РАСЧЕТ СУММАРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ УПРУГОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Применим расчетно-аналитический метод анализа точности. [3]
где 
МПа - модуль упругости;
- деформация.
мм - диаметр проволоки; 
мм;
мм - средний диаметр пружины;
- число рабочих витков пружины.
Расчет погрешностей усилия пружины от отклонения ее параметров:
производство пружина сжатие упругий
.
Суммарное рассеяние усилия пружины от случайных погрешностей:
.
Суммарное рассеяние усилия пружины от систематических и случайных погрешностей:
.
Заданная суммарная погрешность пружины: 
.
Точность пружины первого класса представлена ниже (рис. 1):
Рисунок 1 - упругая характеристика
Вывод: систематическая погрешность пружины составляет 33,4% (>15%), следовательно, для обеспечения заданной точности пружин первого класса прибегнем к методу доводки.
РАЗРАБОТКА МАРШРУТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИНЫ
ТП содержит следующие операции:
1) входной контроль;
2) навивка;
) разрезка на отдельные пружины;
) шлифование;
) термообработка;
) доводка;
) защитное покрытие;
) стабилизация;
) выходной контроль.
1) Входной контроль: осуществляется с целью проверки соответствия материала проволоки и ее геометрических размеров техническим условиям: необходим контроль диаметра проволоки, а также проверка модуля упругости на кручение и прочностных свойств. Визуально проверяется поверхность проволоки на отсутствие царапин, вмятин, трещин, раковин. Пружина сжатия навивается на токарном станке. [3]
Оборудование: верстак, прибор МБС - 9;
Оснастка: микрометр рычажный МВП с ценой деления 0.005 мм, лупа 5-кратного увеличения.
|
|
2) Навивка: может быть осуществлена на оправке соответствующего диаметра или на автоматах. Витые цилиндрические пружины навиваются на оправках в холодном состоянии при небольшом объеме производства. Навивка производится на изношенных специально приспособленных станках токарного типа с вращающейся оправкой. При навивке пружин в холодном состоянии диаметр оправки следует выбирать равным, примерно 0,8 - 0,95 внутреннего диаметра пружины в зависимости от свойств проволоки. Уменьшать диаметр оправки следует потому, что после снятия усилия натяжения проволоки, необходимого при навивке, диаметр пружины увеличивается вследствие других свойств материала. [4]
Оборудование: токарный станок;
Оснастка: оправка, специальное приспособление для поджатия витков.
3) Разрезка на отдельные пружины: навитые на оправке длинные спирали разрезаются на отдельные заготовки. В мелкосерийном производстве это иногда еще делается вручную молотком и зубилом. Более производительным и целесообразным способом является разрубка заготовок штампом на прессе. [4]
Оборудование: молоток и зубило;
4) Шлифование торцов: Концевые нерабочие витки пружин, работающие на сжатие, шлифуются с торцов для образования поверхностей, перпендикулярных оси пружины. При небольшом объеме производства пружин каждая пружина шлифуется на абразивно-заточном станке в две установки, при этом шлифуемые торцы пружины прижимаются к цилиндрической поверхности абразивного круга. Пружины вставляются по одной и шлифуются в приспособлении, удерживаемом в руке. [4]
|
|
Оборудование: абразивно-заточный станок для двухстороннего шлифования торцов пружин;
5) Термообработка: Для выбранной проволоки производится закалка с последующим отпуском, с целью получения упругих свойств. Закалка выполняется при 850 °С, с последующим охлаждением в масле. Перед отпуском необходимо удалить масло с поверхности пружин. Для этого их промывают в течение 10 мин. в содовом растворе и сушат в опилках. Отпуск производится с целью повышения упругости пружин и обеспечения постоянства их характеристик. Отпуск осуществляется при 380 °С в течении 30 мин. [3]
Оборудование: вакуумная печь, ванна для охлаждения, ванна с содовым раствором, электропечь.
Оснастка: поддон, противень, клещи.
6) Доводка: в нашем случае будем производить доводку электрополированием. Предварительно осуществляется контроль упругой характеристики, для этого разбраковываем упругую характеристику на две группы (рис. 2).
Группа 1 - нагружая пружину силой попадаем в заданный интервал 15%, следовательно доводка не требуется.
Группа 2 - нагружая пружину силой попадаем в интервал от 15% до 33%, следовательно, доводка требуется.
Для второй группы применяем доводку электрополированием: пружина полируется в течение определенного времени, полученного экспериментально, до тех пор, пока не будет достигнута заданная характеристика.
Оборудования: верстак, нагрузочный стенд, ванна с электролитом. [2]
Оснастка: тара, электроды.
Рисунок 2
7) Защитное покрытие: для стали выбранного диаметра d=1,1 мм применимо химическое оксидирование с масляной пропиткой. Оксидирование не вызывает хрупкости и изменения других механических свойств. Проводится в ванне с раствором каустической соды 650-700 г/л, натриевая селитра 200-250 г/л, нитрат натрия 50-70 г/л при T=135-145 °C в течение 30-60 мин. [3]
|
|
Оборудование: немеханизированная ванна.
Оснастка: поддон.
8) Стабилизация: выполняется в ТП с целью обеспечения постоянства упругой характеристики во времени и предупреждения остаточных напряжений. Выполняется различными способами:
· нагрев до определенной температуры и выдержка при этой температуре;
· нагружение пружины на 20% больше рабочей и выдержка в термостате (заневоливание);
· циклическое нагружение и разгружение пружины по заданному циклу.
Будем использовать первые два способа. Рабочая сила P=13,3 Н. В процессе стабилизации нагружаем пружину силой, большей рабочей на 20%, P=15,9 Н, выдерживаем в этом состоянии в течение 2-х часов при T=55ºС (температура эксплуатации 40ºС), разгружаем. Повторно нагружаем силой P=14,6 Н (большей на 10% рабочей), выдерживаем в этом состоянии в течение 2-х часов при T=45ºС. [3]
Оборудование: термостат, нагрузочный стенд.
Оснастка: нагрузочное оборудование, динамометр.
9) Выходной контроль: производится для проверки упругости и геометрических форм пружины, а также для отбора деталей. Пружины после изготовления подвергают техническому контролю и испытаниям, основными из которых являются:
· технический осмотр и проверка размеров;
· испытания под рабочей нагрузкой со снятием характеристики зависимости между деформацией и силой;
· испытания динамические и длительной нагрузкой.
Геометрические размеры диаметра проволоки, внутреннего и наружного диаметров пружин измеряют штангенциркулем, микрометрами, индикаторными приборами и автоматическими устройствами. Пружины под рабочей нагрузкой со снятием характеристики зависимости между приложенной осевой силой и деформацией пружины испытывают на приспособлениях со шкалами и грузами, на гидравлических и механических прессах. В процессе контроля нагружаем пружину силой P=10 Н и с помощью микрометра измеряем деформацию: 
от 5,7 мм до 7,5 мм.
Оборудование: нагрузочный стенд, механический пресс.
Оснастка: микрометр с ценой деления 0,001 мм, штангенциркуль, линейка.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе работы был разработан технологический процесс изготовления цилиндрической пружины сжатия первого класса точности из материала второй группы. Материал изготовления (Углеродистая сталь марки 51ХФА) служит лучшим материалом для пружин первого класса.
Произведен расчет погрешностей упругой характеристики пружины: 
, 
, при 
. Т.к. суммарная погрешность вышла за пределы заданной, была осуществлена доводка. Для защиты пружины от коррозии было выбрано защитное покрытие. Технологический процесс составлен из операций, необходимых для изготовления пружины первого класса. Оборудование и оснастка выбраны исходя из условия мелкосерийного производства.
Разработанный процесс изготовления пружины оформлен на маршрутных картах, приведенных в приложении в соответствии с рекомендациями.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Справочник конструктора-приборостроителя. Проектирование. Основные нормы. / В.Л. Соломахо, Р.И. Томилин, Б.В. Цитович и др. - Минск: Высшая школа, 1988.- 272 с., ил.
. Орлов П.И., Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн.2 / Под ред. П.Н. Учаева. - М: Машиностроение, 1988. - 544 с., ил.
. Справочник технолога-приборостроителя: в 2-х т. Т.2 / Под ред. П.В. Сыроватченко - М.: Машиностроение, 1980. 483 с., ил.
. Справочник конструктора - машиностроителя. - https://skmash.ru/index.php
Справочник конструктора. - https://www.spravconstr.ru/.
Технология изготовления витых цилиндрических пружин. - https://leg.co.ua/knigi/oborudovanie/tehnologiya-i-oborudovanie-proizvodstva-elektricheskoy-apparatury-35.html
Технология холодной навивки пружин сжатия. - https://www.chelmash.com/files/pressa/31.htm