотки небольшой пружины можно использовать шуруповерт

Чтобы ваша новая пружина обладала требуемой упругостью, ее необходимо закалить. Такая термическая обработка, как закалка, сделает материал более твердым и прочным. Для выполнения закалки готовую пружину надо нагреть до температуры 830–870°, для чего можно использовать газовую горелку. Ориентироваться на то, что требуемая температура закалки достигнута, можно по цвету раскаленной пружины: он должен стать светло-красным. Чтобы точно определить такой цвет, также ориентируйтесь на видео. После нагрева до требуемой температуры пружину необходимо охладить в трансформаторном или веретенном масле.

Цвета каления стали

После закалки пружину следует выдержать в сжатом состоянии на протяжении 20–40 часов, а затем обработать ее концы на точильном станке, чтобы сделать изделие требуемого размера.

После выполнения всех вышеописанных процедур пружину, которую вы сделали своими руками, можно начинать использовать по назначению.

Пружины – упругие элементы конструкций, служащие для накопления или рассеяния механической энергии. Они окружают нас со всех сторон — под клавишами клавиатуры компьютера, в подвеске автомобиля и в подъемном механизме дивана. Наиболее распространены витые пружины сжатия. Существует несколько способов сделать их.

Изготовление пружины своими руками

Чтобы изготовить пружину в домашних условиях, необходимо определиться с такими характеристиками:

маркой стали, из которой будет изготавливаться изделие;
диаметром проволоки;
количеством навиваемых витков;
шагом витка.

Самодельное изделие может изготавливаться на оправке и с помощью шуруповерта. Понадобятся еще кусачки, молоток, тиски, источник нагрева (печь, газовая горелка, костер), среда для охлаждения и дополнительные приспособления.

Самый простой способ изготовления – это намотать провод на какой-либо стержень подходящего диаметра вручную. При этом необходимо следить за тем, чтобы витки плотно прилегали друг к другу.

Процесс изготовления пружины с помощью шуруповерта можно посмотреть на видео:

При изготовлении изделия своими руками необходимо придерживаться следующих простых правил:

Проволока должна быть абсолютно ровной. Если изделие изготавливают из неровной или старой пружины, она обязательно должна быть выровнена.
Проволока должна быть очищена от ржавчины, масел и других загрязнений. Для этого используют содовый раствор или химические средства, позволяющие растворить масла и снять ржавчину. Протирать проволоку рекомендуется опилками.
Проволока диаметром более 2 мм перед навивкой должна быть подвергнута процедуре отжига путем нагрева докрасна (температура в пределах 400 °C) и охлаждения на воздухе.
При намотке необходимо контролировать положение витков относительно друг друга. Они должны плотно прилегать один к одному.

Закалка пружин в домашних условиях может выполняться несколькими способами: с помощью газовой горелки, нагревом в печи, изготовленной из кирпича или камня, или просто в костре. Нагрев должен производиться до температуры около 870 °C. На глаз это определяется цветом проволоки: она в процессе нагрева делается почти белого цвета. Затем ее необходимо поместить в масло (трансформаторное, веретенное или другую жидкую среду), которое обеспечит медленное охлаждение. Напомним, что быстрое охлаждение может вызвать возникновение трещин, которые отрицательно скажутся на качестве пружины.

В производственных условиях пружины укладывают в сетчатую корзину, иногда предварительно прогрев их (зависит от марки стали). Эту корзину помещают в закалочную печь, которая нагрета до необходимой температуры и выдерживают определенное время с целью прогрева материала по всему сечению. С этой же целью пружины скрепляют проволокой или помещают в специальную обойму. Время выдержки для каждой марки стали рассчитывается и выбирается с учетом материала пружины и ее диаметра. На производстве обычно пользуются специальными диаграммами. Закалочная среда подбирается также в зависимости от этих параметров. Это может быть масло, жидкая закалочная среда, воздух и др. Жидкая среда представляет собой воду, в которую добавлены мел, известь или мыло в определенных количествах. Наличие в водной среде этих элементов позволяет уменьшить скорость охлаждения и избежать возникновения трещин в металле пружины.

В домашних условиях обычно используют в качестве жидкой среды мыльный раствор или трансформаторное масло, которое налито в достаточном количестве в емкость. Пружины должны полностью погружаться в нее и остывать там до комнатной температуры.

Изготовленную кустарным способом пружину рекомендуется выдержать на протяжении некоторого времени в сжатом состоянии. Обычно время выдержки лежит в пределах от 20 до 40 часов.

Витые пружины сжатия

Упругие элементы могут иметь различные пространственные формы. Исторически первыми пружинами освоенными человеком, были листовые. Их и сегодня можно видеть — это рессоры у большегрузных грузовиков. С развитием технологий люди научились изготавливать более компактные витые пружины, работающие на сжатие. Кроме них, используются и пространственные упругие элементы.

Особенности конструкции

Такие пружины при работе принимают нагрузку вдоль своей оси. В начальном положении между их витками существуют просветы. Приложенная внешняя сила деформирует пружину, длина ее уменьшается до тех пор, пока витки не соприкоснуться. С этого момента пружина представляет собой абсолютно жесткое тело. По мере уменьшения внешнего усилия форма изделия начинается возвращаться к первоначальной вплоть до полного восстановления при исчезновении нагрузки.

Основными характеристиками, описывающими геометрию детали, считают:

Диаметр прутка, из которого навита пружина.
Число витков.
Навивочный шаг.
Внешний диаметр детали.

Внешняя форма может отличаться от цилиндрической и представлять собой одну из фигур вращения: конус, бочку (эллипсоид) и другие

Шаг навивки бывает постоянный и переменный. Направление навивки – по часовой стрелке и против нее.

Сечение витков бывает круглым, плоским, квадратным и др.

Концы витков стачиваются до плоской формы.

Область эксплуатации

Шире других используются цилиндрические винтовые пружины постоянного внешнего диаметра и постоянного шага. Они применяются в таких областях, как

Машиностроение.
Приборостроение.
Транспортные средства.
Добыча полезных ископаемых промышленность.
Бытовая техника .

и в других отраслях.

Применение пружины в быту

Навивка пружин

Пружиной можно назвать любую пластинку или спираль, способную пружинить, т. е. способную под действием определенной силы изменять свое первоначальное положение и восстанавливать его после прекращения действия силы. По форме пружины разделяют на цилиндрические, конические и спиральные, а по роду работы — на пружины, работающие на сжатие, растяжение и скручивание. На рис. 5.32 показаны наиболее часто встречающиеся пружины — цилиндрическая, коническая и специальная.

Рис. 5.32. Пружины:
a— цилиндрическая, работающая на сжатие;б— коническая, работающая на растяжение;в— специальная пружина, работающая на скручивание;d— диаметр проволоки;D^H
— внутренний диаметр пружины; /)ц — наружный диаметр пружины;
t— шаг пружины
Цилиндрическая пружина замеряется двояко: по внутреннему диаметру, если она должна быть посажена на шток или стержень (внутренний диаметр пружины необходимо также знать для подбора диаметра оправки при навивке пружины), и по наружному диаметру, если пружина должна быть заключена в трубу или в какое-либо отверстие. Наружный диаметр пружины равен внутреннему диаметру плюс два диаметра проволоки, из которой сделана пружина.

Средний диаметр пружины практически не измеряется, он служит лишь для производства технических расчетов.

У пружин различают шаг и длину.

Шагом

называется расстояние между средними (осевыми) линиями двух витков, измеренное по оси пружины, или, иначе, расстояние между началом и концом одного витка при свободном положении пружины.

Длина пружины —

расстояние между ее торцами.

При подсчете витков пружины подсчитываются только рабочие витки.

У пружин, работающих на сжатие, с неприжатыми концами число рабочих витков определяется путем вычитания из числа всех витков по одному витку с каждого конца, и по 3/4 витка с каждого конца, если крайние витки прижаты и сточены для образования опорной плоскости.

Перед изготовлением пружины определяют длину ее заготовки по формуле

где / — длина заготовки проволоки;

Д, — средний расчетный диаметр пружины; п —

число витков пружины.

Пример 1.

Определить длину заготовки цилиндрической пружины, если диаметр проволоки
d =
3 мм, внутренний диаметр пружины Д>,, равен 20 мм, а число витков пружины 12.

Сначала определяем средний диаметр пружины:

Следовательно, длина заготовки:

Пример 2.

Определить длину заготовки цилиндрической пружины, если диаметр проволоки равен 2 мм, наружный диаметр пружины /)н равен 22 мм, а число витков пружины 10.

Пример 3.

Определить длину заготовки для конической пружины, если внутренний диаметр пружины у одного конца равен 22 мм, а наружный диаметр у другого конца равен 32 мм, число витков 16, а диаметр проволоки 3 мм.

Средний диаметр у одного конца:

Средний диаметр у другого конца:

Средний расчетный диаметр:

Рис. 5.33. Навивка пружины:
а— в тисках при помощи ручных тисочков или с помощью изогнутого стержня;б— на токарном станке;в— на сверлильном станке
Навивка цилиндрических пружин производится в тисках (рис. 5.33я), на токарном (рис. 5.336) и сверлильном (рис. 5.33

Требования к пружинам

Для эффективного функционирования работы требуются следующие свойства:

высокая прочность;
пластичность;
упругость;
износостойкость.

Чтобы обеспечить проектные значения этих параметров, требуется правильно выбрать материал, точно рассчитать размеры, разработать и соблюсти технологию изготовления.

Государственными стандартами определяются требования к изготовлению пружин. По допустимым отклонениям они относятся к одной из точностных групп:

Схематическое изображение пружины

Строгие требования предъявляются к точности соблюдения геометрии, чистоте поверхности.

Не соответствуют стандарту изделия с царапинами и прочими наружными дефектами, снижающими ресурс изделия и срок его эксплуатации

Требования к проволоке и ее диаметру

Стальная проволока для изготовления пружины, которая впоследствии будет подвергаться закалке, должна соответствовать требованиям, указанным в ГОСТ 14963-78. Согласно документу она классифицируется по таким признакам:

способу навивки (холодным способом и горячим);
способу отделки поверхности (без отделки и с отделкой);
точности изготовления (нормальная и повышенная);
классу механических свойств (общего и ответственного назначения);
диаметру (от 0,5 до 14 мм);
виду поставки (в прутках или мотках).

На промышленных предприятиях методом холодной навивки изготавливают пружины из проволоки, диаметр которой не превышает 16 мм, горячим способом – вплоть до 80 мм. При этом на производстве они навиваются с помощью вращающейся оправки, подающих роликов и одного или двух упорных штифтов.

Изготавливают изделия из проволоки марок 51ХВА, 70С3А, 65С2ВА, 60С2А, 65Г, 60ХВА с поверхностью шлифованной, полированной или без шлифования и полировки. По этому признаку и способу изготовления проволока выпускается в прутках или мотках таких групп:

А, Б, В, Г, Е – со специальной отделкой;
Н – без отделки.

Условное обозначение проволоки в технической документации и на сопроводительных бирках состоит из цифр и букв:

ХХХХХ (1) – Х (2) – Х (3) – Х (4) – ХХ (5) – ХХ (6) ГОСТ 14963-78 (7)

1 – марка стали;
2 – способ отделки поверхности;
3 – точность изготовления;
4 — класс механической точности;
5 — способ навивки;
6 — диаметр в мм;
7 — обозначение стандарта.

Например, проволока с полированной поверхностью, изготовленная из стали 60С2А повышенной точности I класса для пружин горячей навивки диаметром 2,0 мм будет иметь следующее обозначение:

60С2А – А – П – I – ГН – 2,0 ГОСТ 14963-78

В государственном стандарте оговариваются допустимые предельные отклонения, овальность и недопустимость наличия определенных видов дефектов, а также способы упаковки и транспортировки.

Требования к материалу

Прочностные параметры и отказоустойчивость изделия во многом определяются материалом, из которого его решили сделать. Металлурги выделяют в классификации сталей специальные рессорно-пружинные стали. Они обладают специфической кристаллической структурой, определяемой как химическим составом, так и проводимой термической обработкой изделий. Высоколегированные сплавы повышенной чистоты и высокого металлургического качества обеспечивают высокую упругость и пластичность, способны сохранять свои физико-механические свойства после многократных деформаций.

Популярность среди конструкторов механизмов приобрели пружинные сплавы 60С2А, 50ХФА и нержавейка 12Х18Н10Т

Читать также: Трафарет тигра для аэрографии

Особенности технологии

Технологический процесс изготовления упругих элементов зависит от технических требований, предъявляемых к конструкции. Сделать пружину не так просто, как обычную деталь, которая не должна обладать особыми упругими свойствами. Для этого требуется специальное оборудование и оснастка.

Навивка пружин с круглым сечением витка проводится следующими методами:

Холодная. Применяется для малых и средних размеров (диаметр проволоки до 8 миллиметров).
Горячая. Для больших диаметров.

Технология навивки пружины

После навивки упругие элементы подвергают различным видам термообработки. В ее ходе изделие приобретает заданные свойства.

Горячий метод изготовления

Навивки пружин на токарных станках таким методом доступны для изготовления изделий из пруткового материала диаметром 10 мм и более. Технологический процесс при этом состоит из ряда этапов:

обрезка и последующий нагрев;
оттяжка и вальцовка концов;
повторный нагрев;
навивка из нагретого материала;
отрубаются концы заготовки;
разводка и правка изделия, последующая термообработка;
заточка и шлифовка торцов, защита от коррозии, контроль размеров и испытания (прочность, износостойкость и т. п.).

Технология холодной навивки без закалки

Сначала необходимо сделать подготовительные операции. Перед тем, как из проволоки навивать заготовку, ее подвергают процедуре патентирования. Она заключается в нагреве материала до температуры пластичности. Такая операция готовит проволоку к предстоящему изменению формы.

В ходе операции навивки должны быть выдержаны следующие параметры:

Внешний диаметр изделия (для некоторых деталей нормируется внутренний диаметр).
Число витков.
Шаг навивки.
Общая длина детали с учетом последующих операций.
Соблюдение геометрии концевых витков.

Холодная навивка без отпуска

Далее проводится стачивание концевых витков до плоского состояния. Это необходимо сделать для обеспечения качественного упора в другие детали конструкции, предотвращения их разрушения и выскальзывания пружины.

Следующий этап технологического процесса — термообработка. Холодная навивка пружин предусматривает только отпуск при низких температурах. Он позволяет усилить упругость и снять механические напряжения, возникшие в ходе навивки.

Исключительно важно точно соблюдать проектный график термообработки, тщательно контролируя температуру и время выдержки.

После термообработки необходимо сделать испытательные и контрольные операции.

Далее по необходимости могут наноситься защитные покрытия, предотвращающие коррозию. Если они наносились гальваническим методом, изделия подвергаются повторному нагреву для снижения содержания водорода в приповерхностном слое.

Навивка пружины на токарном станке

Это техпроцесс, в ходе которого проволока или лента подвергается обработке. В результате чего получаются навивка пружин различной формы: цилиндрической, конической, фасонной или плоской. Основным методом производства считается холодный способ. Навивка пружины выполняется на токарном станке, для этого используется специальное приспособление, вручную или с применением автомата. Производство подобных изделий, возможно и горячим методом, диаметр используемой проволоки от 10 мм. Выбор варианта навивки пружины зависит от размера и типа металла.

Холодный способ изготовления

Технология навивки пружин на токарных станках в России считается более предпочтительной. Обусловлено тем, что горячий способ требует серьезных затрат связанных с приобретением дорогостоящего дополнительного оборудования. Холодный метод имеет ограничения по диаметру проволоки, он не превышает 16 мм. Оснастка для этого техпроцесса состоит из оправок, приспособленных для направления металлической нити на вращающейся катушке.

Вид зависит от формы пружины (цилиндрической, бочкообразной или конической). Приспособление для натяжения и направления проволоки представлено в виде двух вращающихся роликов. Причём верхний имеет винт, который позволяет регулировать натяг и направление. При холодной завивке пружин берется металл с необходимыми качествами, из него делают нужную деталь. В конце проводят термообработку с целью избавления от внутренних напряжений.

Сама технология выглядит так. Стальную проволоку подают через планку, установленную на суппорте оборудования, а конец фиксируется зажимом на оправке. Роликовое приспособление выполняет натяг металлической нити, который важен при изготовлении изделия. После включения станка, начинается намотка пружины, при этом скорость в зависимости от диаметра, используемого материла, находится в пределах 10 – 40 м/мин. Количество витков подсчитывается визуально или счетчиком. По окончании поделка подлежит мехобработке.

Это может быть технология торцовки для пружин сжатия абразивными кругами на специальных автоматах или на промышленных точилах. На изделиях другого профиля технологические концы подлежат обрубке или обрезке, используя специальное приспособление и соответствующий инструмент. Готовый продукт подвергается термообработке в электрических печах.

Технология термической обработки деталей зависит от материала. Для одних марок сталей отпуск и закалка, для других, в том числе и для бронзы – низкотемпературный отпуск, после которого поделки приобретают пружинящие свойства.

Готовую продукцию проверяют и испытывают на соответствие технологическим параметрам (растяжение, сжатие, изгиб, кручение). При необходимости или с согласия заказчика выполняется дополнительная обработка (гальваническое, лакокрасочное или другое покрытие).

Горячий метод изготовления

обрезка и последующий нагрев;
оттяжка и вальцовка концов;
повторный нагрев;
навивка из нагретого материала;
отрубаются концы заготовки;
разводка и правка изделия, последующая термообработка;
заточка и шлифовка торцов, защита от коррозии, контроль размеров и испытания (прочность, износостойкость и т. п.).

Нагрев заготовки выполняется в короткое время, при этом должно выполниться обязательное условие – равномерный по всему объему прогрев. Для горячей навивки требуется инструмент и оснастка (оправка, молотки, клещи, клинья и т. д.). Все перечисленное навивщику нужно иметь под рукой при выполнении работ по изготовлению пружин. Оправка нужна для навивки пружин на токарных станках, а с помощью клина крепится заготовка на ней. Клещи имеют форму губок обеспечивающих удержание, установку и поворот детали.

В процессе работы нужно руководствоваться технологическими инструкциями, которые обеспечат получение качественных изделий. С целью снижения отходов при изготовлении коротких изделий на оправку укладывается длинная спираль, т. е. делается заготовка на несколько деталей. Процесс навивки пружин на токарных станках большого размера включает практически те же этапы операции, что применяют для средних и мелких заготовок.

Полученные после навивки пружины при эксплуатации, находятся в режиме многочисленных повторяющихся нагрузок. Поэтому они должны иметь высокие характеристики по упругости, в процессе работы выдерживать большое количество повторных загрузок без осадки и поломок. Первое означает, что пружины после нагрузки должны быстро восстанавливать заложенную форму и размеры. Практика показывает, что долговечность продукта, изготовленного на станке, напрямую зависит от качества и чистоты обработки проволоки. На поверхности пружин не должны быть царапины, волосовины, риски и другие дефекты, т. к. они приводят к резкому снижению эксплуатационных качеств изделия.

Важным моментом для навивки пружин считается использование оправок (приспособлений), они предупреждают коробление в момент закалки и при отпуске. Даже если деталь покоробилась при закалке, исправить ситуацию можно насадив ее перед процедурой отпуска на оправку. У пружин большого размера дефект, полученный при закалке трудно исправить, т. к. в этом случае затруднена фиксация на оправке. Чтобы этого не случалось нужно термообработку заготовки проводить уже на ней.

Приспособление для навивки пружин на токарном станке

При любом из двух способов навивки пружин на токарных станках должны обеспечиваться следующие параметры:

внутренний, средний или наружный диаметр продукта;
общие и рабочие витки, их число;
высота и шаг пружины с учетом последующей обработки.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

stankiexpert.ru

Технология холодной навивки с закалкой и отпуском

Первые этапы технологии совпадают с предыдущим процессом. На стадии термообработки начинаются изменения. Она проводится в несколько этапов:

Закалка. Заготовку нагревают до заданной температуры, выдерживают от 2 до 3 часов. Далее подвергают скоростному охлаждению, погружая в емкость с минеральным маслом или солевым раствором. В ходе стадии закалки заготовки должны находиться в горизонтальном положении. Это позволит избежать из деформации
Отпуск. Заготовку нагревают до 200-300° и выдерживают несколько часов для снятия внутренних напряжений и улучшения упругих свойств.

Далее также проводятся измерительные и контрольные операции. Прошедшие контроль заготовки направляют на пескоструйную обработку для снятия окалины. При необходимости следует сделать также и дробеструйную обработку для повышения прочности поверхностного слоя металла.

Завершает процесс нанесение защитного покрытия.

Технология горячей навивки с закалкой и отпуском

Перед навивкой заготовку нагревают до температуры пластичности одним из следующих методов

муфельная печь;
газовая горелка;
высокочастотный нагрев.

Далее заготовка поступает на навивочное оборудование, Проводится корректировка геометрии и формирование плоских торцов.

Термическая обработка включает в себя закалку и низкотемпературный отпуск.

Графики термообработки строятся исходя из свойств материала и размеров заготовки.

Рабочий режим линии печи закалки и отпуска

Далее следует контрольно- измерительный этап. Заканчивается изготовление нанесением антикоррозионной защиты.

Используемое оборудование и оснастка

Чтобы сделать упругий элемент, требуется специализированное оборудование. Это навивочные станки. Сделать деталь можно и на обычном токарном станке, но потребуется его дооборудование специальной оснасткой. Средние и крупные серии изготавливают на полуавтоматических установках, работающих с минимальным вмешательством оператора. Сделать пружину из проволоки можно и вручную. Для этого также потребуется специальная оснастка.

На следующем этапе механической обработки торцы шлифуются на торцешлифовочных станках. При единичном производстве или малых сериях это можно сделать шлифовальном круге.

Термообработка проводится с применением оправок, предотвращающих деформацию изделия, в специализированных печах для закалки и отпуска. Обе операции можно сделать и в универсальной печи.

Используемое оборудование и оснастка

Для контроля качества используются нагрузочные установки и измерительные комплексы. При единичном производстве измерения можно сделать и универсальным инструментом.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Расчет №3.

Продолжаем расчет в Excel и на листе «Расчет №3» составляем еще одну программу, с помощью которой будем вычислять диаметр оправки для навивки пружины из проволоки прямоугольного сечения.

Исходные данные:

1. Ширина проволоки b

в мм записываем

в ячейку D3: =2,5

2. Высота проволоки h

в мм записываем

в ячейку D4: =2,5

3. Внутренний диаметр пружины D2

в мм вписываем

в ячейку D5: =22,5

4. Модуль упругости (модуль Юнга) материала проволоки E

в кг/мм2 заносим

в ячейку D6: =21500

5. Предел текучести материала проволоки [σт]

в кг/мм2 вводим

в ячейку D7: =120

Результаты расчетов:

6. Средний радиус пружины R

в мм определяем

в ячейке D9: =(D4+D5)/2 =12,500

R=(D2+h)/2

7. Изгибающий момент M

в кг*мм будем считывать

в ячейке D10: пока оставляем ячейку пустой

8. Параметр р

будем вычислять

в ячейке D11: =(1/D9+12*D10/(D3*(D4^3)*D6))^2*(¼-D10/(D3*(D4^2)*D7)) — (1/3*(D7/(D6*D4))^2)

p=(1/R+12*M/(b*h3*E)2*(¼-
M/(b*h2*[σт])) -1/3*([σт]/(E*h))2
Для дальнейшей корректной работы необходимо настроить программу Excel.

Выбираем: «Сервис» – «Параметры…» — «Вычисления».

Устанавливаем в открывшемся окне «Параметры» на закладке «Вычисления»:

Предельное число итераций: 10000

Относительная погрешность: 0,000000001

Для расчета изгибающего момента M

воспользуемся сервисом «Подбор параметра…». Значение момента
M
определяется из представленного выше уравнения при
p
=0.

Выбираем: «Сервис» – «Подбор параметра…».

В выпавшем окне «Подбор параметра» заполняем окошки так, как на скриншоте слева.

Нажимаем ОК.

Выпадает окно «Результат подбора параметра». Если оно выглядит так, как на скриншоте слева, то жмем ОК и считываем значение изгибающего момента M

в кг*мм

в ячейке D10: =468,335

Параметр р,

который должен быть равен 0, вычислен

в ячейке D11: =(1/D9+12*D10/(D3*(D4^3)*D6))^2*(¼-D10/(D3*(D4^2)*D7)) — (1/3*(D7/(D6*D4))^2) =3,6E-10

Более подробно о примененном способе решения громоздкого нелинейного уравнения можно прочитать в статье «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

9. Средний радиус навивки Rн

в мм вычисляем

в ячейке D12: =((¼-D10/(D3*D4^2*D7))/(1/3*(D7/(D6*D4))^2))^0,5 =11,536

Rн=((¼-
M/(b*h2*[σт]))/(1/3*([σт]/(E*h))2)0,5
10. Диаметр оправки Do