Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

260

волоки.

Производство винтовых пружин, работающих на растяжение и сжатие, весьма сложно. Получение пружин высокого качества возможно только при условии тщательной разработки и осущест­ вления всех операций технологического процесса их изготовле­ ния — навивки, термической обработки, калибровки, обработки концевых витков и пр.

Пружины изготовляют навивкой проволоки на оправки на специальных или токарных станках. При горячей навивке пружин из толстой проволоки успешно используют нагрев электрическим током, пропускаемым непосредственно через заготовку. Термичес­ кую обработку пружин следует выполнять с особой тщательностью. Необходимо предотвращать возможность обезуглероживания ме­ талла. Вместе с пружинами необходимо подвергать термообра­ ботке контрольные образцы. До назначения режима отпуска пру­ жины следует проверить твердость и микроструктуру закаленного металла на контрольном образце.

Большое значение для надежной работы пружин имеет соответ­ ствие формы и размеров пружины указанным на чертеже. Необ­ ходимо проверять наружный диаметр и длину пружины, перпен­ дикулярность ее оси к горизонтальной плоскости, шаг витков, правильность зашлифовки и положения концевых витков пружин сжатия и пр.

Качество пружин ответственного назначения определяют на испытательных машинах со снятием характеристик, выражающих зависимость между действующим усилием и изменением длины пружины. При правильной работе пружины эта зависимость, пред­ ставленная в прямоугольной системе координат, должна быть пря­ молинейной. Во время испытаний рекомендуется определять из­ менение длины пружины не менее, чем при трех различных нагрузках, повторяя испытания дважды, чтобы убедиться в устой­ чивости характеристики. Необходимо убедиться, измеряя свобод­ ную длину пружины до и после снятия характеристики, в отсут­ ствии остаточной деформации. Пружины с остаточной деформа­ цией подлежат забракованию.

Винтовые пружины с прямоугольным или трапецеидальным сечением витка иногда изготовляют не навивкой прутка, а точе­ нием из заготовки, диаметр которой больше наружного диаметра

261

пружины. Такой метод изготовления является нежелательным, так как волокна металла перерезаются и расположение их в пру­ жине оказывается неблагоприятным. Однако для пружин некото­ рых конструкций с большим сечением витка и небольшим наруж­ ным диаметром навивка оказывается неприменимой. Точеные пру­ жины испытывают так же, как и витые.

Рекомендуется проверка готовых пружин магнито-керосиновым или другими методами дефектоскопии. Пружины, на которых обнаруживаются поверхностные дефекты, подлежат забрако­ ванию.

Особое место занимают плоские пружины уплотнений, прямо­ линейные и изогнутые по радиусу, которые применяются в лаби­ ринтовых уплотнениях. В работе лабиринтовые уплотнения дол­ жны быть достаточно эластичными. Уплотнительные кольца ста­ тора выполняют разрезными; они состоят из нескольких (чаще всего шести) плотно пригнанных один к другому сегментов, кото­ рые прижимаются в направлении к центру плоскими пластинча­ тыми пружинами. Эластичность уплотнения в значительной мере зависит от того, как работают эти пружины. Фиксируя положение сегментов уплотнительных колец в специальных выточках, пру­ жины в то же время обеспечивают гибкость соединения в случае задевания вала.

К пружинам уплотнений предъявляют серьезные требования: их жесткость должна быть ограничена так, чтобы был возможен прогиб сегмента рукой; пружины не должны быть излишне гиб­ кими, так как при этом не будет обеспечена правильная установка уплотнительных колец, зазоры будут нарушаться, пропуск пара через уплотнения возрастет и т. д.

М. М. Ковалевский отмечает, что плоские пружины не должны иметь слишком крутую характеристику; сила прижатия сегмента пружиной должна быть при сборке в 6—8 раз, а к концу службы в 2—3 раза больше веса прижимаемого сегмента.

Условия работы плоских пружин в тех уплотнениях, где при

повышенной твердости пружины ломаются.

. Для изготовления плоских пружин применяются в зависимости от условий их службы различные марки стали: высокохромистые нержавеющие стали 3X13 и 4X13; быстрорежущая сталь типа РФ1; хромомолибденованадиевая сталь 25Х2МФ1; сталь 60X16М2А

Вопросами выбора металлов для плоских пружин уплотнений, технологии их термической обработки и методики испытаний за­ нимались В. И. Смирнов, Т. В. Сергиевская, Т. И. Волкова и др. Для стали 3X13, хорошо зарекомендовавшей себя в качестве ме­ талла пружин уплотнений, была рекомендована термическая

262

обработка, состоящая из закалки с 1020—1050° С, выдержки при этой температуре в течение 5— 15 мин и охлаждения в масле, а затем отпуска при 540—560° С с выдержкой 20—40 мин. Твер­ дость, пружин после такой обработки равна HRC 39—46.

Пружины из стали 60Х16М2А закаливают с 1050— 1060° С в масле и отпускают при 650° С с выдержкой при этой температуре

испытания их на прогиб под действием усилия, соответствующего рабочей нагрузке или несколько превышающего последнюю. Пру­ жину укладывают на две опоры и при помощи изгибающего пуан­ сона прилагают к ее середине соответствующее усилие. Деформа­ цию пружины под действием этого усилия измеряют прогибомером или индикатором. После снятия нагрузки пружину проверяют на отсутствие остаточной деформации.

Выполнено много работ по совершенствованию методики испы­ таний и исследований плоских пружин, сконструирована необхо­ димая для этих целей аппаратура. Как известно, пружины уплот­ нений работают в условиях релаксации напряжений. Т. И. Вол­ кова на основании проведенных сравнительных исследований по­ казала, что характеристики релаксационной стойкости стали, полученные на кольцевых образцах, не могут быть, как правило, отнесены к условиям развития релаксации в плоских пружинах из той же стали. При испытании плоских пластин релаксационная стойкость на первом этапе оказывается более высокой, чем при испытаниях колец. На втором этапе развития процесса релакса­ ции картина меняется и релаксационная стойкость при испытании плоских образцов оказывается ниже, чем кольцевых.

Испытания на релаксацию колец и пластин, по данным Т. И. Волковой^ не только не равноценны, но не могут даже обе­ спечить получение одинакового качественного ряда при сравне­ нии металлов по их релаксационной стойкости. Поэтому было создано оборудование, позволяющее исследовать течение релакса­ ции при различных напряжениях и температурах одновременно на нескольких плоских образцах, с достаточно точным для практи­ ческих целей измерением деформации пружин в процессе длитель­ ных испытаний. Для этих испытаний была рекомендована следую­ щая методика: в пружинах создавали заданное начальное напря­

жение

_____ 6Eh f

°о — /2(! _ [і 2)Zo­

rne /о — начальный упругий прогиб пружины в мм; h — толщина пружины в мм; I — рабочая длина пружины в мм; р — число

Пуассона; р = 0,3.

Приспособление с нагруженными пружинами помещают в печь, нагретую до заданной температуры, выдерживают в течение неко-

263