Бухта стальной пружинной проволоки, две катушки тонкой проволоки, мерные отрезки, микрометр и навитая из проволоки пружина сжатия на верстаке
Пружинную проволоку поставляют в мотках и на катушках; диаметр проверяют микрометром — от него зависят прочность и класс

Что такое пружинная проволока

Пружинная проволока — стальная проволока круглого сечения с высоким пределом упругости: из неё навивают пружины сжатия, растяжения и кручения, гнут фасонные пружины, шпильки и стопорные кольца. Основной вид — углеродистая проволока по ГОСТ 9389-75. Стандарт распространяется на холоднотянутую проволоку для пружин, которые навивают в холодном состоянии и не подвергают закалке.

Прочность такой проволоке даёт волочение: заготовку протягивают в холодном состоянии через фильеры всё меньшего диаметра, металл наклёпывается и упрочняется. Поэтому тонкая проволока прочнее толстой — она прошла больше протяжек. Пружину из неё после навивки не закаливают, а только отпускают при низкой температуре, чтобы снять напряжения от навивки.

Стандарт охватывает проволоку диаметром от 0,14 до 8 мм. Для пружин, которые после навивки закаливают, и для работы в агрессивной среде есть свои стандарты — о них ниже.

Марки и классы пружинной проволоки

ГОСТ 9389-75 делит проволоку по двум признакам механических свойств — марке и классу — и отдельно по точности изготовления. Их часто путают, хотя каждый отвечает за своё.

Класс — уровень прочности

Классы 1, 2, 2А, 3 задают временное сопротивление разрыву. У класса 1 оно самое высокое, у класса 3 — самое низкое, классы 2 и 2А по прочности одинаковы. Чем выше прочность, тем большую силу даст пружина тех же размеров.

Марка — разброс прочности в партии

Марки А, Б, В задают, насколько может разниться прочность проволоки внутри одной партии. У марки А разброс самый узкий, у марки В — самый широкий. От этого зависит, насколько одинаковой будет сила у пружин одной партии.

Марку стандарт связывает с относительным показателем разбега прочности K — это разбег временного сопротивления в партии, делённый на его наименьшее значение для класса. Рекомендации по применению — в приложении 3 к ГОСТ:

Марки пружинной проволоки по ГОСТ 9389-75 и область применения
МаркаКлассыK, не болееРазбег в партии, Н/мм², не более
АТолько 10,10от 300 для тонкой проволоки до 150 для 1 мм и толще
Б1, 2, 2А, 30,17от 300 для тонкой проволоки до 200 для 1,4 мм и толще
В1, 2, 2А, 30,30340–490 для тонкой проволоки, 250–390 для 2 мм, 250 для 5–6 мм

Пример: у проволоки марки А класса 1 диаметром 1 мм прочность лежит в пределах 2450–2740 Н/мм², а разбег в одной партии — не больше 150 Н/мм². Показатель K = 150 / 2450 ≈ 0,06, то есть с запасом укладывается в 0,10. Узкий разбег нужен пружинам с жёстким допуском на силу — например, в приборах и клапанах.

По точности изготовления проволока бывает нормальной и повышенной точности — во втором случае в обозначении стоит буква П. Классы 1, 2 и 3 выпускают обеих точностей, класс 2А — только повышенной. Предельные отклонения от номинального диаметра по таблице 1 ГОСТ 9389-75:

Предельные отклонения по диаметру пружинной проволоки по ГОСТ 9389-75, мм
Номинальный диаметр, ммПовышенная точность (П)Нормальная точность
0,14–0,30+0,005 / −0,003+0,020 / −0,015
0,32–0,40+0,005 / −0,003±0,020
0,45–0,80±0,010±0,020
0,90–1,90+0,015 / −0,013±0,020
2,00–3,00±0,020±0,030
3,20–3,50+0,030 / −0,020±0,030
3,60–5,60+0,030 / −0,020±0,040
6,00–7,00±0,030±0,050
7,50–8,00±0,040±0,050

Овальность проволоки не должна превышать половины поля допуска по диаметру. Проволоку промежуточного диаметра поставляют по требованию потребителя с отклонениями ближайшего большего диаметра.

Класс 2А по прочности равен классу 2, но строже по остальным требованиям: сталь для него — с серой не более 0,030 % и фосфором не более 0,035 %, проволока выдерживает больше скручиваний, а для авиационной промышленности поставляется без следов технологического омеднения.

Прочность проволоки по диаметрам

Главная характеристика пружинной проволоки — временное сопротивление разрыву: напряжение, при котором образец рвётся. От него считают допускаемое напряжение в витках пружины. Значения по ГОСТ 9389-75 — в таблице: чем тоньше проволока, тем выше прочность в том же классе. Класс 1 выпускают диаметром до 6 мм, классы 2, 2А и 3 — до 8 мм.

Временное сопротивление разрыву пружинной проволоки по ГОСТ 9389-75, Н/мм²
Диаметр, ммКласс 1Классы 2 и 2АКласс 3
0,142740–30902300–27401810–2300
0,152740–30902300–27401810–2300
0,162740–30902300–27401810–2300
0,182740–30902300–27401810–2300
0,202700–30402260–27001770–2260
0,222700–30402260–27001770–2260
0,252700–30402260–27001770–2260
0,282700–30402260–27001770–2260
0,302700–30402260–27001770–2260
0,322650–29902210–26501720–2210
0,362650–29902210–26501720–2210
0,402600–29402160–26001670–2160
0,452600–29402160–26001670–2160
0,502600–29402160–26001670–2160
0,562600–29402160–26001670–2160
0,602600–29402160–26001670–2160
0,632550–28902160–25501670–2160
0,702550–28902160–25501670–2160
0,802550–28902110–25501670–2110
0,902500–27902110–25001620–2110
1,002450–27402060–24501570–2060
1,102400–27002010–24001520–2010
1,202350–26501960–23501520–1960
1,302300–26001960–23001520–1960
1,402260–25501910–22601470–1960
1,502210–25001860–22101420–1860
1,602160–24501860–21601420–1860
1,702060–23501770–20601370–1770
1,802060–23501770–20601370–1770
1,902010–23001770–20101370–1770
2,002010–22601770–20101370–1770
2,101960–22101720–19601370–1720
2,201910–21601670–19101320–1670
2,301910–21601670–19101320–1670
2,501810–20601620–18601270–1620
2,801770–20101620–18601270–1620
3,001720–19601620–18601270–1620
3,201720–19601520–17701230–1520
3,501670–19101520–17701230–1520
3,601670–19101520–17701230–1520
4,001620–18601470–17201180–1470
4,201570–18101420–16701130–1420
4,501520–17701370–16201130–1370
5,001470–17201370–16201130–1370
5,601420–16701320–15701080–1320
6,001420–16701320–15701080–1320
6,30—1230–14201030–1230
6,50—1230–14201030–1230
6,70—1230–14201030–1230
7,00—1230–14201030–1230
7,50—1230–14201030–1230
8,00—1230–14201030–1230

Механические свойства проволоки промежуточного диаметра берут как для ближайшего большего диаметра из таблицы. Если испытание по двум концам мотка показало разные классы, моток относят к классу по меньшему значению.

В расчёте пружины берут нижнюю границу диапазона — её гарантирует любая партия. Допускаемое касательное напряжение ГОСТ 13764-86 задаёт долей этой величины в зависимости от класса пружины: 0,3 у пружин I класса, 0,5 у II класса, 0,6 у III класса. Посчитать пружину с прочностью проволоки по этой таблице можно в калькуляторе пружин сжатия.

Условное обозначение в чертеже и заказе

В обозначении проволоки по порядку стоят марка, класс, буква П для повышенной точности, диаметр в миллиметрах и номер стандарта. Примеры из ГОСТ 9389-75:

  • Проволока А-1-П-1,2 ГОСТ 9389-75 — марка А, класс 1, повышенной точности, диаметр 1,2 мм.
  • Проволока Б-3-2 ГОСТ 9389-75 — марка Б, класс 3, нормальной точности, диаметр 2,0 мм.
  • Проволока Б-2А-1,2 ГОСТ 9389-75 — марка Б, класс 2А, диаметр 1,2 мм; букву П не пишут, потому что 2А бывает только повышенной точности.

В прайсах металлобаз встречается сокращённая запись: «проволока пружинная 2 кл. 1,6 мм» или «1 кл. 3 мм». Марку и точность в ней не указывают — их стоит уточнить у поставщика, если пружина требует узкого разбега силы.

Из какой стали делают проволоку по ГОСТ 9389

Проволоку изготавливают из углеродистой стали по ГОСТ 1050, рессорно-пружинной по ГОСТ 14959, инструментальной нелегированной по ГОСТ 1435 или по другой нормативной документации, а также из сталей специальной выплавки. Конкретную марку стали стандарт не закрепляет: по требованию потребителя проволоку делают из стали определённой марки. Две стали, состав которых приведён в самом ГОСТ:

Химический состав сталей КТ-2 и 3К-7 по ГОСТ 9389-75, %
СтальУглеродМарганецКремнийСера, не болееФосфор, не болееХром, никель, не болееМедь, не более
КТ-20,86–0,910,20–0,400,17–0,370,0200,0200,050,10
3К-70,68–0,760,50–0,800,17–0,370,0300,0200,050,04

Обе стали — высокоуглеродистые, с малым содержанием серы и фосфора: такая сталь хорошо переносит многократное волочение и даёт высокую прочность проволоки. Как читать обозначения марок стали — в статье о марках стали.

Испытания и требования к поверхности

Кроме прочности, ГОСТ 9389-75 проверяет пластичность и качество металла — то, что определяет, навьётся ли проволока без трещин и не сломается ли пружина в работе.

  • Поверхность. Трещины, плены, закаты, волосовины, раковины и ржавчина не допускаются. Риски — глубиной не более половины поля допуска по диаметру.
  • Скручивание. Образец закручивают вокруг оси до излома; число скручиваний нормируется по диаметру, марке и классу. Для проволоки 1 мм марок А и Б — не менее 20 у классов 1, 2, 3 и 24 у класса 2А, у марки В — от 16 до 24. По требованию потребителя проволока не должна расслаиваться — давать трещины по винтовой линии.
  • Навивка и изгиб. По требованию потребителя проволоку до 3 мм навивают не менее чем восемью витками на сердечник своего диаметра; проволоку от 3 до 6 мм — на сердечник двух диаметров, толще 6 мм — трёх, или изгибают на 180°. Трещин и изломов быть не должно.
  • Обезуглероживание. Полное не допускается. Частичное — не глубже 1,5 % диаметра у марки А класса 1 и марки Б классов 1 и 2А, 2,5 % у марки Б класса 2, 3 % у марки Б класса 3. Обезуглероженный слой мягче и первым трескается под циклической нагрузкой.
  • Волнистость. Не допускается: ни периодического изменения диаметра, ни изгибов, которые остаются под нагрузкой до 0,3 разрывного усилия.

Масса 1000 м пружинной проволоки

Теоретическая масса проволоки нужна, чтобы перевести метры в килограммы при заказе и оценить расход на партию пружин. Масса 1 м в граммах примерно равна 6,17 × d², где d — диаметр в миллиметрах. Значения из приложения 1 к ГОСТ 9389-75:

Теоретическая масса 1000 м проволоки по ГОСТ 9389-75
Диаметр, ммСечение, мм²Масса 1000 м, кгДиаметр, ммСечение, мм²Масса 1000 м, кг
0,200,03140,24651,602,0115,78
0,300,07070,5552,003,1424,65
0,400,12570,992,504,9138,54
0,500,1961,543,007,0755,50
0,600,2832,224,0012,5798,7
0,800,5033,955,0019,63154,2
1,000,7856,176,0028,3221,0
1,201,1318,887,0038,5302,1
1,501,76713,878,0050,3394,6

Проволоку поставляют в мотках или на катушках. Намотка должна сматываться свободно, без перепутывания витков, а моток, освобождённый от вязок, не должен сворачиваться в «восьмёрку». Для упаковки мотки обёртывают парафинированной или промасленной бумагой, полимерной плёнкой или тканью; по согласованию с потребителем проволоку поставляют без упаковки и смазки. При поставке в мотках до 250 кг разбег прочности внутри мотка у марок А и Б классов 1, 2, 2А — не более 100 Н/мм².

Легированная и нержавеющая пружинная проволока

Углеродистая проволока по ГОСТ 9389-75 закрывает большую часть мелких и средних пружин. Когда её не хватает, берут проволоку по другим стандартам:

Виды пружинной проволоки и стандарты
Вид проволокиСтандартМарки сталиКогда применяют
Углеродистая холоднотянутаяГОСТ 9389-75Углеродистые, КТ-2, 3К-7Пружины холодной навивки без закалки, 0,14–8 мм
ЛегированнаяГОСТ 14963-7860С2А, 51ХФА, 65С2ВА, 70С3АТяжелонагруженные пружины с закалкой и средним отпуском; закалённая проволока 3–12 мм — материал пружин I класса 3-го разряда по ГОСТ 13764-86
НержавеющаяГОСТ 18143-7212Х18Н10ТПружины для влажной и агрессивной среды

Пружины из легированной проволоки после навивки закаливают и отпускают при 400–500 °C — почему именно в этом интервале упругость наибольшая, разобрано в статье об отпуске стали. Углеродистую проволоку от коррозии защищают покрытием готовых пружин: цинкованием, никелированием, оксидированием.

Как выбрать проволоку для пружины

Проволоку выбирают после того, как понятны сила, ход и число циклов пружины. Порядок такой:

  1. Класс пружины по циклам. По ГОСТ 13764-86 пружина I класса выдерживает не менее 10 млн циклов, II класса — не менее 100 тыс., III класса — не менее 2 тыс. Классы пружин и их отличие разобраны в статье о видах пружин.
  2. Класс проволоки по силе и габаритам. Если гнездо тесное, а сила большая, нужна проволока класса 1: она прочнее, и пружина того же размера выдержит больше. Если места достаточно, хватит классов 2 и 3.
  3. Марка проволоки по допуску на силу. Жёсткий допуск на силу в партии — марка А или Б; широкий допуск — марка В.
  4. Диаметр и точность. Диаметр берут из расчёта жёсткости и напряжения, точность П — когда нужна точная жёсткость: она зависит от диаметра проволоки в четвёртой степени.
  5. Среда и температура. Влага и агрессивная среда — нержавеющая проволока или покрытие; высокая нагрузка с закалкой — легированная по ГОСТ 14963-78.

Проверить, что выбранная проволока выдерживает напряжение в витках, можно в калькуляторе пружин: он берёт прочность из таблицы ГОСТ 9389-75 по диаметру и классу проволоки.

Нужна пружина, а не проволока? Пришлите чертёж или эскиз с силой и рабочей длиной — технолог подберёт марку и класс проволоки, назовёт цену и срок партии.

Пружины из проволоки в технопарке ЗЭМ

Участок технопарка выполняет изготовление пружин на заказ по чертежу: пружины сжатия, растяжения, кручения и фасонные. Пружины навивают на многофункциональных станках с ЧПУ.

  • Проволока 0,4–3,0 мм, точность навивки до 0,1 мм.
  • Индивидуальные заказы, мелкие серии и серийные партии.
  • Покрытие и термообработка — на участках того же технопарка.

В заявке укажите проволоку по ГОСТ, если она задана в чертеже, наружный диаметр, длину в свободном состоянии, силу на рабочей длине, количество и покрытие.

Источники

  1. ГОСТ 9389-75 «Проволока стальная углеродистая пружинная. Технические условия» — разделы 1 и 2, таблицы 2 и 3, приложения 1 и 3
  2. ГОСТ 13764-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Классификация»
  3. ГОСТ 14963-78 «Проволока стальная легированная пружинная. Технические условия»
  4. ГОСТ 18143-72 «Проволока из высоколегированной коррозионностойкой и жаростойкой стали. Технические условия»
  5. ГОСТ 1050-2013 «Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей»; ГОСТ 14959-2016 «Металлопродукция из рессорно-пружинной нелегированной и легированной стали»; ГОСТ 1435-99 «Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали»

Читайте также