Осадка и предварительная затяжка: почему пружина слабеет, но не становится мягче

**Set — это остаточная пластическая деформация от перегрузки.** Если растянуть или сжать пружину за предел, при котором проволока поддаётся кручению, проволока не возвращается полностью в исходное состояние. Пружина становится короче. Её жёсткость (rate) не меняется, поскольку жёсткость зависит от геометрии и модуля упругости, а ни то, ни другое не изменилось. **Это происходит сначала на внутренней стороне витка**, по той же причине, что указана в лестничной диаграмме индекса: именно там напряжение наибольшее. Поэтому set начинается задолго до того, как среднее напряжение достигает предела текучести. **Три способа перегрузить пружину.** *Однократно, сильно.* Кто-то сжал пружину до соприкосновения витков, или механизм был собран с пружиной, сжатой сильнее, чем предусмотрено конструкцией. Одно событие, вся установка сразу. *Медленно, при температуре.* Сталь релаксирует под длительным напряжением, и тем быстрее, чем выше температура. Пружина, долго удерживаемая в сжатом состоянии в горячем месте, теряет усилие в течение месяцев. Поэтому в спецификациях пружин указывается максимальная рабочая температура, и поэтому пружина клапана двигателя и дверная пружина — совершенно разные вещи. *Многократно, чуть ниже предела текучести.* Многие циклы вблизи предела накапливают небольшую установку при каждом цикле. Свободная длина постепенно уменьшается, а затем стабилизируется. **Чем set **не является**.** Это не усталость — усталость приводит к трещинам и поломке, а set лишь укорачивает пружину. Это не износ. Это не коррозия, хотя коррозия ухудшает всё остальное. **И он не всегда вреден.** Преднамеренное создание set на производстве является темой шага 3.

**Суть приёма.** Сделайте пружину длиннее, чем нужно, затем сожмите её до соприкосновения витков, выдержите и отпустите. Она получает остаточную деформацию именно здесь и сейчас, на заводе, и возвращается к той свободной длине, которая и требовалась. Торговое название многократного повторения этой операции — **скрагинг (scragging)**. **Что это даёт.** Две вещи. Во-первых, пружина уже не может получить остаточную деформацию в эксплуатации, так как уже получила всю, которую получит при этом напряжении, — поэтому её свободная длина теперь стабильна. Во-вторых, менее очевидно: пластическая деформация поверхностных слоёв оставляет в проволоке **остаточное напряжение** противоположного знака по отношению к рабочему напряжению. Рабочая нагрузка теперь должна преодолеть это остаточное напряжение, прежде чем вызвать повреждение, поэтому пружина может безопасно выдерживать более высокое рабочее напряжение, чем непредварительно обработанная пружина из того же материала. **Чего это стоит.** Более длинная заготовка, одна дополнительная операция и то, что окончательная свободная длина теперь является результатом, а не заданной настройкой, — поэтому её необходимо измерять и корректировать длину заготовки, пока не будет достигнут нужный результат. При серийном производстве это затраты на настройку; при единичном изготовлении это гадание. **Когда это важно.** Везде, где пружина сильно нагружена и должна сохранять усилие: клапанные пружины, пружины сцепления, любые пружины с предварительным натяжением на весь срок службы узла. Каталожные пружины общего назначения часто не подвергаются предварительной обработке, поэтому каталожная пружина со временем теряет параметры, в отличие от пружины специального назначения. **Направление имеет значение.** Предварительная обработка помогает только в том направлении, в котором она выполнена. Сжимающая пружина, предварительно обработанная сжатием, прочнее при сжатии и не лучше в обратном направлении. Поэтому пружина, которая будет нагружаться в обоих направлениях, не может быть предварительно обработана, и именно поэтому пружина, циклически проходящая через ноль, представляет собой более сложную задачу проектирования. **Не выполняйте предварительную обработку в условиях эксплуатации.** Сжатие установленной пружины до соприкосновения витков для «её настройки» удаляет свободную длину, которую вы не собирались терять, и снижает усилие, которое было необходимо. Это операция на заводе с использованием заготовки увеличенного размера, а не ремонт.

**Работайте с пружиной при низкой доле допустимого напряжения.** Это самая дешёвая страховка из всех возможных. Пружина при 40% допустимого напряжения будет сохранять свою длину неограниченно долго при комнатной температуре; при 80% она будет «уплывать». **Задайте большой рабочий ход.** В блокноте приведён аргумент: одна и та же абсолютная остаточная деформация требует гораздо меньшей силы, когда рабочий ход большой. Длинные мягкие пружины сохраняют своё усилие; короткие жёсткие — нет. **Установите упор.** Если ничто не может сжать пружину до конца, она не может получить остаточную деформацию от единственного случая перегрузки. Обычно это более дешёвое изменение, чем замена на лучшую пружину. **Честно проверьте температуру.** Не температуру окружающей среды, а температуру самой пружины, которая может находиться рядом с чем-то горячим. Пружины из углеродистой стали обычно ограничены примерно 120 °C при длительной нагрузке; выше этого материал необходимо сменить на хромокремнистый или хромованадиевый сплав, на нержавеющую сталь или, для действительно горячих случаев, на Inconel. Жёсткость также немного снижается с ростом температуры, поскольку от неё зависит модуль упругости. **Указывайте предварительно осаженные пружины там, где это важно**, и отмечайте это на чертеже: «предварительно осаждена до соприкосновения витков» — это производственная инструкция, а не пожелание. **И фиксируйте свободную длину при монтаже.** Запишите её в журнале станка. Это превращает будущий спор о том, ослабла ли пружина, в одно измерение и вычитание, и в этом вся суть данной ступени.