CN103909126B - 一种波形弹簧圈的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波形弹簧圈的加工方法，包括以下步骤：设置工作台、在工作台上安装一个夹紧单元、多个波峰成形单元和多个波谷成形单元，波峰成形单元和波谷成形单元交错设置，并与夹紧单元共同围成一个圆周，位于内圈的波峰凸模、与位于外圈的波峰凹模和波谷凸模之间形成环状的弹簧圈成形区域；下带料，坯料两端留装夹余量；将坯料置于弹簧圈成形区域内，将坯料首尾余量部分用夹紧单元压紧；波峰凸模与波谷凸模向外运动，使波谷弯曲成形，波峰凸模继续向外运动，使波峰弯曲成形；波峰凸模和波谷凸模同时向外运动，使波峰波谷段拉伸成形；开口部成形；本发明使波形弹簧圈弯曲回弹量得到控制，保证波形弹簧圈加工质量的精确性及成形工艺的稳定性。

Description

一种波形弹簧圈的加工方法

技术领域

本发明属于弹簧制造技术领域，特别是涉及一种波形弹簧圈的加工方法。

背景技术

波形弹簧圈是超临界中间再热凝汽式汽轮机高压缸中的一个特殊的零件，它应用于高压汽缸进汽口处与另一零件活塞环成组配合起到密封作用，也适用于装配空间受限、负载较轻的场合。由于该波形弹簧圈是一个较复杂的环状薄片，沿圆周方向带有若干个交错的波峰波谷，且首尾接头处有一个100mm的开口，当波形弹簧圈承受径向栽荷时，波峰与波谷产生径向相对位移形成变形能，通过一直向外的弹簧自身的弹力，使得配合件起到密封内外圆的作用；当波形弹簧圈受压时，周向的伸长由波形弹簧圈开口间隙尺寸来补偿，从而保证了装配件内外零件径向之间的间隙满足密封要求。所以波形弹簧圈形状尺寸的不同直接影响着装配密封的可靠性，因此波形弹簧圈形状的正确性及成形工艺的稳定性将直接决定着使用效果的好坏。

该波形弹簧圈具体结构特点为：直径大，厚度簿，宽度宽，波型是圆周方向，首尾接头处有一个开口，加工工艺复杂，滚压成形制造难度大，材料为高温合金带料制成、共有多组波形、工作状态单波弹簧压缩量和单波弹力不便于加工控制等特点；见附图1。完全不同于常规的波形弹簧圈是在平面上产生的波形可以方便实现冲压成形制造。

本波形弹簧圈主要加工难点：1.直径大，一般的滚压成形设备制造工艺不能够实施成形；2.波型是圆周方向，一般的冲压成形设备制造工艺不能够实施成形；3.开口式多波形，一般的卷绕成形设备制造工艺不能够实施成形。所以要完成该波形弹簧圈成形加工，将具有非常大的难度。如何保证该波形弹簧圈滚压成形控制在设计的范围内；如何保证该波形弹簧圈工作状态时弹簧压缩量符合要求；如何保证该波形弹簧圈各尺寸的精度、加工质量的精确性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种波形弹簧圈的加工方法，用

于解决现有开口式波形弹簧圈成形加工难度大，弹簧圈的回弹量、加工精度不能保证等加工质量问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种波形弹簧圈的加工方法，所述波形弹簧圈呈开口圆环状，沿波形弹簧圈的圆周分布多个径向起伏的波峰和波谷，包括以下步骤：

（1）、设置成形装置：

成形装置包括工作台、安装在工作台上的一个夹紧单元、多个波峰成形单元和多个波谷成形单元，所述波峰成形单元和波谷成形单元交错设置，并与夹紧单元共同围成一个圆周，每个波峰成形单元包括一个可径向运动的波峰凸模和一个固定的波峰凹模，每个波谷成形单元包括一个波谷凸模、一个固定的挡块和一个连接在波谷凸模与挡块之间的弹性组件，该弹性组件使得波谷凸模可沿径向向外运动，位于内圈的所述波峰凸模、与位于外圈的波峰凹模和波谷凸模之间形成环状的弹簧圈成形区域；

多个波峰成形单元和多个波谷成形单元，为至少两个，波谷凸模和波峰凸模的工作表面成微凸状，波峰凹模的工作表面成与波峰凸模工作表面配合的微凹状，波峰凸模位于内圈，其工作曲面朝外，波峰凹模和波谷凸模位于外圈，波谷凸模的工作曲面朝内，内外圈之间形成所述弹簧圈成形区域。

（2）、下料：以长条形带料作为坯料，两端留装夹余量；

（3）、装夹定位：将坯料置于工作台上环状的弹簧圈成形区域内，然后将坯料首尾余量部分用夹紧单元夹紧；

（4）、波峰波谷成形，包括：

a、波峰凸模沿径向向外运动，使波谷弯曲成形；

b、波峰凸模继续沿径向向外运动，使波峰弯曲成形；

c、波谷凸模和波峰凸模同时沿径向向外运动，使波峰和波谷均产生塑性拉伸；

（5）、卸去夹紧单元，取下波形弹簧圈；

（6）、去掉两端的装夹余量，形成开口部。

作为优选，所述步骤（4）a中，当波峰凸模沿径向向外运动至坯料与波谷凸模工作曲面完全吻合后，波峰凸模停止运动。

作为优选，所述步骤（4）b中，当波峰凸模沿径向朝外运动至坯料被拉紧时停止，此时坯料仍未与波峰凹模工作曲面完全吻合。

该步中，波峰凸模的行程可以根据具体弹簧圈的尺寸或者工艺要求设置。

作为优选，所述步骤（4）c中，波峰凸模与波谷凸模同步沿径向向外运动至坯料与波峰凹模工作曲面吻合后停止运动，即使波峰、波谷塑性拉伸成形。

作为优选，所述波峰凸模工作曲面的弧长大于所述波峰凹模的弧长，该波峰凸模工作曲面的两端边缘分别与相邻两个波谷凸模工作曲面的一端边缘重叠。

作为优选，所述波谷凸模的内端为工作曲面，所述挡块位于波谷凸模的外端外，所述波谷凸模的外端与挡块之间通过所述弹性组件连接，该弹性组件为蝶型弹簧。

在波谷凸模的工作曲面受力达到一定程度时，弹性组件压缩，波谷凸模可向外运动。

波峰凸模的运动可由常规的方式驱动，成形过程中，由于弯曲变形会产生回弹缺陷，表现形式为曲率半径的增大，为了获得形状规则、尺寸准确的波形弹簧圈，必须采取措施来减小或补偿回弹所产生的误差，所以采用先弯曲后拉伸工艺代替普通的弯曲方法，先弯曲后拉伸工艺的特点是在弯曲的同时，使坯料承受一定的拉力F，拉应力的数值应使弯曲变形区内各点的合成应力稍大于材料的屈服极限σ_s，使整个断面都处于塑性拉伸变形范围内，内外区域应力、应变方向取得了一致，故可以大大减小零件的回弹，从而达到控制回弹量的目的，通过先弯曲后拉伸原理明确成形工艺性，通过合理工艺控制成形回弹量，通过精确定位解决尺寸正确性。由于波形弹簧圈本身是一个独立的整体零件，只需自己能够达到本身尺寸参数要求，无需波峰波谷对齐要求，达到表面光滑，并满足径向弹力及压缩量的控制。

作为优选，所述步骤（2）中的带料为高温合金带料。

作为优选，所述步骤（5）进一步为：成形完成后，波峰凸模返回其起始位置，松开夹紧单元，即可取下成形后的波形弹簧圈。

作为优选，在所述步骤（5）之后，还增加时效处理的步骤。

在波形弹簧的几何尺寸已经确定的前提条件下，通过热处理提高材料的屈服极限来满足波形弹簧圈载荷特性，配置定位夹具固定波形弹簧圈，采用固溶加时效处理，经过热处理达到屈服极限值满足定型时效实际结果，满足波形弹簧圈图纸规定的载荷技术要求。

作为优选，所述步骤（2）中，将坯料两端的装夹余量部分弯成直角，以便于在夹紧单元中夹紧。

该夹紧单元可由常规的压板、压块和螺栓等构成。

如上所述，本发明的有益效果是：使波形弹簧圈弯曲回弹量得到控制，采用先弯曲后拉伸工艺代替普通的弯曲工艺方法，一次性成形波形弹簧圈，保证波形弹簧圈拉弯成形控制在设计的范围内；保证波形弹簧圈工作状态时弹簧压缩量符合要求；保证波形弹簧圈各尺寸的精度、加工质量的精确性，从而全面提高波形弹簧圈弯曲件精度，保证装配件内外零件径向之间的间隙起到密封要求，该加工方法操作方便，成形稳定、加工效率高、加工质量可靠，成功地解决了该类波形弹簧圈加工工艺的精度要求及质量要求，保证了制作过程中波形弹簧形状的正确性及成形工艺的稳定性。

附图说明

图1为波形弹簧圈的结构示意图；

图2为波形弹簧圈的坯料装夹在成形装置上的示意图。

零件标号说明

1工作台

21波峰凸模

22波峰凹模

31波谷凸模

32弹性组件

33芯杆

34挡块

4夹紧单元

5波形弹簧圈

51波峰

52波谷

53开口部

6坯料

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1和图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，该波形弹簧圈5为大直径开口式薄片环状，沿波形弹簧圈5的圆周分布多个径向起伏的波峰51和波谷52，波形弹簧圈5首尾连接处具有开口部53。

如图2所示，一种波形弹簧圈的加工方法，包括以下步骤：

（1）、设置成形装置：

成形装置包括工作台1、安装在工作台1上的一个夹紧单元4、多个波峰成形单元和多个波谷成形单元，波峰成形单元和波谷成形单元交错设置，并与夹紧单元4共同围成一个圆周，波峰成形单元和波谷成形单元的个数可以根据零件设计需要而设置，本例中波峰成形单元和波谷成形单元分别为12个或13个，每个波峰成形单元包括一个可径向运动的波峰凸模21和一个固定的波峰凹模22，波峰凸模21位于内圈，波峰凹模22位于外圈；波谷成形单元位于外圈，每个波谷成形单元包括一个波谷凸模31、一个固定的挡块34和一个弹性组件32，波谷凸模31的内端为工作曲面，其工作曲面朝内，挡块34固定在波谷凸模31的外端外，波谷凸模31与挡块34通过穿设的同一芯杆33连接，波谷凸模31的外端与挡块34之间设置有弹性组件32连接，该弹性组件32为蝶型弹簧，该弹性组件32使得波谷凸模31可沿径向向外运动，位于内圈的波峰凸模21与位于外圈的波峰凹模22和波谷凸模31之间形成环状的弹簧圈成形区域，波峰凸模21和波谷凸模31的工作表面成微凸状，波峰凹模22的工作表面成与波峰凸模21配合的微凹状，波峰凸模21工作曲面的弧长大于波峰凹模22的弧长，该波峰凸模21工作曲面的两端边缘分别与相邻两个波谷凸模31工作曲面的一端边缘重叠，即波峰凸模21工作曲面的两端与相邻两个波谷凸模31工作曲面的一端有一小段重叠，可确保波峰凸模21运动时行程准确；

（2）、下料：以长条形高温合金带料作为坯料6，按所需长度下料，坯料6长度需要精确计算周长，并在钢带两端留有余量，然后按要求将两端余量部分弯成直角，待下步成形过程钢带坯料6安装插入夹紧单元4压紧固定；

（3）、装夹定位：将坯料6置于工作台上环状的弹簧圈成形区域内，然后将坯料6首尾余量部分用夹紧单元4夹紧，连接呈圆圈状；

（4）、波峰波谷成形，包括：

a、波峰凸模21沿弹簧圈坯料6径向朝外运动挤压坯料6，当波峰凸模21向外运动至坯料6与波谷凸模31工作曲面完全吻合后，波峰凸模21停止运动，使波谷段弯曲成形，此时弹性组件32未压缩，波谷凸模31保持在初始位置未向外运动；

b、波峰凸模21继续沿弹簧圈坯料6径向朝外运动挤压坯料6，至坯料6被拉紧时停止，此时坯料6仍未与波峰凹模22工作曲面完全吻合，使波峰段弯曲成形；

c、波谷成形单元和波峰成形单元同时工作，波峰凸模21将坯料6紧压在波峰凸模21与波谷凸模31的重叠部分上，波峰凸模21与波谷凸模31同步沿径向向外运动挤压坯料6，此时弹性组件32压缩，当坯料6与波峰凹模22工作曲面吻合后停止运动，使波峰、波谷塑性拉伸成形；

为了实现波峰、波谷均能够以先弯曲后拉伸的方式成形，首先，波峰凸模21沿径向向外运动，与波谷凸模31接触的部分坯料6发生拉弯变形，直到坯料6与波谷凸模31工作曲面完全吻合后，波峰凸模21停止运动；随后波峰凸模21继续沿径向向外运动，与波峰凸模21接触的部分坯料6发生拉弯变形，滑动一定距离，即坯料6被拉紧时停止，此时由于弹性组件32受力不够大，还不能使其压缩，因而波谷凸模31保持在初始位置；然后，波峰凸模21进一步沿径向向外运动，此时弹性组件32受力逐渐增大，使得其逐渐压缩，波峰凸模21和波谷凸模31同步向外运动，直到坯料6与波峰凹模22的工作曲面吻合后，波峰凸模21停止运动，即波峰、波谷塑性拉伸成形。由于夹紧单元4将坯料6的两端固定，在波峰凸模21挤压坯料6时与之配合，将坯料6拉紧，使坯料6能够更好的弯曲和拉伸成型，减小其回弹缺陷。

在成形过程中，由于弯曲变形会产生回弹缺陷，表现形式为曲率半径的增大，为了获得形状规则、尺寸准确的波形弹簧圈，必须采取措施来减小或补偿回弹所产生的误差，所以采用先弯曲后拉伸工艺代替普通的弯曲方法，拉弯工艺的特点是在弯曲的同时，使坯料6承受一定的拉力F，拉应力的数值应使弯曲变形区内各点的合成应力稍大于材料的屈服极限σ_s，使整个断面都处于塑性拉伸变形范围内，内外区域应力、应变方向取得了一致，故可以大大减小零件的回弹，从而达到控制回弹量的目的。

（5）、成形完成后，波峰凸模21返回其起始位置，松开夹紧单元4，即可取下成形后的波形弹簧圈，弹性组件32复位，波谷凸模31也返回其初始位置；然后将步骤（5）获得的波形弹簧圈装夹在开有圆环形固定槽的定位夹具上，进行时效处理。定位夹具可以为板状，定位夹具上开设圆环形固定槽用于固定弹簧圈；

（6）、去掉两端的装夹余量，形成开口部。

在波形弹簧的几何尺寸已经确定的前提条件下，通过热处理提高材料的屈服极限来满足波形弹簧圈载荷特性，配置定位夹具固定波形弹簧圈，采用固溶加时效处理，经过热处理达到屈服极限值，满足定型时效实际结果，满足波形弹簧圈图纸规定的载荷技术要求。

该加工方法通过先弯曲后拉伸原理明确成形工艺性；通过合理工艺控制成形回弹量，通过精确定位解决尺寸正确性，从而保证了波形弹簧圈拉弯成形控制在设计的范围内；保证波形弹簧圈工作状态时弹簧压缩量符合要求；保证波形弹簧圈各尺寸的精度、加工质量的精确性，全面提高了波形弹簧圈弯曲件精度，保证装配件内外零件径向之间的间隙起到密封要求，该加工方法操作方便，成形稳定、加工效率高、加工质量可靠。由于波形弹簧圈本身是一个独立的整体零件，因此只需能够达到自身尺寸参数要求即可，无需波峰波谷对齐要求，达到表面光滑，并满足径向弹力及压缩量的控制。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，如设置几个、十几个或者几十个数量的波峰成形单元和波谷成形单元，都可以根据弹簧圈的大小及实际需求改变，并不限定于背景技术中所提到尺寸的波形弹簧圈，波形弹簧圈在工作台上的固定方式可以采用现有的其他手段，其余的以此类推。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种波形弹簧圈的加工方法，所述波形弹簧圈呈开口圆环状，沿波形弹簧圈的圆周分布多个径向起伏的波峰和波谷，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、设置成形装置：

成形装置包括工作台、安装在工作台上的一个夹紧单元、多个波峰成形单元和多个波谷成形单元，所述波峰成形单元和波谷成形单元交错设置，并与夹紧单元共同围成一个圆周，每个波峰成形单元包括一个可径向运动的波峰凸模和一个固定的波峰凹模，每个波谷成形单元包括一个波谷凸模、一个固定的挡块和一个连接在波谷凸模与挡块之间的弹性组件，该弹性组件使得波谷凸模可沿径向向外运动，位于内圈的所述波峰凸模、与位于外圈的波峰凹模和波谷凸模之间形成环状的弹簧圈成形区域；

(2)、下料：以长条形带料作为坯料，两端留装夹余量；

(3)、装夹定位：将坯料置于工作台上环状的弹簧圈成形区域内，然后将坯料首尾余量部分用夹紧单元夹紧；

(4)、波峰波谷成形，包括：

a、波峰凸模沿径向向外运动，使波谷弯曲成形；

b、波峰凸模继续沿径向向外运动，使波峰弯曲成形；

c、波谷凸模和波峰凸模同时沿径向向外运动，使波峰和波谷均产生塑性拉伸；

所述步骤(4)a中，当波峰凸模沿径向向外运动至坯料与波谷凸模工作曲面完全吻合后，波峰凸模停止运动；

所述步骤(4)b中，当波峰凸模沿径向朝外运动至坯料被拉紧时停止，此时坯料仍未与波峰凹模工作曲面完全吻合；

所述步骤(4)c中，波峰凸模与波谷凸模同步沿径向向外运动至坯料与波峰凹模工作曲面吻合后停止运动，即使波峰、波谷塑性拉伸成形；

(5)、卸去夹紧单元，取下波形弹簧圈；

(6)、去掉两端的装夹余量，形成开口部。

2.根据权利要求1所述的一种波形弹簧圈的加工方法，其特征在于：所述波峰凸模工作曲面的弧长大于所述波峰凹模的弧长，该波峰凸模工作曲面的两端边缘分别与相邻两个波谷凸模工作曲面的一端边缘重叠。

3.根据权利要求1所述的一种波形弹簧圈的加工方法，其特征在于：所述波谷凸模的内端为工作曲面，所述挡块位于波谷凸模的外端外，所述波谷凸模的外端与挡块之间通过所述弹性组件连接，该弹性组件为蝶型弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种波形弹簧圈的加工方法，其特征在于：所述步骤(5)进一步为：成形完成后，波峰凸模返回其起始位置，松开夹紧单元，即可取下成形后的波形弹簧圈。

5.根据权利要求1所述的一种波形弹簧圈的加工方法，其特征在于：在所述步骤(5)之后，还增加时效处理的步骤。

6.根据权利要求1所述的一种波形弹簧圈的加工方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将坯料两端的装夹余量部分弯成直角，以便于在夹紧单元中夹紧。

7.根据权利要求1所述的一种波形弹簧圈的加工方法，其特征在于：所述步骤(2)中的带料为高温合金带料。