RU2501620C2

RU2501620C2 - Method and device for production of helical springs

Info

Publication number: RU2501620C2
Application number: RU2010152885/02A
Authority: RU
Inventors: Антон Владиславович Муртазин; Владислав Николаевич Муртазин; Валерий Викторович Трошков; Виктор Григорьевич Жерновой; Николай Станиславович Попов
Original assignee: Зао Научно-Проектный Центр "Тормоз" (Зао Нпц "Тормоз")
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2013-12-20
Also published as: RU2010152885A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and can be sued for making helical springs for rolling stock. Proposed method comprises hearing of the bar, coiling the spring at heating temperature, quenching of the spring, its tempering and upsetting, grinding of spring ends, blasting and controlling of spring parameters. Spring parameters and those of production process are set. Prior to coiling, heated bar is reduced to spring end shape approximating to that of spring nonworking coils to roll said bar axially. Quenching is carried out using mechanical effects applied to ambient medium while spring parameters are controlled continuously at every production step by comparison with preset magnitudes and process parameters and corrected by appropriate program. Cyclic fatigue is controlled at arbitrarily selected springs prior to grinding their ends and after blasting. Invention covers also the device to implement abode described method. Stable performances of springs in production and correction.

EFFECT: higher quality.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления пружин различной конструкции, и может быть использовано, например, для изготовления винтовых пружин подвижного состава железнодорожного транспорта.The invention relates to the field of engineering, in particular to methods for manufacturing springs of various designs, and can be used, for example, for the manufacture of coil springs of rolling stock of railway vehicles.

В эксплуатации пружины подвергаются постоянным деформационным нагрузкам, вертикальным и горизонтальным колебаниям.In operation, the springs are subjected to constant deformation loads, vertical and horizontal vibrations.

Поэтому к ним предъявляется ряд специальных требований. Они должны обеспечивать высокое сопротивление деформациям и обладать стойкостью к циклической нагрузкам. Стабильность указанных характеристик в процессе работы обеспечивает надежность пружин. Среди методов их изготовления различают холодную и горячую навивки. При этом профиль проволоки, используемой для навивки пружин, может различаться. Кроме того, на надежность пружин влияют качественные параметры заготовок, используемых для навивки. Необходим соответствующий подбор как материала, так и оптимальных технологических условий в ходе процесса получения изделий. Для этого также важен контроль параметров пружин в процессе их производства и внесение соответствующих корректировок во все этапы изготовления. Для выполнения указанных требований к производству предложена серия решений, направленных на усовершенствование технологии изготовления пружин. Они нашли отражение в ряде описанных способов и устройств, предназначенных для производства разного вида пружин.Therefore, they are subject to a number of special requirements. They must provide high resistance to deformation and be resistant to cyclic loads. The stability of these characteristics during operation ensures the reliability of the springs. Among the methods for their manufacture, cold and hot coiling are distinguished. In this case, the profile of the wire used for winding the springs may vary. In addition, the reliability of the springs is influenced by the quality parameters of the workpieces used for winding. An appropriate selection of both material and optimal technological conditions during the process of obtaining products is required. For this, it is also important to control the parameters of the springs during their production and make appropriate adjustments to all stages of manufacture. To fulfill the specified requirements for production, a series of solutions is proposed aimed at improving the manufacturing technology of springs. They are reflected in a number of described methods and devices intended for the production of various types of springs.

Так, известен способ изготовления пружин сжатия, включающий навивку пружины из предварительно упрочненной проволоки, ее последующую термообработку, шлифовку торцов, термоосадку и дробеметный наклеп, в котором термоосадку производят после дробеметного наклепа при температуре 200-250°C (пат.RU №2208056, C21D 9/02, от 08. 02.2001). Предполагается, что такой порядок операций способствует уменьшению рассеивания геометрических параметров и силовой характеристики пружин. Кроме того, становится ненужной операция отпуска после дробеметного наклепа. Данное решение относится к холодной навивке пружин, способных к работе в условиях повышенных температур, и предусматривает проверку на выносливость и ползучесть только для сравнительных испытаний.So, there is a known method of manufacturing compression springs, including winding a spring from a previously hardened wire, its subsequent heat treatment, grinding of the ends, heat shrinkage and shot blasting, in which heat shrinkage is carried out after shot blasting at 200-250 ° C (US Pat. No. 2202056, C21D 9/02, dated 08.02.2001). It is assumed that this order of operations helps to reduce the dispersion of geometric parameters and the force characteristics of the springs. In addition, the operation of tempering after shot blasting becomes unnecessary. This solution relates to the cold winding of springs capable of operating at elevated temperatures and provides endurance and creep testing only for comparative tests.

Реализуется этот способ в устройстве, содержащем пружинонавивочный автомат, печь для отпуска, узел для шлифовки торцов пружин, прибор для люмконтроля, аппарат для промывки изделия, дробеметную машину, печь для термоусадки, второй агрегат для промывки, пресс для трехкратной осадки, станок для обработки фасок и узел фосфатирования. Устройств контроля параметров заготовок и самих пружин после изготовления не предусмотрено. В приведенном решении линии для холодной навивки пружин используется только визуальный контроль, что недостаточно для исключения в пружине дефектов, проявляющихся при последующих нагрузках в реальных условиях эксплуатации изделия. Средство для циклических испытаний в линию не включено. Отсутствие устройств для проверки параметров пружин в процессе изготовления не позволяет вносить соответствующие корректив в ходе их производлства.This method is implemented in a device containing a spring-coiling machine, a tempering furnace, a unit for grinding the ends of the springs, a luminaire control device, a product washing machine, a shot blasting machine, a heat shrink oven, a second washing unit, a triple settling press, a bevel processing machine and phosphating unit. Devices for controlling the parameters of the workpieces and the springs themselves after manufacturing are not provided. In the given solution of the line for cold winding of springs, only visual control is used, which is not enough to exclude defects in the spring that appear during subsequent loads in actual use conditions of the product. The cyclic test facility is not included in the line. The lack of devices for checking the parameters of the springs during the manufacturing process does not allow making appropriate adjustments during their production.

Известен также способ изготовления пружин сжатия, включающий навивку пружины из шлифованной или патентированной проволоки с шагом, превышающим шаг готовой пружины, термообработку, дробеметный наклеп и прессовку пружины путем ее осадки осевой нагрузкой величиной (10÷300)F₃, где F₃ - сила пружины при максимальной деформации. При этом перед навивкой пружины производят высокотемпературную термомеханическую обработку проволоки. Этим повышаются эксплуатационные свойства пружин (пат. RU №2346778, B21F 35/00, от 30.05.2007). Описанный способ относится к холодной навивке пружин и не включает корректировку технологических параметров в процессе изготовления последующих пружин. Устройство для реализации способа аналогично предыдущему и характеризуется таким же отсутствием измерительных узлов для более основательного контроля параметров технологии и изделия. Поэтому корректирующих воздействий на процесс изготовления по результатам измерений параметров пружин также не предусмотрено.There is also known a method of manufacturing compression springs, including winding a spring from a polished or patented wire with a step exceeding the step of the finished spring, heat treatment, shot blasting and pressing of the spring by its precipitation with an axial load of (10 ÷ 300) F ₃ , where F ₃ is the spring force at maximum deformation. In this case, before winding the springs, high-temperature thermomechanical processing of the wire is performed. This increases the operational properties of the springs (US Pat. RU No. 2346778, B21F 35/00, from 30.05.2007). The described method relates to the cold winding of the springs and does not include the adjustment of technological parameters in the manufacturing process of subsequent springs. A device for implementing the method is similar to the previous one and is characterized by the same lack of measuring units for more thorough control of the technology and product parameters. Therefore, corrective actions on the manufacturing process according to the results of measurements of the parameters of the springs are also not provided.

Известен способ горячего изготовления пружин, заключающийся в том, что заготовку нагревают до температуры аустенизации, подстуживают на 50-100 C, но не ниже температуры закалки, и при этой температуре проводят гибку и навивку спирали на оправку, обеспечивая равномерный шаг всех витков и поджатие опорных витков при сообщении оправке вращательно-поступателького движения с помощью копирного устройства. Навитая спираль закаливается в душевом устройстве - спрейере или в ванне с циркулирующей охлаждающей средой (А.с. №528989, B21F 3/04, от 31.01.1975). Подстуживание на 50-100°C необходимо для выравнивания температуры по сечению прутка, предотвращения рекристаллизационных процессов и роста аустенитного зерна, а также для уменьшения температурных напряжений. Отпуск выполняется при 380±10°C. Реализуется этот способ в агрегате для навивки пружин, содержащем узел нагрева, узел подачи навиваемого материала к пружинонавивочному автомату, и закалочную ванну, расположенную под оправкой с навиваемой пружиной (А.с. №816634, B21F 3/04 B21F 35/00, B21D 11/06 от 14.04.1977). Привод осевого перемещения реализован в виде приводного винта и гайки, что обеспечивает непрерывно-последовательный ход оправки. Изменением скорости перемещения оправки в начале и конце процесса навивки формируют рабочие витки. Дальнейшее развитие конструкции пошло по пути непосредственного опускания навитой на оправку пружины в ванну с закалочной средой (пат. RU №2057611, B21F 3/04, от 14.05.1993). В агрегате совмещены по времени операции навивки, закалки и съема изделий. При этом также выполняется непрерывно-последовательный вход оправки с пружиной в закалочную среду. Сопловые вспомогательные средства или иное оборудование для струйного или иного перемешивания среды в закалочной ванне не предусмотрены. Отметим, что существует также обратный подход к режиму охлаждения, когда в непрерывно-последовательном движении относительно закаливаемой детали в виде вала находятся устройства для подачи охлаждающей среды (спрейеры), расположенные с интервалом относительно друг друга (пат. RU №2201460, C21D 1/06, C21D 1/56, от 04.05.2000). Для приведенного способа изготовления пружин в качестве недостатка можно назвать отсутствие контроля температуры перед закалкой всей пружины. Кроме того, параметры зафиксированы, и поэтому отклонения не корректируется по результатам испытаний. Это не позволяет сделать отсутствие в агрегате соответствующих приборов контроля и невозможность использования на основе их данных обратной связи.A known method of hot manufacturing of springs, which consists in the fact that the workpiece is heated to an austenitizing temperature, is tempered at 50-100 C, but not lower than the quenching temperature, and at this temperature, the spiral is bent and wound onto the mandrel, ensuring an uniform pitch of all the turns and pre-tensioning turns when communicating the mandrel rotational-translational motion using a copying device. The wound spiral is quenched in a shower device - a sprayer or in a bath with a circulating cooling medium (A.S. No. 528989, B21F 3/04, from 01/31/1975). Tightening at 50-100 ° C is necessary to equalize the temperature over the cross section of the rod, to prevent recrystallization processes and the growth of austenitic grain, as well as to reduce temperature stresses. Vacation is carried out at 380 ± 10 ° C. This method is implemented in a unit for winding springs, comprising a heating unit, a unit for feeding the material to be wound to the spring-coiling machine, and a quenching bath located under the mandrel with the coil spring (AS No. 816634, B21F 3/04 B21F 35/00, B21D 11 / 06 dated 04/14/1977). The axial displacement drive is implemented in the form of a drive screw and nut, which provides a continuously sequential stroke of the mandrel. By changing the speed of movement of the mandrel at the beginning and end of the winding process, working turns are formed. Further development of the design went along the path of direct lowering of the spring wound on the mandrel into the bath with the quenching medium (US Pat. RU No. 2057611, B21F 3/04, dated 05/14/1993). The unit combines the time of the operation of winding, hardening and removal of products. In this case, a continuously-sequential entry of the mandrel with the spring into the quenching medium is also performed. Nozzle aids or other equipment for jet or other mixing of the medium in the quenching bath is not provided. Note that there is also an inverse approach to the cooling mode, when in a continuous sequential motion relative to the hardened part in the form of a shaft there are devices for supplying a cooling medium (sprayers) located at intervals relative to each other (US Pat. RU No. 2201460, C21D 1/06 , C21D 1/56, dated 04/05/2000). For the above method of manufacturing springs, the lack of temperature control before quenching the entire spring can be called a disadvantage. In addition, the parameters are fixed, and therefore the deviation is not adjusted according to the test results. This does not allow to make the lack of appropriate control devices in the unit and the inability to use feedback based on their data.

Указанный последним в способе недочет частично отсутствует в решении по упрочнению проволоки, которую можно использовать в дальнейшем для холодной навивки. Здесь проволока нагревается, обжимается, подвергается полной закалке и отпуску (А.с. №1447465, В21С 3/14, С21В 11/00, от 13.07.1987). При этом измеряется диаметр, ведется контроль механических свойств, в частности предела прочности, выполняется дефектоскопия и контроль температуры проволоки и охлаждающей жидкости при закалке. Полученные данные по пределу прочности сравниваются в микроЭВМ с заданными ранее параметрами (уставкой) и выполняется корректировка технологических параметров (температуры, скорости волочения, расхода охлаждающей жидкости). Однако этот способ можно отнести только к одному из этапов подготовки заготовки для навивки пружин, а не к законченному процессу.The defect indicated by the latter in the method is partially absent in the solution for hardening the wire, which can then be used for cold winding. Here the wire is heated, crimped, subjected to complete hardening and tempering (A.S. No. 1447465, B21C 3/14, C21B 11/00, dated 13.07.1987). In this case, the diameter is measured, the mechanical properties, in particular the tensile strength, are monitored, flaw detection and temperature control of the wire and coolant are carried out during quenching. The obtained data on the tensile strength are compared in a microcomputer with the previously specified parameters (setpoint) and the technological parameters (temperature, drawing speed, coolant flow rate) are adjusted. However, this method can be attributed only to one of the stages of preparation of the workpiece for winding springs, and not to the finished process.

Законченный процесс навивки с частичным контролем и корректировкой параметров навивки описан в некоторых агрегатах для изготовления пружин (пат.US №3641794, B21F 3/00; B21F 3/00, B21B 37/00; B21D 55/00; B21F 11/00, от 15.02.1972; пат.US №5875664, B21F 3/00, B21B 37/02; B21B 37/08; B21F 3/02, от 02.03.1999; пат. US №6836964, B21F 3/02, B21F 3/10, от 21.02.2002). Однако первое из указанных технических решений контролирует и корректирует только длину пружины. Во втором случае выполняется сравнение трехмерного изображения изготавливаемой пружины с заложенным в главный компьютер изображением и вносятся соответствующие корректировки в случае отклонений в геометрии или твердости. Способы относятся к холодной навивке и не предусматривают подготовительных операций для заготовок.The completed winding process with partial control and adjustment of the winding parameters is described in some units for the manufacture of springs (US Pat. No. 3441794, B21F 3/00; B21F 3/00, B21B 37/00; B21D 55/00; B21F 11/00, from 02/15/1972; US Pat. No. 5,875,664, B21F 3/00, B21B 37/02; B21B 37/08; B21F 3/02, dated 02/03/1999; US Pat. No. 6836964, B21F 3/02, B21F 3/10 , 02/21/2002). However, the first of these technical solutions controls and corrects only the length of the spring. In the second case, a three-dimensional image of the manufactured spring is compared with the image embedded in the host computer and appropriate adjustments are made in case of deviations in geometry or hardness. The methods relate to cold winding and do not include preparatory operations for blanks.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству для навивки пружин по технической сущности является решение, включающее нагрев заготовок, навивку, закалку, отпуск, дробеметную обработку, осадку, контроль усилий и сортировку (пат. RU №2005572, B21F 3/00, от 16.04.1992).Closest to the proposed method and device for winding springs in technical essence is a solution that includes heating the workpieces, winding, hardening, tempering, shot blasting, draft, force control and sorting (US Pat. RU No. 20055572, B21F 3/00, from 16.04. 1992).

При контроле усилий пружина сжимается и датчик производит измерение усилия при заданной деформации. Далее предполагается механическая обработка торцов и обработка поверхности. Однако способ, реализованный здесь, не предусматривает определение предела усталостной прочности производимых пружин, а ограничивается отдельными силовыми параметрами. Многократно выполняется сжатие «на витки» и после этого определяются силовые параметры. По ним производится сортировка пружин. О корректировке параметров технологического процесса по результатам испытаний не сообщается. Реализуется этот способ в автоматической линии для изготовления цилиндрических пружин, содержащей узлы для вышеназванных операций и описанной в вышеназванном источнике. Усовершенствования, выполненные здесь, касаются в основном конструкции узла по проверке параметров изготовленных пружин. Агрегата для испытаний на циклическую усталость не содержится. Подготовки концов прутка перед навивкой не предусмотрено.When controlling the forces, the spring is compressed and the sensor measures the force at a given deformation. Further, mechanical processing of the ends and surface treatment are assumed. However, the method implemented here does not provide for determining the fatigue strength of the produced springs, but is limited to individual power parameters. Repeatedly performed compression "per revolution" and after that the power parameters are determined. They are used to sort the springs. The adjustment of the process parameters according to the test results is not reported. This method is implemented in an automatic line for the manufacture of coil springs, containing nodes for the above operations and described in the above source. Improvements made here relate mainly to the design of the unit for checking the parameters of the manufactured springs. The unit for testing cyclic fatigue is not contained. Preparation of the ends of the bar before winding is not provided.

Таким образом, существует необходимость ввести некоторые дополнительные шаги в описанный способ изготовления пружин и разработки для этого улучшенных узлов устройства, которые бы обеспечили контролируемый в определенных пределах процесс производства пружин.Thus, there is a need to introduce some additional steps into the described method for manufacturing springs and developing for this improved device assemblies that would provide a springs production process controlled within certain limits.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование способа и устройства для изготовления пружинных изделий путем оптимизация условий изготовления, расширение функциональных возможностей устройства, а именно введения как пооперационного контроля, так и корректировки выбранных параметров на этапах выполнения отдельных операций при изготовлении пружины, а кроме того, включение дополнительных операций по подготовке заготовок.The task to which the invention is directed is to improve the method and device for the manufacture of spring products by optimizing the manufacturing conditions, expanding the functionality of the device, namely the introduction of both operational control and adjustment of the selected parameters at the stages of the individual operations in the manufacture of the spring, and in addition to In addition, the inclusion of additional operations for the preparation of blanks.

За счет усовершенствования процесса достигается технический результат, заключающийся в возможности изготавливать пружины с заданными точными, стабильными во времени упругими характеристиками и с повышенной динамической прочностью.Due to the improvement of the process, a technical result is achieved, consisting in the ability to produce springs with predetermined exact, time-stable elastic characteristics and with increased dynamic strength.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления пружин, включающем нагрев прутка, навивку пружины из прутка при температуре ее нагрева, закалку пружины, отпуск, осадку, шлифовку торцов пружин, дробеструйную обработку, и контроль параметров пружин, задают параметры пружины и технологические параметры каждого этапа процесса изготовления пружины. При этом перед навивкой осуществляют обжим разогретого прутка до формы концов пружины, близкой к форме нерабочих витков пружины, и выполняют прокатку прутка в осевом направлении, закалку осуществляют с использованием механических воздействий на охлаждающую среду путем ее струйного перемешивания до глубин, достаточных для уменьшения парообразования среды при постепенном входе в среду закаливаемой пружины и/или путем приложения ультразвука и разного давления по глубине охлаждающей среды, подаваемой на поверхность витка пружины. Контроль параметров пружины осуществляют постоянно на каждом этапе изготовления пружины путем сравнения параметров пружины на каждом этапе процесса изготовления с заданными параметрами пружины и технологическими параметрами процесса с выводом на монитор или подачей сигнала об обнаруженных отклонениях и последующей программной корректировки тех параметров пружины, которые отклонены от заданных, до совпадения параметров изготавливаемой пружины с заданными параметрами. Контроль на циклическую усталость осуществляют выбором случайным образом пружин до этапа шлифовки их торцев и после дробеструйной обработки.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing springs, including heating the rod, winding the spring from the rod at its heating temperature, hardening the spring, tempering, draft, grinding the ends of the springs, shot peening, and controlling the parameters of the springs, set the spring parameters and technological parameters of each stage of the manufacturing process of the spring. In this case, before winding, the heated rod is crimped to the shape of the spring ends, close to the shape of the non-working spring turns, and the rod is rolled in the axial direction, quenching is carried out using mechanical influences on the cooling medium by its jet mixing to depths sufficient to reduce the vaporization of the medium at gradual entry into the medium of the hardened spring and / or by application of ultrasound and various pressures along the depth of the cooling medium supplied to the surface of the spring coil. Spring parameters are monitored continuously at each stage of spring production by comparing the spring parameters at each stage of the manufacturing process with the specified spring parameters and process parameters with output to a monitor or signaling the detected deviations and subsequent programmatic adjustment of those spring parameters that are deviated from the set until the parameters of the manufactured spring coincide with the given parameters. The cyclic fatigue control is carried out by randomly selecting the springs before the grinding stage of their ends and after shot peening.

Также технический результат достигается тем, что устройство для изготовления пружин, содержащее установки нагрева прутков, навивки пружин, закалки, отпуска, осадки, шлифовки торцев пружины и дробеструйной обработки, снабжено блоком управления и контроля, выполненным с обратной связью по контролируемым параметрам пружины и технологическим параметрам процесса изготовления, механизмом обжатия разогретого прутка перед его навивкой для формирования концов прутка до формы концов пружины, близких к форме нерабочих витков пружины, механизмом для формирования профиля при прокатке прутка в осевом направлении, установкой промежуточного контроля параметров пружин, расположенной до установки шлифовки торцев пружины, установкой окончательного контроля параметров пружин и устройством испытаний, расположенными после установки дробеструйной обработки, при этом установка для закалки пружины выполнена со струйным блоком перемешивания закалочной среды и/или ультразвуковым блоком очистки и перемешивания, а устройство испытаний предназначено для испытания выбранных случайным образом пружин на циклическую усталость после дробеструйной обработки.Also, the technical result is achieved by the fact that the device for the manufacture of springs, containing the installation of heating rods, winding springs, quenching, tempering, sinking, grinding the ends of the spring and shot blasting, is equipped with a control and monitoring unit, made with feedback on the controlled parameters of the spring and technological parameters the manufacturing process, by the mechanism of compression of the heated rod before winding it to form the ends of the rod to the shape of the ends of the spring, close to the shape of inactive turns of the spring, m for forming a profile during axial rolling of the rod, by installing an intermediate control of the spring parameters located before grinding the ends of the spring, by installing the final control of the spring parameters and the test device located after the shot blasting installation, while the spring hardening unit is made with a jet mixing unit quenching medium and / or ultrasonic cleaning and mixing unit, and the test device is designed to test randomly selected springs at once to cyclic fatigue after shot peening.

Сущность предложения состоит в том, чтобы ввести в способ изготовления пружин операции корректировки технологических параметров изготовления пружин и при этом по результатам испытания готовых пружин обеспечить возможность осуществления ускоренного процесса изготовления серии пружин с заданными отклонениями параметров (характерных для пружин сил, высот и других) от номинальных значений. Кроме того, предложенное сочетание операции подготовки концов заготовки и ее последующего уплощения позволит получить пружины, кроме всего прочего, с меньшим припуском на шлифовку нерабочих витков. Предлагается также закалку выполнять с использованием струйного или/и ультразвукового перемешивания закалочной среды до глубин, достаточных для вытеснения (уменьшения, подавления) эффекта парообразования среды при постепенном входе в среду закаливаемого изделия.The essence of the proposal is to introduce into the method of manufacturing springs the operations of adjusting the technological parameters of the production of springs and at the same time, according to the results of testing the finished springs, to ensure the possibility of an accelerated process of manufacturing a series of springs with predetermined deviations of the parameters (typical for springs of forces, heights and others) from nominal values. In addition, the proposed combination of the preparation of the ends of the workpiece and its subsequent flattening will allow you to get the spring, among other things, with a smaller allowance for grinding inactive turns. It is also proposed to perform quenching using jet and / or ultrasonic mixing of the quenching medium to depths sufficient to displace (reduce, suppress) the effect of vaporization of the medium upon gradual entry into the medium of the quenched product.

Это обеспечивает после объемно-поверхностной закалки и отпуска получение оптимальных для пружин механических свойств, в частности прочности, предела упругости и предела усталости.This ensures, after volume-surface hardening and tempering, obtaining optimal mechanical properties for the springs, in particular strength, elastic limit and fatigue limit.

Отличие устройства от прототипа состоит в том, что введен блок управления и контроля с обратной связью, механизмы для несимметричного формирования концов прутка и формирования профиля. Под несимметрией здесь понимается расположение нерабочих витков в пружине. Установка для закалки дополнена струйным блоком перемешивания закалочной среды (или ультразвуковым блоком очистки и перемешивания), а установка для контроля параметров со снятием силовой характеристики расположена как до агрегата шлифовки, так и после дробеструйного упрочения, после которой отдельные пружины испытываются на циклическую усталость. После получения или неудовлетворительных данных или их тенденции к ухудшению может выполняться корректировка параметров работы каждого агрегата блоком контроля и управления по соответствующей программе управляющего компьютера указанного блока.The difference between the device and the prototype is that a control and monitoring unit with feedback has been introduced, mechanisms for asymmetric formation of the ends of the bar and the formation of the profile. Asymmetry here refers to the location of idle turns in the spring. The quenching unit is supplemented with an inkjet quenching medium mixing unit (or an ultrasonic cleaning and mixing unit), and the parameter control unit with removing the power characteristic is located both before the grinding unit and after shot peening, after which individual springs are tested for cyclic fatigue. After receiving either unsatisfactory data or their tendency to deterioration, the operation parameters of each unit can be adjusted by the monitoring and control unit according to the corresponding program of the control computer of the specified unit.

Устройство для осуществления способа состоит из приведенных схематично на фиг.1 отдельных агрегатов собранных в линию и предназначенных для выполнения указанной выше последовательности операций. Это установка резки с контролем геометрии прутка 1, индукционный нагреватель 2, механизмы для несимметричного формирования концов прутка 3, клеймения и формирования профиля 4, навивки пружины 5, ее закалки 6, охлаждения 7, отпуска 8, повторного охлаждения 9, установка контроля твердости 10, установка для осадки с последующим промежуточным контролем 11. Далее следуют установки для шлифовки опорных витков 12, дробеструйной обработки 13 и установка для окончательного контроля пружины 14. После данного прибора включается узел для выемки выбранных пружин и передачи их на машину усталостных испытаний 15. Основной поток пружин поступает далее на отделочную часть устройства (не показана). И управляет всеми агрегатами блок контроля и управления 16.A device for implementing the method consists of the schematically shown in figure 1 of individual units assembled in a line and designed to perform the above sequence of operations. This is a cutting installation with control of the geometry of the rod 1, induction heater 2, mechanisms for asymmetric formation of the ends of the rod 3, branding and forming a profile 4, winding the spring 5, its quenching 6, cooling 7, tempering 8, re-cooling 9, setting the hardness control 10, installation for upsetting followed by intermediate control 11. The following are installations for grinding support coils 12, shot blasting 13 and installation for final control of spring 14. After this device, a unit for removing selected springs is turned on ying and transferring them to a fatigue testing machine 15. The main stream of springs then flows to the finishing part of the device (not shown). And controls all units control unit 16.

Способ осуществляют посредством приведенного устройства нижеописанным образом. Вводят в управляющий компьютер параметры требуемой пружины и задают технологические параметры для каждого этапа изготовления пружин. Затем начинают сам процесс изготовления, предварительно отрезав пруток необходимой длины и проконтролировав его геометрию.The method is carried out by means of the device described below. Enter the parameters of the required spring into the control computer and set the technological parameters for each stage of the manufacture of springs. Then the manufacturing process begins, having previously cut off the bar of the required length and having checked its geometry.

Для изготовления пружин в соответствии с предлагаемым способом на первом этапе стальную заготовку для изготовления пружины нагревают индукционным нагревателем 2 по всему сечению до заданной температуры (примерно 1000-1050°С) и подают в зону подготовки концов прутка 3 и затем формируют профиль прутка 4. Эти операции выполняются посредством прогонки заготовки через прокатные станы, обеспечивающие требуемый профиль, как самой заготовки, так и ее концов, которые впоследствии станут нерабочими витками пружины и будут подшлифовываться в ходе соответствующей операции согласно последовательноcти выполнения способа.For the manufacture of springs in accordance with the proposed method, at the first stage, the steel billet for the manufacture of springs is heated with an induction heater 2 over the entire cross section to a predetermined temperature (approximately 1000-1050 ° C) and fed to the preparation zone of the ends of the rod 3 and then form the profile of the rod 4. These operations are carried out by running the workpiece through rolling mills, providing the desired profile of both the workpiece itself and its ends, which will subsequently become inoperative turns of the spring and will be ground during sponds posledovatelnocti operations according to the method.

После этого пруток-заготовку навивают на оправку 5. Каждый виток вместе с оправкой подают непрерывно и последовательно в установку охлаждения 6, где происходит закалка. Дополнительный блок для перемешивания (не показан) необходим, чтобы подавить, или, по крайней мере, уменьшить парообразование закалочной среды путем целенаправленного струйного воздействия на охлаждающую среду в зоне расположения изделия. Этим достигаются более высокие и равномерные скорости охлаждения заготовки при закалке, чем при обычных процессах охлаждения, и, следовательно, более однородная структура металла. Конструкция такого блока может быть разной, и в частности, в данном случае использовали две полукольцевые части, внутренние поверхности которых имели небольшой наклон по высоте относительно нормали. На этой поверхности расположены ряды сопельных отверстий разного диаметра и конфигурации расположения, так что реализуется регулирование напора среды и/или ее объемного потока при струйной обработке охлаждающей средой. Полуконусный характер расположения этих сопел от оси изменяет расстояние между соплами и поверхностью пружинных изделий. Это также способствует более равномерному охлаждению пружин. Возможно применение и разного давления по глубине подаваемой на поверхность витка охлаждающей среды.After that, the bar-workpiece is wound on the mandrel 5. Each coil together with the mandrel is fed continuously and sequentially to the cooling unit 6, where the quenching takes place. An additional mixing unit (not shown) is necessary to suppress, or at least reduce the vaporization of the quenching medium by means of a targeted jet action on the cooling medium in the area of the product. This achieves a higher and more uniform cooling rate of the workpiece during quenching than with conventional cooling processes, and, therefore, a more uniform metal structure. The design of such a block can be different, and in particular, in this case, two half-ring parts were used, the inner surfaces of which had a slight inclination in height relative to the normal. On this surface there are rows of nozzle openings of different diameters and configurations, so that the regulation of the pressure of the medium and / or its volume flow is carried out during blasting with a cooling medium. The semi-conical nature of the location of these nozzles from the axis changes the distance between the nozzles and the surface of the spring products. It also contributes to more uniform cooling of the springs. It is possible to use different pressures along the depth of the cooling medium supplied to the surface of the coil.

Подача среды и изменение параметров охлаждающей среды (уровень, температура, давление) осуществляется за счет подключения к контуру охлаждения (так называемый "чиллер"), которым также управляет блок контроля и управления 16.The medium is supplied and the parameters of the cooling medium (level, temperature, pressure) are changed by connecting to the cooling circuit (the so-called “chiller”), which is also controlled by the monitoring and control unit 16.

Другим методом воздействия может быть ультразвуковое объемное перемешивание среды в закалочной ванне в области пружины с примерно таким же по форме излучателем, расположенным в области непрерывно-последовательного входа витков закаливаемой пружины. Возможно и наложение ультразвука на струйное перемешивание. Полученная таким образом пружина в дальнейшем проходит операции отпуска 6, контрольного испытания твердости 7, осадки (заневоливания) 8, контроля предварительной шлифовки торцов 9, дробеструйной обработки 10, дополнительного контроля пружин 11 и далее следует защитная обработка поверхности (покраска или иное).Another method of exposure may be ultrasonic volumetric mixing of the medium in the quenching bath in the area of the spring with an approximately the same shape emitter located in the area of continuously-sequential entry of the coils of the hardened spring. It is also possible to apply ultrasound to jet mixing. The spring thus obtained subsequently undergoes operations of tempering 6, a control test of hardness 7, draft (gouging) 8, control of preliminary grinding of the ends 9, shot blasting 10, additional control of the springs 11 and then protective surface treatment (painting or otherwise) follows.

Выбранные случайным образом пружины проходят контроль на циклическую усталость на устройстве испытания 12. Параметры полученной пружины заводятся вместе с реальными технологическими параметрами каждого контролируемого этапа в управляющее устройство 13. Программно выполняется сравнение полученных параметров пружины с заданными ранее величинами. При отличиях, превосходящих заданные, выполняется поиск возможных причин сравнением влияния технологических параметров на параметры пружины. Вносятся соответствующие корректировки в программу процесса. Это выполняют до тех пор, пока не достигнут требуемого совпадения как по силовым характеристикам, так и механическим (прочности, усталости, твердости).Randomly selected springs are tested for cyclic fatigue on the test device 12. The parameters of the resulting spring are entered together with the actual technological parameters of each controlled stage in the control device 13. A comparison is made of the obtained spring parameters with the previously set values. With differences exceeding the set, a search for possible causes is carried out by comparing the influence of technological parameters on the parameters of the spring. Appropriate adjustments are made to the process program. This is done until the desired match is reached both in terms of power characteristics and mechanical (strength, fatigue, hardness).

Далее при определенных таким образом параметрах каждого этапа приступают к изготовлению всей партии.Then, with the parameters determined in this way for each stage, they begin to manufacture the entire batch.

В соответствии со способом на предложенном устройстве проводятся испытания предлагаемой технологии изготовления витых пружин. Применение способа и устройства позволит автоматизировать процесс производства в крупном масштабе, увеличить уровень эксплуатационных характеристик, в частности механических свойств, релаксационной стойкости, циклической долговечности.In accordance with the method, the proposed device is tested the proposed technology for the manufacture of coil springs. The application of the method and device will automate the production process on a large scale, increase the level of operational characteristics, in particular mechanical properties, relaxation resistance, cyclic durability.

Claims

1. A method of manufacturing springs, including heating the rod, winding the spring from the rod at its heating temperature, hardening the spring, tempering, sludge, grinding the ends of the springs, shot peening, and monitoring the parameters of the springs, characterized in that the spring parameters and technological parameters of each stage are set the manufacturing process of the spring, while before winding, the heated rod is crimped to the shape of the ends of the spring, close to the shape of the idle turns of the spring, and the rod is rolled in the axial direction, quenching is carried out using mechanical influences on the cooling medium by its jet mixing to depths sufficient to reduce the vaporization of the medium when the quenched spring gradually enters the medium and / or by applying ultrasound and different pressure along the depth of the cooling medium supplied to the surface of the spring coil, and control of the spring parameters carry out constantly at each stage of the manufacture of the spring by comparing the parameters of the spring at each stage of the manufacturing process with the specified parameters of the spring and technology process parameters with output to the monitor or by signaling about detected deviations and subsequent programmatic adjustment of those spring parameters that are deviated from the set parameters until the manufactured spring matches the set parameters, while monitoring the cyclic fatigue of randomly selected springs before grinding them ends and after shot peening.

2. A device for the manufacture of springs, containing installation of heating rods, winding springs, quenching, tempering, upsetting, grinding the ends of the spring and shot blasting, characterized in that it is equipped with a control and monitoring unit, made with feedback on the controlled parameters of the spring and technological parameters the manufacturing process, by the mechanism of compression of the heated rod before winding it to form the ends of the rod to the shape of the ends of the spring, close to the shape of inactive turns of the spring, the mechanism for forming fillet when rolling the rod in the axial direction, by installing an intermediate control of the spring parameters, located before the grinding of the ends of the spring, by installing the final control of the spring parameters and the test device located after the installation of shot blasting, the installation for hardening the spring is made with a jet mixing unit for quenching medium and / or ultrasonic cleaning and mixing unit, and the test device is designed to test randomly selected springs for cycling Fatigue after shot blasting.