1. Анализ конструкции

Механическая пружина - устройство , которое благодаря собственной упругости восстанавливает свою первоначальную форму после деформации.Чаще всего пружины изготавливают из стали, латуни и бронзы , но применяются также резина , армированные пластики и специальные сплавы металлов.

С точки зрения физики, пружина – это устройство для временного накопления энергии за счет упругой деформации под действием нагрузки . Действие пружин основано на законе Гука , ( Р. Гук , английский ученый , 1635 – 1703). Закон гласит, что деформация пружины пропорциональна силе, вызывающей деформацию.

рис. №1

Основное требование к материалам , используемым для изготовления пружин , сохранение в течение длительного времени упругих свойств. Пружинные стали должны иметь высокий предел упругости , высокое сопротивление разрушению и усталости при пониженной пластичности.

Термически упрочняемые пружинные стали обычно содержат 0,50,7 % С. Для менее ответственных пружин и пружин с мелким сечением витков применяют углеродистые стали по ГОСТ 105074. Для пружин более ответственного назначения и при большем сечении витков применяют легированные пружинные стали (ГОСТ 1495979).

2. Выбор материала

Особенностью работы деталей типа упругих элементов состоят в том, что в них используют в основном упругие свойства стали и не допускают возникновения пластической деформации при нагрузке (статической, динамической, ударной). В связи с этим данные стали должны иметь большое сопротивления малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости при достаточных пластичности и сопротивлению хрупкому разрушению. Кроме того важной характеристикой пружинных сталей является релаксационная стойкость.

Для достижения данных свойств, сталь должна иметь структуру мартенсита по всему сечению детали после закалки, т.е. иметь однородную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной прокаливаемостью. После термообработки пружинная сталь должна содержать минимальное количество остаточного аустенита, так как у него предел упругости меньше, чем у мартенсита и следовательно он снижает сопротивление малым пластическим деформаций. Наиболее распространенный вид обработки для данной стали является полная закалка и средний отпуск. Закалённая на мартенсит сталь имеет невысокий предел упругости. Он заметно повышается при отпуске, когда образуется структура троостита. В этой структуре феррит из-за сильного фазового наклёпа имеет высокую плотность малоподвижных дислокаций. Кроме высоких упругих свойств отпуск на троостит обеспечивает повышение пластичности и вязкости. Хорошие результаты даёт изотермическая закалка на структуру нижнего бейнита. Стали 55С2, 60С2, применяют для пружин толщиной до 18 мм. Эти стали стойки к росту зерна при нагреве под закалку, но склонны к обезуглероживанию. Отжиг не производится, т.к. по механическим свойствам легированные стали не отличаются от углеродистых.

Пружинная легированная сталь, характеризуется высокими пределами текучести (упругости) и выносливости при достаточной вязкости и пластичности, применяют для изготовления рессор, пружин, буферов, деталей, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузок, например:

55СГ, 60С-2, 60СГ, 50ХГ, 70С2ХА и др.

Технологические свойства: 55СГ, 60С-2.

Температура ковки: Начала 1200, конца 800. [138].

Свариваемость: не применяется для сварных конструкций.

Склонность к отпускной способности: не склонна.

Охлаждение заготовок сечением до 250 мм на воздухе, 251-300 мм - в яме.

Обрабатываемость резанием: В горячекатаном состоянии при НВ 270-320 и sB = 1080 МПа Ku тв.спл. = 0,70, Ku б.ст. = 0,27.

Таблица№4