Пружины металлические

Пружины металлические – это общее понятие, объединяющее любые упругие элементы из различных металлов, главная цель которых – предупреждение повреждений машин и механизмов, а также выполнение заданной работы. Независимо от того, какие конструктором подобраны материалы, важным остается свойство металлических пружин изменять свои геометрические параметры под влиянием приложенных сил и восстанавливать первоначальный вид при их исчезновении.

Физические основы процесса

Воздействие на детали такого типа приводит к деформации и возникновению противодействующей силы. В этот момент происходит накопление потенциальной энергии.

Согласно закону Гука возникающая сила упругости пропорциональна приложенному усилию (величине деформации). Выполняется этот закон для напряжений, не превышающих предел текучести конкретного материала.

Какие бывают пружины

Если в качестве критерия рассматривать воспринимаемую нагрузку, детали можно разделить на:

Пружины растяжения. В спокойном состоянии витки касаются друг друга, под нагрузкой происходит увеличение длины. Концы сформированы в виде колец или крючков для удобства закрепления в механизмах.
Сжатия. Навиты с заданным межвитковым расстоянием, на приложение нагрузки реагируют уменьшением длины. Концевые витки поджаты и отшлифованы для повышения устойчивости.
Кручения (витые и торсионные).
Изгиба.

В зависимости от конструктивных особенностей – цилиндрические (имеют самое широкое распространение), конические, плоские, спиральные, тарельчатые.

При выборе таких изделий важно точно определить особенности их работы, после чего определяться с тем, какого типа они должны быть, с какими количественными характеристиками: диаметром проволоки и готового изделия, шагом и количеством витков.

Свойства

Данные элементы, в каких бы конструкциях ни планировалась их эксплуатация, обязаны выдерживать многократное воздействие сторонних сил, то есть обладать:

Способностью сохранять упругость в течение срока службы. При снятии внешнего усилия их задача – обеспечить полное восстановление и формы, и размеров.
Высокой прочностью (статической, динамической, ударной).
Хорошей пластичностью.
Релаксационной стойкостью – способностью оказывать сопротивление необратимым деформациям.
Устойчивостью к агрессивным средам.

Отсюда возникают особые требования к используемым материалам и строгому соблюдению технологических норм.

Какие металлы оптимальны для изготовления

Свойства, важные для данного производства, зависят от химического состава материала, его структуры, применяемой термообработки и состояния поверхности (без царапин и других дефектов). Именно эти качества определяют эффективность готовой детали и работоспособность устройства, в котором она используется.

Наиболее распространенными сплавами для таких комплектующих являются:

Для крупных с прутком более 8 мм – 60С2А, 50ХФА, 51ХФА, 60С2ХФА ГОСТ 14959-79 и аналогичные.
Для мелких – менее 8 мм – 60С2А ГОСТ 14959-79, проволока Б-2 и любая другая по ГОСТ 9389-75 марок А, Б, В классов 1,2,3 и другие аналогичные сплавы.
Для работающих в агрессивных средах – нержавеющие стали 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, а также другие сплавы, например бериллиевая бронза (БрБ-2).

Особенности технологий

Процесс придания заготовке пружиноподобной формы имеет название навивка:

Холодная применяется при изготовлении небольших/средних деталей из заранее подготовленной проволоки. При этом заготовка не разогревается, операция выполняется на пружинно-навивочных или токарных станках (при малых объемах). Может производиться с закалкой и отпуском или только с низкотемпературным отпуском.
Горячая – в производстве крупных пружин из прутков. Заготовки разогреваются в печи, после чего поступают на навивочный стан. Детали придаются нужные параметры, после чего она подвергается закаливанию, отпуску, гальванической обработке.

Антикоррозионные свойства обеспечиваются благодаря оцинковке, кадмированию, лакированию, нанесению других стойких покрытий.

Примеры разнообразного использования металлических пружин

Эти изделия используются очень разнопланово, пожалуй, не найдется такой отрасли, где бы они не нашли применения и не приносили пользу.

В нефтегазовой промышленности важную роль играют пружины предохранительных клапанов. Они обеспечивают защиту трубопроводов от критического превышения номинального давления.

Незаменимы в эксплуатации вагонов цилиндрические упругие элементы для рессорного подвешивания, которые выполняют функции гашения вертикально- и горизонтально направленных ударов и толчков.

В контрольно-измерительной аппаратуре такие элементы обеспечивают точность получения информации о протекании технологических процессов, что достигается измерением определенных параметров, например температуры или давления.

Даже в полиграфии востребованы пружины, хотя здесь они играют особую роль – соединительную. Используются при брошюровке, выполняя функции переплета в блокнотах, тетрадях, календарях. Основные характеристики в этом случае – надежность, аккуратность и красивый дизайн.