Пружиной называют упругий элемент, обладающий определённым запасом кинетической энергии. Под давлением он сжимается, при растягивании становится длиннее, а после прекращения нагрузки возвращается в первоначальное состояние. Это свойство широко используется для работы различных механизмов – от наручных часов до габаритного транспорта. Основные потребители пружинных элементов – это предприятия машиностроения, станкостроения, производители электроники, спортивного инвентаря и оборудования, объекты тяжёлой промышленности, фабрики и заводы, изготавливающие товары народного потребления. Ввиду большого спроса ассортимент изделий представлен огромным числом разновидностей, форм, размеров, которые отличаются составом сырья, характеристиками, способностью выдерживать нагрузки. Попробуем разобраться, из чего состоит пружина и из чего её делают.
Из какого материала делают пружины
Свойства пружины напрямую зависят от материала, из которого она выполняется. В-основном для этих целей выбирают металлическую проволоку, однако существуют и варианты из пластика, древесины, фанеры, композита, керамики, стекловолокна, эпоксидной смолы. Выбор материала и размеров пружинных элементов определяется их назначением.
Отвечая на вопрос о том, из чего делаются пружины, приводим список используемого для этого сырья:
- углеродистая, легированная сталь;
- бериллиевая бронза;
- прецизионные сплавы;
- кремнемарганцевая бронза;
- оловянно-цинковая бронза;
- коррозионно-стойкая, жаропрочная, высоколегированная сталь;
- керамический материал;
- чугун;
- сплавы меди, алюминия, цинка, свинца, никеля, титана, олова и других металлов – применяются в случаях, когда использование стальных пружинных элементов невозможно или нецелесообразно;
- графитовая эпоксидная смола;
- углеродная эпоксидная смола;
- стекловолокно и композитные смеси.
Для тяжёлых нагруженных конструкций требуется максимально прочный и устойчивый к нагрузкам, износу материал. Для этих целей подходят высокопрочные сплавы на основе стали, углеродная и графитовая эпоксидная смола, армированное стекловолокно. Выбор сырья также определяется условиями работы пружинного элемента: средой, температурным режимом, воздействием агрессивных факторов, ускоряющих износ и появление коррозии, интенсивностью эксплуатации.
Пружина сжатия материал
Материал пружины сжатия должен быть достаточно упругим, чтобы противостоять воздействующим на него силам, и при этом прочным, чтобы не сломаться из-за внутреннего напряжения и слабых межмолекулярных связей. Чтобы улучшить качества сырья, металл перед изготовлением элемента отжигают, а после формовки подвергают процедуре закалки (горячая навивка). Пружины, изготовленные холодным способом (навивка без термообработки), имеют, как правило, небольшой диаметр – до 10 мм.
Чтобы понимать, выполненные из какого материала пружины сжатия показывают лучшие результаты, необходимо учитывать условия эксплуатации. Для высокоцикличных режимов работы в конструкциях применяют изделия из высокоуглеродистых сталей. Если элементу требуется защита от коррозии, используют нержавеющую сталь или сплавы цветных металлов, которые к тому же обладают высокой электропроводностью и термостойкостью. Изделия из легированной стали хорошо подходят для работы в условиях резких перепадов температур и температурных экстремумов.
Чтобы улучшить свойства материала и расширить его возможности, выполняют легирование. Для этого в состав металла вводят дополнительные элементы (марганец, ванадий, кремний). В результате легирования материал приобретает повышенную прочность, пластичность, износоустойчивость или другие качества. Наряду с этим применяют и другие методы улучшения: поверхностную обработку (например, цинкование, меднение, плакирование, фосфатирование и т. д.), термозакалку, шлифовку, заневоливание (выдержку изделия под нагрузкой).
Из чего изготавливают пружины растяжения
Важнейшим качеством пружины растяжения является её способность возвращаться в первоначальное состояние после растягивания. При этом изделие не должно менять своих свойств под влиянием внешних факторов – например, высокой температуры или вибрации. Наиболее подходящим для данных требований является твёрдый, прочный металл, в частности:
- нержавеющая сталь;
- бронза;
- высокоуглеродистая сталь, легированная кремнием, марганцем, ванадием.
Пружины растяжения могут быть коническими, цилиндрическими, бочкообразными. Восприятие продольно-осевой нагрузки также зависит от формы и геометрических параметров изделия: диаметра проволоки и пружины в целом, шага витка и их количества, кривизны завивки. Направление навивки (правое, левое) не влияет на способность пружинного элемента держать нагрузку.
Определить, из чего сделана пружина растяжения, можно по внешнему виду. Бронзовые изделия отличаются золотистым оттенком и гладкой, устойчивой к механическим повреждениям поверхностью. Стальные аналоги имеют характерный серебристый цвет и высокую твёрдость. Легированные сплавы согнуть и сломать вручную непросто, даже проволоку малого диаметра.
Чтобы проверить способность металла противостоять коррозии, можно использовать солевой раствор. Для этого нужно смочить ветошь в воде, перемешанной с солью, и завернуть в неё пружинку. Через сутки на обычной стали появится ржавчина, а изделие из коррозионно-стойкого сплава останется чистым.