CN103801603A - 螺旋挡圈绕制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工技术领域，特别是涉及一种螺旋挡圈的绕制。螺旋挡圈绕制装置，包括送料夹紧装置、绕制芯棒[5]绕制挡块[7]、套筒[8]、拧紧螺钉[6]、转动动力源[10]、平移动力源[11]以及控制装置[12]。本发明不受挡圈尺寸大小和螺旋圈数影响，生产周期短，车床绕制成形速度快，且生产过程中产生的边角废料少，节约材料，通过调节进料张力，快速适应生产材料厚度、圈数不同的轻载型、中载型和重载型螺旋挡圈。

Description

螺旋挡圈绕制方法及其装置

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别是涉及一种螺旋挡圈的绕制。 

背景技术

螺旋挡圈广泛应用于液压件装配、阀门、仪表、各种锁芯组件、轴承、连接器及其他机械装配，其形状为由扁平材料沿宽度方向弯曲成连续无缺口的螺旋圆周，厚度方向层叠，如图1所示。 

由于此类挡圈的装配和使用性能特点，为保证能与装配件充分接触，内圆需光滑完整，不干涉配合件，内外径尺寸精度要求高，挡圈螺旋贴合紧密。 

目前，国内各螺旋挡圈生产厂家在绕制此类挡圈时易出现零件内侧起皱、零件外缘开裂、零件腹面扭斜挠曲等缺陷。经分析得知出现此类缺陷原因是零件绕制弯曲时中性层内缘受压，外侧材料受拉，当相对弯曲半径过小时内缘易受压失稳而起皱，外侧纤维拉伸变形达到材料极限延伸率时易产生破裂，送料切向张力控制不当、零件失去轴向侧压力易导致零件腹面扭斜挠曲。且一套绕制夹具只能生产一种规定尺寸的螺旋挡圈，为解决上述问题，急需寻求一种加工效率高、产品质量可靠的加工工艺方法。 

发明内容

发明目的：提供一种提高螺旋挡圈制造效率，不受挡圈尺寸大小和螺旋圈数影响的工艺方法，从而实现螺旋挡圈大批量生产。 

发明方案： 

螺旋挡圈绕制装置，包括送料夹紧装置、绕制芯棒5、绕制挡块7、套筒8、拧紧螺钉6、转动动力源10、平移动力源11以及控制装置12； 

所述的送料夹紧装置固定在固定架9上，送料夹紧装置包括夹块1和夹块2，夹块1和夹块2通过螺栓3以及锁紧螺母4拼成一个槽形件，槽的大小可供扁平金属丝线13通过，并提供进给张力控制弯曲回弹； 

绕制芯棒5为台阶轴，绕制芯棒5的台阶一侧为螺旋绕制面，螺 旋绕制面外沿上开有供扁平金属丝线13端头通过的径向缝，台阶圆周面上装有用于固定金属丝线端头的拧紧螺钉6，套筒8固定在绕制芯棒5上，套筒8上套有固定在固定架9上的绕制挡块7，二者为间隙配合，绕制挡块7的端面为与绕制芯棒5台阶螺旋绕制面相反旋向的螺旋绕制面；绕制芯棒5可在转动动力源10的作用下绕其中心轴旋转，绕制挡块7可在平移动力源11作用下随固定架9沿芯棒中心轴轴向平移； 

所述的控制装置12用于，在其控制下，每当绕制芯棒5旋转一圈，绕制挡块7随固定架9沿轴向移动的移动距离为扁平金属丝线13厚度加挡圈螺旋间隙。 

所述的螺旋绕制面的螺距为扁平金属丝线13的厚度。 

螺旋挡圈绕制方法，本方法包括以下步骤： 

第一步，根据扁平金属丝线13的材料近似实际应力曲线的屈服极限、材料应变刚模量、材料的弹性模量、截面积对x轴的静矩以及截面对x轴的惯性矩，通过下式计算扁平金属丝线13绕弯曲率的回弹值 

$\mathrm{\ΔK}=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_o}=\frac{{\mathrm{\σ}}_s\×S_X}{E\×I_X}+\frac{D}{E\×\mathrm{\ρ}}$

式中：ρ、ρ_o为回弹前及回弹后零件中性层处的曲率半径， 

ρ=2/(φ+b)； 

σs——零件材料的近似实际应力曲线的屈服极限； 

D——材料的应变刚模量； 

Sx——截面积对x轴的静矩； 

Jx——截面对x轴的惯性矩； 

E——零件材料的弹性模量； 

b——扁平金属丝线宽度； 

φ——需要绕制的螺旋挡圈的内径； 

再根据回弹值ΔK和需要绕制的螺旋挡圈的内径φ,得到绕制挡块7的内径和套筒8的外径为φ1=（φ-2*ΔK），选择相应的绕制挡块7和套筒8； 

第二步，将上述的螺旋挡圈绕制装置装在车床上，其中，绕制芯棒5的转动动力源10为车床三爪卡盘，平移动力源11为车床轴向进给，固定架9为车床走刀架，控制装置12为车床控制台； 

第三步，将扁平金属丝线13端头折弯伸入绕制芯棒5台阶轴的径向缝，拧紧螺钉6将其固定，通过螺栓3将夹块2压紧在夹块1上； 

第四步，根据螺旋挡圈绕弯力矩在车床控制台上确定车床转速，螺旋挡圈绕弯力矩M可按下式计算 

$M=\mathrm{\σs}*S_x+\frac{D}{\mathrm{\ρ}}*\mathrm{Jx}$

第五步，开动车床，扁平金属丝线13缠绕在绕制芯棒5上随车床慢速旋转，同时送料装置、绕制挡块7随走刀架沿螺旋挡圈绕制轴向移动，车床主轴每旋转一圈，刀架轴向移动距离等于扁平金属丝线13厚度加螺旋挡圈螺旋间隙； 

第六步，绕制圈数达到需要的圈数，关闭车床，取出绕成的螺旋挡圈。 

有益效果：本发明不受挡圈尺寸大小和螺旋圈数影响，生产周期短，车床绕制成形速度快（3件/分种），且生产过程中产生的边角废料少，节约材料，通过调节进料张力，快速适应生产材料厚度、圈数不同的轻载型、中载型和重载型螺旋挡圈。 

附图说明

图1为螺旋挡圈示意图； 

图2为绕制工装原理图； 

图3为绕制工装轴测图； 

图4为绕制挡块示意图； 

图5为绕制挡块轴测图； 

图6为夹紧装置剖面图； 

图7为绕制芯棒台阶外沿径向缝示意图。 

具体实施方式

参数选择原理： 

扁平金属丝线材料牌号和尺寸规格不同，其对应的材料近似实际应力曲线的屈服极限、材料应变刚模量、材料的弹性模量、截面积对x轴的静矩以及截面对x轴的惯性矩不同，应根据这些参数确定相应 的绕弯曲率的回弹值和绕弯力矩，最终确定适宜该扁平金属丝线绕制成螺旋挡圈所需的绕制挡块7和套筒8以及转动动力源10的力矩（或转速）。 

下面结合某型螺旋挡圈对本发明做进一步说明，其基本尺寸为内径φ=60.2mm，外径为67.6mm，宽度b=3.7mm，厚度δ=0.6mm。 

将牌号、规格为65Mn-δ0.6-3.7×L的扁平金属丝线13绕制成螺旋。其程序包括： 

第一步，根据扁平金属丝线13的材料近似实际应力曲线的屈服极限、材料应变刚模量、材料的弹性模量、截面积对x轴的静矩以及截面对x轴的惯性矩，通过下式计算扁平金属丝线13绕弯曲率的回弹值 

$\mathrm{\ΔK}=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_o}=\frac{{\mathrm{\σ}}_s\×S_X}{E\×I_X}+\frac{D}{E\×\mathrm{\ρ}}$

其中Sx=δ*b²/4  Jx=δ*b³/12  ρ=2/(φ+b) 

ΔK=[6*σs+（φ+b）*D*b]/(2*E*b) 

经查手册得出该材料σs=784Mpa，D=2160N/mm²，E=2.06×10⁵Mpa，代入公式得出ΔK ≈2.51mm 

再根据回弹值ΔK和需要绕制的螺旋挡圈的内径φ,得到绕制挡块7的内径和套筒8的外径为φ1=（φ-2*ΔK）≈55mm，选择直径φ1=55mm的绕制挡块7和套筒8组合； 

第二步，将上述的螺旋挡圈绕制装置装在车床上，其中，绕制芯棒5的转动动力源10为车床三爪卡盘，平移动力源11为车床轴向进给，固定架9为车床走刀架，控制装置12为车床控制台，绕制芯棒5和绕制挡块在7与零件直接接触的两个压紧面须分别加工成右螺旋面和左螺旋面，螺距为0.6mm，此目的为保证绕制时挡圈各螺旋面既紧密贴合又不叠料； 

第三步，将扁平金属丝线13端头折弯伸入绕制芯棒5台阶轴的径向缝，拧紧螺钉6将其固定，通过螺栓3将夹块2压紧在夹块1上，送料装置中夹块1、夹块2分别夹紧扁平金属丝线13两面，进给张 力可通过调节锁紧螺母4调节，夹板1、2保证金属丝线曲过程始终发生在宽度方向； 

第四步，根据螺旋挡圈绕弯力矩在车床控制台上确定车床转速，螺旋挡圈绕弯力矩M可按下式计算 

$M=\mathrm{\σs}*S_x+\frac{D}{\mathrm{\ρ}}*\mathrm{Jx}=[6*\mathrm{\σs}+(\mathrm{\φ}+b)*b*D]/(24*\mathrm{\δ}*b^2)$

$\≈3.3N\·m$

第五步，开动车床，扁平金属丝线13缠绕在绕制芯棒5上随车床慢速旋转，转速为10转/分钟，同时送料装置、绕制挡块7随走刀架沿螺旋挡圈绕制轴向移动，车床主轴每旋转一圈，刀架轴向移动距离等于扁平金属丝线13厚度0.6mm加螺旋挡圈螺旋间隙0.1mm； 

第六步，绕制成形的挡圈直径达到预期的尺寸要求φ60.2±0.3mm,且绕制圈数达到需要的圈数，关闭车床，取出绕成的螺旋挡圈。 

通过大量试验，证明端面为螺旋面的绕制芯棒和挡块以及通过调节锁紧螺母控制送料张力的绕制方法可以消除挡圈内侧起皱、外缘开裂、零件腹面扭斜挠曲等缺陷。通过更换不同规格的套筒，此夹具可适用多种内外径尺寸的螺旋挡圈绕制成形，且绕制圈数不受影响，可一次性绕制数十圈然后切割成多个零件。因此，本发明的工艺方法是可行的，并且极大的提高生产效率，且为后续的其他类型螺旋挡圈制造和研究指明了方向。本发明适用于所有类似螺旋挡圈绕制成形。 

Claims (2)

1.螺旋挡圈绕制装置，其特征是，本装置包括送料夹紧装置、绕制芯棒[5]、绕制挡块[7]、套筒[8]、拧紧螺钉[6]、转动动力源[10]、平移动力源[11]以及控制装置[12]；

所述的送料夹紧装置固定在固定架[9]上，送料夹紧装置包括夹块[1]和夹块[2]，夹块[1]和夹块[2]通过螺栓[3]以及锁紧螺母[4]拼成一个槽形件，槽的大小可供扁平金属丝线[13]通过，并提供进给张力控制弯曲回弹；

绕制芯棒[5]为台阶轴，绕制芯棒[5]的台阶一侧为螺旋绕制面，螺旋绕制面外沿上开有供扁平金属丝线[13]端头通过的径向缝，台阶圆周面上装有用于固定金属丝线端头的拧紧螺钉[6]，套筒[8]固定在绕制芯棒[5]上，套筒[8]上套有固定在固定架[9]上的绕制挡块[7]，二者为间隙配合，绕制挡块[7]的端面为与绕制芯棒[5]台阶螺旋绕制面相反旋向的螺旋绕制面；绕制芯棒[5]可在转动动力源[10]的作用下绕其中心轴旋转，绕制挡块[7]可在平移动力源[11]作用下随固定架[9]沿芯棒中心轴轴向平移；

所述的控制装置[12]用于，在其控制下，每当绕制芯棒[5]旋转一圈，绕制挡块[7]随固定架[9]沿轴向移动的移动距离为扁平金属丝线[13]厚度加挡圈螺旋间隙；

所述的螺旋绕制面的螺距为扁平金属丝线[13]的厚度。

2.螺旋挡圈绕制方法，其特征是，本方法包括以下步骤：

第一步，根据扁平金属丝线[13]的材料近似实际应力曲线的屈服极限、材料应变刚模量、材料的弹性模量、截面积对x轴的静矩以及截面对x轴的惯性矩，通过下式计算扁平金属丝线[13]绕弯曲率的回弹值

式中：ρ、ρ_o为回弹前及回弹后零件中性层处的曲率半径，ρ=2/(φ+b)；

σs——零件材料的近似实际应力曲线的屈服极限；

D——材料的应变刚模量； 

S_x——截面积对x轴的静矩；

Jx——截面对x轴的惯性矩；

E——零件材料的弹性模量；

b  ——扁平金属丝线宽度；

φ——需要绕制的螺旋挡圈的内径；

再根据回弹值ΔK和需要绕制的螺旋挡圈的内径φ,得到绕制挡块[7]的内径和套筒[8]的外径为φ₁=（φ-2*ΔK），选择相应的绕制挡块[7]和套筒[8]；

第二步，将上述的螺旋挡圈绕制装置装在车床上，其中，绕制芯棒[5]的转动动力源[10]为车床三爪卡盘，平移动力源[11]为车床轴向进给，固定架[9]为车床走刀架，控制装置[12]为车床控制台；

第三步，将扁平金属丝线[13]端头折弯伸入绕制芯棒[5]台阶轴的径向缝，拧紧螺钉[6]将其固定，通过螺栓[3]将夹块[2]压紧在夹块[1]上；

第四步，根据螺旋挡圈绕弯力矩在车床控制台上确定车床转速，螺旋挡圈绕弯力矩M可按下式计算

第五步，开动车床，扁平金属丝线[13]缠绕在绕制芯棒[5]上随车床慢速旋转，同时送料装置、绕制挡块[7]随走刀架沿螺旋挡圈绕制轴向移动，车床主轴每旋转一圈，刀架轴向移动距离等于扁平金属丝线[13]厚度加螺旋挡圈螺旋间隙；

第六步，绕制圈数达到需要的圈数，关闭车床，取出绕成的螺旋挡圈。 

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