ИСПЫТАНИЕ НОВОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПРУЖИН

Пружинонавивочное производство за последнее время получило значительное развитие и обновление, особенно в таких отраслях машиностроения, как автомобильное, сельскохозяйственное, тракторное, оборонное, а также приборостроение, где в наибольшей степени увеличилась специализация и концентрация производства [1]. Производство многоцикловых пружинных механизмов в отечественном и зарубежном машиностроении характеризуется все более частым применением высоконагруженных, высокоскоростных, компактных пружин, экономящих монтажное пространство и вес узлов. Наиболее яркими предствителями таких пружин являются наружная и внутренняя пружины клапана двигателей автомобилей семейства ВАЗ.

Предприятия, занимающиеся производством высокоскоростной техники, и производители высоконагруженных пружин нуждаются в разработке и внедрении устройств и технологий, повышающих качество продукции [4].

Наиболее приемлемой для массового производства является конструкция по патентам RU 2457917 и RU 2481914 [5, 6], на основе которой разработано и изготовлено простое в эксплуатации устройство для упрочнения внутренней пружины клапана двигателя автомобилей семейства ВАЗ (Рисунки 1, 2). Преимущество предложенного устройства заключается в осуществлении механизации процесса удаления заневоленной пружины из устройства, что ликвидирует ручной труд и повышает производительность труда.

Работает устройство [6] следующим образом. Устройство устанавливают на неподвижный стол пресса, а пуансон 1 закрепляют к верхней подвижной плите пресса. В стакан 4 вставляют испытуемую пружину таким образом, чтобы торцы пружины контактировали с кольцевыми проточками или упорами торцов вкладышей 2 и 3. Затем пуансон 1 посредством движения пресса опускают, отчего пружина, сжимаясь, увеличивает свой наружный диаметр до тех пор, пока все еѐ витки не придут в непрерывный контакт с внутренней поверхностью стакана 4. Благодаря контакту торцов пружины с кольцевыми проточками или упорами торцов вкладышей и контакту витков пружины с внутренней поверхностью стакана сжатая пружина займѐт правильную геометрическую форму. Благодаря наличию шаровой поверхности на пуансоне 1 и верхнем вкладыше 2 усилие пресса равномерно распределится по диаметру сжатой пружины. После требуемой выдержки под нагрузкой величиной 10…300F3 пуансон 1 с вкладышем 2 поднимают, освобождая пружину. Движением нижнего цилиндра пресса посредством штока 6 и нижнего вкладыша 3 пружину вытесняют из стакана 4, которую снимают или сталкивают с нижнего вкладыша 3 применяемыми при штамповке известными способами и устройствами и направляют на дальнейшую обработку.

Скругленный край упора вкладыша [5] не оставляет вмятин на первых рабочих витках пружины при пластическом упрочнении. Это исключает поломку первых витков пружин при эксплуатации и увеличивает их ресурс.

Известно, что [2] заневоливание является операцией как упрочнения, так и контроля качества изготовления пружин. Пружины, работающие с большими скоростями нагружения и с соударениями витков должны выдерживаться в сжатом состоянии до 48 часов и/или подвергаться контактному заневоливанию – сжатию до соприкосновения витков с приложением дополнительной осевой нагрузки (10…300)F3 (F3 – сила сжатия пружины до соприкосновения витков), время контактного заневоливания составляет 1,5…2 секунды. Обычное заневоливание или выдержку  в сажатом состоянии до 48 часов для повышения производительности труда рекомендуется заменять контактным заневоливанием нагрузкой 10F3, время выдержки под нагрузкой 1,5…2 секунды.

Для испытания изготовленного устройства проведем заневоливание новых внутренних клапаных пружин двигателя автомобиля ВАЗ нагрузкой 10F3. Нагрузка, прикладываемая к пружине, при этом будет состоять из нагрузки контактного заневоливания и силы сжатия пружины до соприкосновения витков (310 Н) и будет равна 3410 Н.

По тарировочному графику, показанному на Рисунке 3, и уравнению полиноминальной регрессионной линии (1) [3] с достоверностью аппроксимации R2 = 1 установлена зависимость между показаниями индикатора динамометра и нагрузкой контактного заневоливания. Нагрузке 3410 Н соответствуют 1,81 мкм по шкале индикатора.

Последовательность испытания устройства.

1.   Пружина установлена в устройство для заневоливания.

2.     Устройство  помещено между захватами разрывной машины  Р-5.  Между основанием устройства и нижним захватом машины установлен динамометр образцовый сжатия ДОСМ–3–3 (Рисунок 4).

3. Проведено контактное заневоливание пружины нагрузкой 3410 Н. Время выдержки 1,5…2 секунды.

4. Пружина извлечена из устройства.

5. Проведѐн замер геометрических параметров пружины. Результаты испытаний представлены в Табл.1.

Таблица 1

Параметры пружины клапана до и после заневоливания

№ п/п	Параметры пружины до заневоливания		Параметры пружины после заневоливания
	L, мм	γ, º	L, мм	γ, º
1	41,4	1º01'	41,4	1º01'
2	41,6	1º17'	41,6	1º17'
3	42,1	1º55'	42,1	1º52'
4	42,2	1º58'	42,2	1º52'
5	42,1	1º32'	42,1	1º32'
6	42,1	1º58'	42,1	1º53'
7	41,8	1º50'	41,8	1º50'
8	41,2	1º06'	41,2	1º06'
9	41,4	1º51'	41,4	1º51'
10	42,0	1º25'	42,0	1º25'

Примечание: L – свободная высота пружины, мм; γ – неперпендикулярность торца пружины к еѐ оси в градусах.

 

Средняя высота пружины после заневоливания не изменилась и составляет 41,79 мм. Пружина имеет правильную геометрическую форму, искривления оси пружины не наблюдается. Неперпендикулярность торца к оси пружины после заневоливания не превышает допустимое значение ±3º.

Вывод. Спроектировано и изготовлено новое устройство для упрочнения пружин. Проведены испытания устройства для заневоливания внутренних пружин клапана двигателей автомобиля семейства ВАЗ. Изготовленное устройство при заневоливании не допускает искривления оси и погрешностей диаметра пружин и рекомендуется к применению в массовом производстве.

 

Список литературы

1.     Белков, Е.Г. Технология изготовления и упрочнения пружин: монография / Е.Г. Белков. – Челябинск : Издательский центр ЮурГУ, 2013. – 168 с.

2.     Землянушнова, Н.Ю. Классификация и испытание пружин / Н.Ю. Землянушнова, Ю.М. Тебенко // Вестник машиностроения. 2002. № 5. С. 8-13.

3.     Землянушнова, Н.Ю. Основы производства и ремонта транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования / Н.Ю. Землянушнова, А.Т. Лебедев, Р.В. Павлюк.- Ставрополь : АГРУС, 2013. – 108 с.

4.     Землянушнова, Н.Ю.  Повышение ресурса высоконагруженных пружин сжатия для  высокоскоростных транспортных средств / Н.Ю. Землянушнова, А.А. Порохня, Н.А. Землянушнов // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2015. № 2 (126). С. 36-39.

5.     Пат. RU 2457917 С1, МПК B21F 35/00, F16F 1/06. Устройство для контактного заневоливания пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н. А. – № 2011105212/02; заявлено 11.02.2011; опубл. 10.08.2012, Бюл. № 22. – 5 с.

6.     Пат. RU 2481914 С1, МПК B21F 35/00, В26F1/06. Устройство для контактного заневоливания пружин / Тебенко Ю.М., Землянушнова Н.Ю., Землянушнов Н.А. – № 2012107298; заявлено 28.02.2012; опубл. 20.05.2013, Бюл. № 14. – 5 с.