Линия для производства пружин горячей навивкой (варианты)

Авторы патента:

B21F3 - Навивка проволоки в особую форму

Полезная модель относится к производству пружин изготавливаемых горячей навивкой и направлена на повышении производительности процесса навивки пружин с требуемой структурой и повышенными характеристиками. Технический результат достигается за счет введения в единый технологический модуль устройства, которое с одной стороны осуществляет разделение процессов нагрева прутка и навивки, с другой стороны сохраняет все стабилизационные характеристики, необходимые для качественного осуществления процесса навивки. Процесс изготовления пружины разделяется на три ступени. Нагрев прутка на всю длину при непрерывно-последовательном перемещении прутка через нагреватель (индуктор), размещение всего прутка в разделительном устройстве, сохраняющем температуру нагрева для стабилизации процессов, и захват прутка и навивка пружины на оправку с повышенной скоростью. Навивка пружины начинается только после размещения прутка на всю длину в разделительном устройстве, так как это позволяет вести навивку со скоростями, значительно большими, чем скорость нагрева, увеличивая в разы производительность навивки пружин. Навиваемая с повышенной скоростью пружина перемещается непрерывно последовательно вместе с оправкой с выдерживанием временной паузы между моментом формирования витка и началом закалки закаливается в закалочном устройстве. 4 н.п. ф-лы, 4 илл.

Полезная модель относится к производству пружин изготавливаемых горячей навивкой, которые могут быть использованы в автомобилестроении, в тележках железнодорожных вагонов.

Известна автоматическая линия для изготовления, испытания и сортировки цилиндрических пружин (патент РФ 2005572 опубл. 15.01.1994 г.), содержащая соединенные посредством транспортирующих устройств загрузчик прутковых заготовок, нагревательную печь, пружинонавивочный автомат, агрегаты для закалки и отпуска пружин, дробеметную установку и установку для контроля усилия пружин, включающую механизм принудительного сжатия пружин, силоизмерительное устройство и сортировочный механизм, и систему управления.

Известная линия имеет пружинонавивочный автомат и агрегат для закалки пружин, которые разделены функционально, поэтому отсутствует возможность технологического управления качеством навиваемых пружин, что приводит к невысоким эксплуатационным характеристикам пружин, а имеющаяся операция сортировки только исключает попадание к потребителям пружин пониженного качества.

Наиболее близким техническим решением является автоматическая линия для изготовления цилиндрических пружин, содержащая установленные по ходу технологического процесса и соединенные транспортными средствами загрузочное устройство, индукционный нагреватель, ковочные вальцы, автомат для навивки пружин, закалочную установку, отпускной агрегат, устройство для охлаждения пружин, пресс контрольного обжатия пружин и дробеструйную установку (журнал «Кузнечно-штамповочное производство» 4, 1984, с. 16-17).

В известной конструкции линии операции навивки и закалки выполняются раздельно на разном оборудовании, следовательно, невозможно обеспечить стабильно высокое качество изготовляемых пружин. Кроме того, в автоматической линии не предусмотрен контроль качества заготовок для пружин и упрочнение внутренней поверхности витков пружин, поэтому изготовление пружин высокого качества происходит не стабильно, имеет случайный характер.

Наиболее близким прототипом является линия для производства пружин горячей навивки (варианты) патент на полезную модель 116378), которая содержит устройство отбраковки прутков, единый технологический модуль, включающий устройство нагрева прутков, устройство формирования концов прутков, устройства навивки и закалки пружин, печь для отпуска, охлаждающее устройство, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки торцов опорных витков и установку дробеструйной обработки. Единый технологический модуль содержит функционально и кинематически связанные устройство нагрева прутков, устройство формирования концов прутков, устройство навивки пружин и их непрерывно-последовательной закалки. Единый технологический модуль выполнен автоматизированным. Агрегат технологического обжатия пружин содержит центрирующую пружину опору, нажимной пуансон, элементы определения силы сопротивления обжатию пружины. Линия содержит установку окраски.

Недостатком линии является низкая производительность изготовления пружин, так как в едином технологическом модуле неразрывно связаны две операции - нагрева прутка и навивки пружины. При этом происходит следующее: передний конец прутка, нагреваемого для навивки пружины, при выходе из индуктора входит в зацеп оправки, на которую навивается пружина, и навивка пружины производится со скоростью перемещения прутка через индуктор. Увеличение скорости навивки невозможно, потому что в этом случае происходит «недогрев» прутка и нужная структура для последующей закалки пружины не сможет образоваться.

Задача изобретения заключается в повышении производительности процесса навивки пружин с требуемой структурой и повышенными характеристиками.

Технический результат достигается за счет введения в единый технологический модуль устройства, которое с одной стороны осуществляет разделение процессов нагрева прутка и навивки, с другой стороны сохраняет все стабилизационные характеристики, необходимые для качественного осуществления процесса навивки.

Процесс изготовления пружины разделяется на три ступени. Нагрев прутка на всю длину при непрерывно-последовательном перемещении прутка через нагреватель (индуктор),размещение всего прутка в разделительном устройстве, сохраняющем температуру нагрева для стабилизации процессов, и захват прутка и навивка пружины на оправку с повышенной скоростью.

Навивка пружины начинается только после размещения прутка на всю длину в разделительном устройстве, так как это позволяет вести навивку со скоростями, значительно большими, чем скорость нагрева, увеличивая в разы производительность навивки пружин. Навиваемая с повышенной скоростью пружина перемещается непрерывно последовательно вместе с оправкой в закалочное устройство с выдерживанием временной паузы между моментом формирования витка и началом закалки и закаливается в закалочном устройстве.

Поставленная задача по первому варианту достигается с помощью линии для изготовления пружин из стали, содержащей устройство отбраковки прутков, единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, устройства навивки и непрерывно-последовательной закалки пружин, устройство формирования опорного витка пружин, печь для отпуска, охлаждающее устройство, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки торцов опорных витков, и установку дробеструйной обработки. Дополнительно единый технологический модуль содержит разделительное устройство, расположенное после устройства нагрева прутков.

Поставленная задача по второму варианту достигается с помощью линии для изготовления пружин из стали, содержащей устройство отбраковки прутков, единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, устройства навивки пружин и их непрерывно-последовательной закалки, устройство формирования опорного витка пружин, печь для отпуска, охлаждающее устройство, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик и установку шлифовки опорных витков, установку внутреннего наклепа, установку дробеструйной обработки. Дополнительно единый технологический модуль содержит разделительное устройство, расположенное после устройства нагрева прутков.

Поставленная задача по третьему варианту достигается с помощью линии для изготовления пружин из стали, содержащей устройство отбраковки прутков, единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, устройства навивки пружин и печь для отпуска, охлаждающее устройство, устройство формирования опорного витка, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки опорных витков, установку дробеструйной обработки. Дополнительно единый технологический модуль содержит разделительное устройство, расположенное после устройства нагрева прутков.

Поставленная задача по четвертому варианту достигается с помощью линии для изготовления пружин из стали, содержащей устройство отбраковки прутков, единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, устройство навивки пружин и их непрерывно-последовательной закалки, печь для отпуска, охлаждающее устройство, устройство формирования опорного витка, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки опорных витков, установку внутреннего наклепа, установку дробеструйной обработки.

Дополнительно единый технологический модуль содержит разделительное устройство, расположенное после устройства нагрева прутков.

На чертеже показаны варианты линии изготовления пружин, на фиг. 1 представлен первый вариант линии, на фиг 2 - представлен второй вариант, на фиг. 3 - изображен третий вариант линии, а на фиг. 4 показан четвертый вариант линии.

Линия для изготовления пружин по первому варианту содержит устройство 1 отбраковки прутков, например, акустический дефектоскоп, перегрузочный стеллаж 2, единый технологический модуль, включающий устройство нагрева в виде индукционного нагревателя 3, разделительное устройство 4, устройства для навивки и закалки пружин 5, устройстов формирования опорного витка 6, печь для отпуска 7, охлаждающее устройство 8, агрегат 9, технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку 10 шлифовки опорных витков в виде торцешлифовального станка, установку 12 дробеструйной обработки, агрегат окраски пружин 13, пункт 14 комплексного контроля геометрических параметров пружины и твердости.

Линия для изготовления пружин по второму варианту содержит устройство 1 отбраковки прутков, например, акустический дефектоскоп, перегрузочный стеллаж 2, единый технологический модуль, включающий устройство нагрева 3 в виде индукционного нагревателя, разделительное устройство 4, устройства 5 для навивки и закалки пружин, устройство формирования опорного витка 6, печь для отпуска 7, охлаждающее устройство 8, агрегат 9 технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку 10 шлифовки опорных витков в виде торцешлифовального станка, установку 11 наклепа внутренней поверхности витков пружин, установку 12 дробеструйной обработки, агрегат 13 окраски пружин, пункт 14 комплексного контроля геометрических параметров пружины и твердости.

Линия для изготовления пружин по третьему варианту содержит устройство 1 отбраковки прутков, например, акустический дефектоскоп, перегрузочный стеллаж 2, единый технологический модуль, включающий устройство нагрева 3 в виде индукционного нагревателя, разделительное устройство 4, устройства 5 для навивки и закалки пружин, печь для отпуска 7, охлаждающее устройство 8, устройство 6 формирования опорного витка, агрегат 9 технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку 10 шлифовки опорных витков в виде торцешлифовального станка, установку 12 дробеструйной обработки, агрегат 13 окраски пружин, пункт 14 комплексного контроля геометрических параметров пружины и твердости.

Линия для изготовления пружин по четвертому варианту содержит устройство 1 отбраковки прутков, например, акустический дефектоскоп, перегрузочный стеллаж 2, единый технологический модуль, включающий устройство 3 нагрева в виде индукционного нагревателя, разделительное устройство 4, устройства 5 для навивки и закалки пружин, печь для отпуска 7, охлаждающее устройство 8, устройство 6 формирования опорного витка, агрегат 9 технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку 10 шлифовки опорных витков в виде торцешлифовального станка, установку 11 наклепа внутренней поверхности витков пружин, установку 12 дробеструйной обработки, агрегат 13 окраски пружин, пункт 14 комплексного контроля геометрических параметров пружины и твердости.

Работа линии по первому и второму вариантам осуществляется следующим образом.

Для функционального разделения процесса нагрева и навивки нагреваемые непрерывно-последовательно по всей длине прутки поступают непрерывно-последовательно в разделительное устройство 4. Процесс навивки в устройстве 5 навивки и закалки начинается после помещения прутка на всю длину в разделительном устройстве 4, что позволяет вести навивку пружины со скоростями большими, чем скорость перемещения прутка в индукционном нагревателе.

Навиваемая пружина вместе с оправкой непрерывно-последовательно вертикально опускается в устройство закалки с регулируемым уровнем среды (вода или водный раствор полимерно-закалочной жидкости), в которой последовательно по мере опускания навиваемых витков пружины происходит их закалка. Навитая полностью пружина выдерживается в устройстве закалки время, зависящее от марки стали. При возвратном ходе оправки пружина снимается с оправки и направляется в устройство формирования опорного витка 6. Навивочная оправка возвращается в исходное положение для навивки следующей пружины; Для повышения производительности автомат для навивки пружин единого технологического модуля может иметь несколько оправок.

После формирования опорного витка (подрезкой) для снятия остаточных тепловых напряжений и выравнивания структуры на поверхности опорного витка пружина направляется в печь отпуска 7.

Печь для отпуска 7 имеет рабочую температуру 200-550°C, конкретное значение которой определяется маркой стали. После отпуска пружины охлаждаются в охлаждающем устройстве 8 до температуры 30-80°C. После охлаждения пружина поступает на агрегат 9 технологического обжатия, где после 3-5 кратного сжатия производится контроль силовых характеристик пружин. Далее пружина поступает на установку 10 шлифовки опорных витков в виде торцешлифовального станка для шлифовки торцов пружин и обеспечения рабочей длины пружины.

После шлифовки торцов пружины по второму варианту изготовления пружины поступают на установку 11 наклепа внутренней поверхности витков пружин.

Дальнейшая обработка пружин осуществляется по первому и второму вариантам одинаково и включает дробеструйную обработку на установке 12 и окраску пружин на агрегате 13 и контроль и сортировку на группы по высотным размерам пружины, который осуществляют на пункте 14 комплексного контроля геометрических параметров пружины.

Работа линии по третьему и четвертому вариантам осуществляется следующим образом.

Мерные прутки из пружинной стали подаются на стеллаж акустического дефектоскопа 1, где производится контроль прутков на отсутствие поверхностных и внутренних дефектов металла. Прутки, признанные годными, поступают на перегрузочный стеллаж 2, затем последовательно проходят через индуктора 3 индукционного нагревателя единого технологического модуля, нагреваясь до температуры 950-1100°C, в зависимости от марки стали. Для функционального разделения процесса нагрева и навивки нагреваемые непрерывно-последовательно на всю длину прутки поступают непрерывно-последовательно в разделительное устройство 4. Процесс навивки в устройстве 5 начинается после помещения прутка на всю длину в разделительном устройстве 4. Размещение нагретого до нужной температуры на всю длину в разделительном устройстве позволяет вести навивку пружины со скоростями большими, чем скорость движения прутка в индукционном нагревателе при нагреве. Навиваемая пружина вместе с оправкой непрерывно- последовательно вертикально опускается в устройство закалки с регулируемым уровнем среды (вода или водный раствор полимерно-закалочной жидкости), в которой последовательно по мере опускания навиваемых витков пружины происходит их закалка.

Навитая полностью пружина выдерживается в закалочной ванне время, зависящее от марки стали. При возвратном ходе оправки пружина снимается с оправки и направляется в печь отпуска 7. Навивочная оправка возвращается в исходное положение для навивки следующей пружины. Для повышения производительности автомат для навивки пружин единого технологического модуля может иметь несколько оправок.

Печь имеет рабочую температуру 200-550°C, конкретное значение которой определяется маркой стали. После отпуска пружины охлаждаются в охлаждающем устройстве 6 до температуры 30-80°C.

Охлажденная после отпуска пружина поступает в устройство формирования опорного витка 6. Формирование опорного витка пружины после отпуска применяется при изготовлении пружины из высоколегированных марок сталей, когда при формировании опорного витка по варианту 1 и 2 (в закаленном состоянии) возможно образование трещин на поверхности опорного витка.

Дальше пружина поступает на агрегат 9 технологического обжатия, где после 3-5 кратного сжатия производится контроль силовых характеристик пружин. Далее пружина поступает на установку 10 шлифовки опорных витков в виде торцешлифовального станка для шлифовки торцов и обеспечения рабочей длины пружины.

После шлифовки торцов пружины по четвертому варианту изготовления пружины поступают на установку 11 наклепа внутренней поверхности витков пружин.

Дальнейшая обработка пружин осуществляется по третьему и четвертому вариантам одинаково и включает дробеструйную обработку на установке 12 и окраску пружин на агрегате 13 и контроль и сортировку на группы по высотным размерам пружины, который осуществляют на пункте 14 комплексного контроля геометрических параметров пружины.

Испытания пружин, произведенных на линии, свидетельствуют о повышенном комплексе прочностных и геометрических характеристик пружин.

Стендовые и эксплуатационные испытания пружин, производимых по предлагаемому техническому решению, показали, что пружины имеют повышенную в десятки раз долговечность с практически отсутствующей осадкой.

1. Линия для изготовления пружин из стали, содержащая единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и функционально и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, которые поступают из устройства отбраковки прутков, устройство навивки пружин из прутков, устройство непрерывно-последовательной закалки пружин, устройство формирования концов прутков, печь для отпуска, охлаждающее устройство, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки торцов опорных витков пружин и установку дробеструйной обработки пружин, отличающаяся тем, что она снабжена разделительным устройством, предназначенным для функционального разделения процессов нагрева прутков и навивки пружин из прутков и расположенным после устройства нагрева прутков с обеспечением размещения нагретого до заданной температуры прутка на всю его длину и сохранения температуры нагрева прутка при формировании витка пружины с повышенной скоростью.

2. Линия для изготовления пружин из стали, содержащая единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и функционально и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, которые поступают из устройства отбраковки прутков, устройство навивки пружин из прутков, устройство непрерывно-последовательной закалки пружин, устройство формирования концов прутков, печь для отпуска, охлаждающее устройство, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки торцов опорных витков пружин, установку наклепа внутренней поверхности витков пружин и установку дробеструйной обработки пружин, отличающаяся тем, что она снабжена разделительным устройством, предназначенным для функционального разделения процессов нагрева прутков и навивки пружин из прутков и расположенным после устройства нагрева прутков с обеспечением размещения нагретого до заданной температуры прутка на всю его длину и сохранения температуры нагрева прутка при формировании витка пружины с повышенной скоростью.

3. Линия для изготовления пружин из стали, содержащая единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и функционально и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, которые поступают из устройства отбраковки прутков, устройство навивки пружин из прутков и устройство непрерывно-последовательной закалки пружин, печь для отпуска, охлаждающее устройство, устройство формирования опорного витка пружины, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки торцов опорных витков пружин и установку дробеструйной обработки пружин, отличающаяся тем, что она снабжена разделительным устройством, предназначенным для функционального разделения процессов нагрева прутков и навивки пружин из прутков и расположенным после устройства нагрева прутков с обеспечением размещения нагретого до заданной температуры прутка на всю его длину и сохранения температуры нагрева прутка при формировании витка пружины с повышенной скоростью.

4. Линия для изготовления пружин из стали, содержащая единый технологический модуль, включающий последовательно установленные и функционально и кинематически связанные между собой устройство нагрева прутков, которые поступают из устройства отбраковки прутков, устройство навивки пружин из прутков, устройство непрерывно-последовательной закалки пружин, печь для отпуска, охлаждающее устройство, устройство формирования опорного витка пружины, агрегат технологического обжатия пружин с контролем их силовых характеристик, установку шлифовки торцов опорных витков пружин, установку внутреннего наклепа пружин и установку дробеструйной обработки пружин, отличающаяся тем, что она снабжена разделительным устройством, предназначенным для функционального разделения процессов нагрева прутков и навивки пружин из прутков и расположенным после устройства нагрева прутков с обеспечением размещения нагретого до заданной температуры прутка на всю его длину и сохранения температуры нагрева прутка при формировании витка пружины с повышенной скоростью.