Термины для горячекатаных пружин

Предисловие

Как отечественная специализированная производственная компания, неизменно сосредоточенная на изготовлении оборудования для изготовления пружин из горячекатаной проволоки, в процессе общения с нашими клиентами мы глубоко осознаём недостаток и поверхностное понимание наших специалистов в области технологий производства таких пружин. Особенно тревожит то, что некоторые заказчики просят заводы-изготовители оборудования разъяснять им вопросы, связанные с самой технологией изготовления пружин из горячекатаной проволоки, что ещё больше ставит нас в тупик. В связи с этим мы пригласили ведущих отечественных специалистов по технологии изготовления пружин из горячекатаной проволоки для периодического публикования статей, посвящённых терминологии, производству, технологиям горячей намотки, организации на рабочем месте и применению станочных приспособлений. Наша компания и впредь будет неустанно углубляться в сферу оборудования для изготовления пружин из горячекатаной проволоки, предлагая пружинной отрасли всё более профессиональные, интеллектуальные и высокоточные оборудование и продукты, способствуя качественному развитию отечественной и даже мировой индустрии пружин из горячекатаной проволоки.

Пружина как универсальный базовый компонент выполняет множество функций — от амортизации и накопления энергии до контроля и поддержания натяжения. Её применение охватывает все сферы национальной экономики: начиная от аэрокосмической промышленности, электро- и атомно-энергетического оборудования, высокоскоростных железных дорог и автомобилестроения, и заканчивая повседневными металлоизделиями.

Пружинное существительное

Определение пружины:

Пружина — это механическая деталь, которая благодаря своим свойствам материала и конструктивным особенностям накапливает и высвобождает энергию за счёт значительной деформации в процессе работы; она широко применяется в машиностроении и других отраслях промышленности.

Определение изготовления пружин из горячекатаной стали:

Процесс, включающий общее нагревание пружинной стальной заготовки, намотку и обработку на специальном оборудовании с целью получения пружин, а также последующую термическую обработку, называется производством термообкатанных пружин.

Различия в спецификациях пружин холодной и горячей прокатки:

В настоящее время, когда размер поперечного сечения пружинных материалов в нашей стране превышает φ20 мм, чаще всего применяется технология горячей навивки. При этом у крупных специализированных заводов по производству пружин возможности холодной навивки достигают φ25 мм.

Типы термоформованных спиральных компрессионных пружин по конструктивной форме в основном делятся на:

Цилиндрические винтовые пружины сжатия с круглым или прямоугольным поперечным сечением, а также винтовые пружины сжатия переменного диаметра или переменного поперечного сечения — среди них цилиндрические винтовые пружины сжатия с круглым поперечным сечением составляют подавляющее большинство. Поэтому мы представляем термопрофилированные цилиндрические винтовые пружины сжатия преимущественно с круглым поперечным сечением.

Пружинные термины

Мы часто сталкиваемся с некоторыми пружинными терминами и соответствующими требованиями в процессе маркетинга, технических переговоров, технического обмена, производства и изготовления, составления технической документации и технологических процессов, а также проведения контрольных испытаний. Вкратце они сводятся к следующему:

Термины пружин в основном делятся на: Основные термины, характеризующие пружины, термины, относящиеся к применению пружин в машиностроении и инженерии, термины, описывающие конструктивные формы, термины технических требований, термины проектирования и расчётов пружин, производственные и технологические термины, а также термины испытаний и контроля. Мы представляем их выборочно:

Основные термины, характеризующие пружины ：

Сжимающая пружина: Поддерживающая осевое давление пружина обычно относится к винтовой пружине сжатия.

Термины проектирования и расчёта пружин ：

Жёсткость пружины: Нагрузка, необходимая для создания единичной деформации пружины (1 мм).

Модуль упругости: Отношение напряжения к деформации, возникающее в направлении оси поперечного сечения стержня.

Модуль сдвига: Отношение касательного напряжения к касательной деформации в пределах предела упругости.

Максимальное и минимальное напряжение: Максимальное и минимальное напряжение, возникающее в пружине за один цикл колебаний.

Среднее напряжение: Половина алгебраической суммы максимального и минимального напряжений, возникающих в пружине под действием циклической нагрузки.

Амплитуда напряжения: Половина алгебраической разности между максимальным и минимальным напряжением, возникающим в пружине под действием циклической нагрузки.

Коэффициент запаса прочности пружины: Отношение напряжения, вызывающего разрушение пружины (ослабление или разрыв), к заданному рабочему напряжению.

Усталостная прочность: Пружина способна выдерживать максимальный уровень напряжения при неограниченном количестве циклов.

Крип и релаксация: Явление, при котором пружина под воздействием постоянной температуры и постоянной нагрузки сохраняет определённое время и медленно испытывает пластическую деформацию, называется ползучестью; если деформация пружины остаётся неизменной, а через некоторое время наблюдается потеря усилия — это называется релаксацией.

Постоянная деформация: Часть изменения свободной длины пружины после снятия нагрузки, которая не восстанавливается, называется остаточной деформацией.

Развернутая длина: Общая длина пружинного материала, развернутого в прямую линию.

Вышеприведённые термины в основном цитируются из стандарта GB/T1805, тогда как приведённое ниже описание содержит некоторые практические технологии:

Свободная высота пружины: Общая длина пружины в состоянии без нагрузки при измерении требует соблюдения следующих моментов: для пружин с соотношением витков C ≤ 6 можно проводить прямое измерение, делая не менее одной точки измерения через каждые 120 градусов и указывая максимальный и минимальный размеры. Если же у пружины большое соотношение витков и после установки в вертикальном положении она недостаточно устойчива, пружину необходимо поместить на плоскую поверхность и измерять, катая её; при этом также указываются максимальный и минимальный размеры.

Сжатие и высота: При сжатии пружины все витки полностью прижимаются друг к другу до общей высоты. Для измерения сжатой пружины можно использовать метод просвечивания: сзади мощного пресса устанавливается лампа, а оператор смотрит спереди на пружину, чтобы определить, есть ли просвет между витками. Максимальная нагрузка, прикладываемая к пружине при сжатии, не должна превышать 1,5 раза от теоретически рассчитанной нагрузки сжатия.

Средний диаметр пружины: Средний диаметр внутренней и наружной обмотки винтовой пружины используется для расчётного проектирования пружины.

Внешний диаметр пружины: Внешний диаметр витков спиральной пружины. Измерение можно производить как с помощью универсальных измерительных инструментов, так и с помощью специализированных контрольных приспособлений, таких как втулочные контрольные устройства, длина втулки должна превышать 1,5 рабочих витка.

Внутренний диаметр пружины: Внутренний диаметр витков спиральной пружины. Измерение можно производить с помощью универсальных измерительных инструментов, а также с помощью специализированных контрольных приспособлений, таких как образцовые стержни-контроли. При этом образцовый стержень должен быть изготовлен с учетом допусков, указанных на чертеже, с остановочным и проходным концами; минимальная длина должна превышать 1,5 рабочих витка или же изготавливаться с учетом свободной высоты пружины плюс 50 миллиметров. Для уменьшения веса конструкцию можно выполнить полой, для чего можно использовать бесшовные стальные трубы.

Общее количество кругов: Общее количество витков сжимаемой пружины, включая неэффективные витки на обоих концах.

Количество эффективных кругов: Количество витков, кроме двух крайних недействительных витков.

Спиральное направление: Начиная наблюдение с одного конца пружины, определите направление, в котором витки исчезают; если направление исчезновения пружины — по часовой стрелке, то её направление завитка — правое, а если направление исчезновения пружины — против часовой стрелки, то её направление завитка — левое.

Опорное кольцо: Концевые витки, не участвующие в упругой деформации спиральных компрессионных пружин. Как правило, опорные витки могут иметь диаметр от 1,5 до 3,2. Японская компания Mitsubishi разработала пружину с большим зазором, опорный виток которой составляет всего 0,9.

Шаг пружины: Осевое расстояние между центральными линиями сечений двух соседних рабочих витков пружины в свободном состоянии. Рекомендуемое значение t < 0,5D (где D — средний диаметр пружины).

Угол винтовой линии: Угол, образованный между центральной линией материала винтовой пружины и плоскостью, перпендикулярной центральной линии винтовой пружины. Рекомендуемое значение α составляет 5–9 градусов.

Изменение шага: Неравномерный шаг винтовой пружины, чтобы придать ей нелинейные характеристики.

Интервал: Осевый зазор между соседними витками измеряется в направлении осевой линии.

Коэффициент зазора: Отношение шага между эффективными витками к диаметру материала.

Коэффициент витков (индекс упругости): Отношение среднего диаметра пружины, изготовленной из круглого материала, к диаметру материала, или отношение среднего диаметра пружины, изготовленной из неправильного по форме материала, к ширине линии в радиальном направлении. Рекомендуемое значение: C = 3 ~ 14.

Коэффициент кривизны: Коэффициент коррекции, учитывающий влияние напряжений на коэффициент скручивания (индекс упругости), является физической величиной, характеризующей степень легкости формования пружины. Обозначается буквой K.

Соотношение высоты и диаметра спиральной пружины: Отношение свободной высоты винтовой пружины к её среднему диаметру. Рекомендуемое значение b < 5,7.

Термины производства и техники ：

Кольцевая пружина: Процесс намотки проволоки или прутка в спиральную форму с изгибами и скручиваниями.

Поперечная шлифовка: Процесс шлифовки торцов спиральных компрессионных пружин. Когда шлифовке подвергаются оба конца пружины, это называется шлифовкой обоих концов.

Кремационный отпуск: Низкотемпературный отпуск пружин, поддерживающий их в заданной длине.

Подвергание закалке под давлением: Низкотемпературный отпуск пружин, проводимый при заданной нагрузке.

Термическая обработка с деформацией: Термомеханическая обработка с пластической деформацией, проводимая перед мартенситным и/или бейнитным фазовыми превращениями изделий из стали в метастабильном аустенитном состоянии.

Изотермическая закалка: После аустенизации охлаждать с достаточной скоростью до M _S Термическая обработка, при которой температура выше точки поддерживается для предотвращения образования феррита или перлита и обеспечения частичного или полного превращения аустенита в бейнит. Заключительный процесс охлаждения до комнатной температуры не регламентируется по скорости. _S Точка — это температура, при которой аустенит начинает превращаться в мартенсит при охлаждении.

Низкотемпературный отжиг: Низкотемпературная термическая обработка используется для снятия внутренних напряжений, улучшения таких свойств материала, как предел упругости, предел текучести или усталостная прочность, а также для стабилизации формы.

Дестрессовый отпуск: Процесс термообработки, при котором материал нагревают до подходящей температуры и выдерживают его там, а затем охлаждают с необходимой скоростью, используется для снятия внутренних напряжений (возникающих при формовке пружин), не вызывая при этом заметного изменения его микроструктуры.

Закалка и упрочнение: Стальные изделия после аустенизации подвергаются охлаждению, необходимому для того, чтобы основная часть аустенита превратилась в мартенсит, возможно — частично в бейнит, что обеспечивает закалку.

Отпуск: Термическая обработка стальных изделий, проводимая после закалки или другой термообработки, включает одно или несколько нагреваний до определённой температуры (＜A _C1 А затем сохраняйте тепло, после чего охлаждайте с соответствующей скоростью для получения требуемых свойств. Как правило, отпуск снижает твёрдость, хотя иногда может и повысить её, A _C1 Это температура, при которой аустенит начинает превращаться в процессе нагрева.

Отжиг: Способы термической обработки включают нагрев до определённой подходящей температуры с последующим выдерживанием, а затем охлаждение при заданных условиях; после охлаждения до комнатной температуры структура металла становится ближе к равновесной.

Пескоструйная обработка: Быстрое напыление на поверхность материалов или механических деталей жёсткими частицами, имеющими приблизительно сферическую форму, создаёт остаточное давление и вызывает закалку за счёт холодной деформации, что позволяет повысить их усталостную долговечность и стойкость к коррозионному растрескиванию.

Горячая дробеструйная обработка: Пескоструйная обработка пружин при определённом диапазоне температур. Горячая пескоструйная обработка основана на эффекте старения стали и обычно позволяет добиться более высоких остаточных напряжений, особенно в пружинах из высокоуглеродистой стали.

Принять решение: Процедура, при которой перед использованием пружины на неё оказывается нагрузка или момент, превышающие максимальную рабочую нагрузку или момент, вызывая определённую степень остаточной деформации с целью повышения устойчивости к релаксации напряжений и долговечности.

Обработка при комнатной температуре: Обработка в статическом состоянии при комнатной температуре.

Термическая фиксация (обработка с нагревом и выравниванием): Термообработка, проводимая при температуре не выше низкотемпературного (дестресного) отжига.

Термины испытаний и проверок ：

Арман пробная печать: Специальная проба для измерения интенсивности дробеструйной обработки.

Степень дробеструйной обработки: Зависит от кинетической энергии, действующей на единицу площади заготовки за единицу времени, и оценивается с помощью образца Армана в точке насыщения.

Высота дуги Армана: Значение высоты дуги арочной альмантиллированной пластины, измеренное на указанном пролете.

Покрытие: Отношение площади области, где образовались вмятины от воздействия дробинок, к общей площади испытуемой поверхности.

Поверхностные дефекты: Дефекты поверхности пружин, возникающие при производстве или эксплуатации. Например, шелушение и шероховатость, образующиеся из-за перегрева в процессе нагрева, а также механические повреждения, поверхностные складки, ржавчина и коррозионные образования, возникающие в процессе формования пружин.

Декарбонизация: Явление снижения содержания углерода в поверхностном слое пружины при термической обработке и тепловой обработке в процессе производства. После декарбонизации пружины предел усталости снижается.

Поверхностная твердость: Твёрдость, измеренная на поверхности пружины.

Испытательная нагрузка: Для определения характеристик пружины применяется статическая нагрузка, приложенная к пружине.

Испытание на длину: Измерьте длину пружины при заданной нагрузке.

Остаточная касательная деформация: После снятия пружинной нагрузки остаточная касательная деформация пружины.

Остаточные напряжения: Остаточное внутреннее напряжение, остающееся в материале или детали после снятия внешних сил и тепловых воздействий.

Испытание при высокой температуре с нагрузкой: Испытание, при котором пружина зажимается до постоянной длины и выдерживается при постоянной высокой температуре в течение определённого времени.

Испытание на ползучесть: При постоянной температуре и действии постоянной силы в течение определённого времени проверяется изменение длины пружины или испытуемого образца; существуют два вида испытаний на ползучесть, которые в зависимости от уровня напряжения подразделяются на испытания на растяжечную ползучесть или на сжимательную ползучесть. Иногда это испытание проводится при комнатной температуре.

Испытание на релаксацию: При постоянной температуре и действии постоянной силы в течение определённого времени проверяется изменение длины пружины или испытуемого образца; существуют два вида испытаний на ползучесть, которые в зависимости от уровня напряжения подразделяются на испытания на растяжечную ползучесть или на сжимательную ползучесть. Иногда это испытание проводится при комнатной температуре.

Испытание на усталость: Определяйте усталостную жизнь или предел выносливости при циклическом или переменном напряжении, прикладываемом к пружине или испытуемому образцу. В зависимости от типа напряжения, испытания на усталость можно разделить на кручение, осевую нагрузку, вращательный изгиб и плоский изгиб.

Экологические испытания: Испытание, в ходе которого материал или пружина помещаются в среду, подверженную воздействию света, тепла, ветра и дождя, для проверки изменений их поверхностного состояния.

Испытание на солевой туман: После испытания на солевой туман в растворе хлорида натрия при заданной концентрации и температуре проверяется его устойчивость к коррозии, проявляющейся в виде ржавчины и вздутий.

Испытание на дефектоскопию вихревыми токами: Неразрушающая проверка, при которой на проводящую пружину или материал подаётся переменное магнитное поле с катушкой (посредством переменного тока), а дефекты выявляются по изменению вихревых токов, вызванных именно этими дефектами.

Испытание методом проникающего контроля: Неразрушающий контроль дефектов на металлических поверхностях осуществляется с использованием капиллярного эффекта жидкости: проникающая жидкость впитывается в открытые дефекты на поверхности твердого материала, а затем с помощью проявляющего вещества выступает на поверхность, указывая на наличие дефектов. Этот тест можно проводить с использованием пигментов, которые видны как при освещении видимым светом, так и под ультрафиолетовым излучением.

Магнитно-порошковая дефектоскопия: Образец магнитного стального материала покрывают магнитной суспензией, содержащей сверхтонкие магнитные частицы; при этом дефекты вызывают разрывы магнитных линий в магнитном поле, что приводит к адсорбции магнитных частиц на поверхности с дефектами. Таким образом осуществляется неразрушающий контроль за поверхностными трещинами. Данная технология может применяться с пигментами, видимыми как при обычном освещении, так и под ультрафиолетовым светом.

Существующие стандарты для горячекатанных пружин

Существуют международные, национальные, отраслевые и корпоративные стандарты для пружин с горячей навивкой; в настоящее время мы обычно руководствуемся национальным стандартом GB/T23934-2015 «Технические условия для цилиндрических спиральных компрессионных пружин с горячей навивкой».

Китайский стандарт пружин:

GB/T23934 — 2015 Технические условия для горячекатаных цилиндрических винтовых пружин сжатия

GB/T23935 — 2015 Проектирование и расчёт цилиндрических винтовых пружин

TB/T2211--2010 Технические условия поставки термически свитых спиральных компрессионных пружин для локомотивов и подвижного состава

Зарубежные стандарты пружин ：

Международные стандарты:

ISO11891--2012 Технические условия для спиральных пружин с горячей намоткой

ISO683--14/ EN10089 -- 2003 Технические условия поставки закалённой и отпущенной пружинной стали горячекатаной

Американский стандарт: ASTM--A125 　Технические условия для горячекатаных пружин

Стандарты Европейского союза: EN13906 Круглые металлические пружины сжатия из проволоки и прутков: расчёт и проектирование

EN13298 Железнодорожное применение — подвесная система, стальные винтовые подвесные пружины

Немецкий стандарт: DIN2096 　Спиральные компрессионные пружины из круглой металлической проволоки и прутков: требования к качеству термически свёрнутых компрессионных пружин

Британский стандарт: BS1726 　Технические условия для горячекатаных пружин

Японский промышленный стандарт: JISB2704 　Конструкция пружин и методы испытаний

Стандарты Международного союза железных дорог: UIC822 　Поставка компрессионных пружин для локомотивов и подвижного состава, технические условия

Государственный стандарт Российской Федерации: T0CT1452--2011 Технические условия для цилиндрических рельсов шин и железнодорожного подъёмного оборудования