CN104190829B - 弧形弹簧的制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧的制作工艺，尤其涉及一种弧形弹簧的制作工艺。本发明所述的弧形弹簧制作工艺包括弹簧绕制和弹簧回火，所述弹簧绕制通过计算弹簧材料的变形量，编制弹簧绕制程序，通过电脑控制成形。与现有技术相比，本发明的优点为：相比于现有技术的模具成型，本发明的弧形弹簧成型不用夹具，通过其他工装不进行束缚；回火后弹簧自动达到图纸要求尺寸，不会产生因对弹簧加装固定夹具而产生的二次变形应力。

Description

弧形弹簧的制作工艺

技术领域

本发明涉及一种弹簧的制作工艺，尤其涉及一种弧形弹簧的制作工艺。

背景技术

弹簧是一种广泛使用的弹性元件，其外形多为圆柱形，生产加工可分为冷卷成形和热卷成形。弹簧为了与其装配空间更好地吻合，也有设计为非圆柱形的，如汽车双质量飞轮用的弹簧为弧形弹簧。

国内部分弹簧生产厂家弹簧绕制一般是先把弹簧直线成形，然后再使用模具把弹簧强制成型为要求形状，这种成形一方面不能保证弹簧内、外弧度弹簧节距的均匀性，造成压力不稳定。另一方面容易使弹簧产生回弹，不能保证内外弧度的均与性，在使用过程中使弹簧与弹簧固定套产生摩擦，影响弹簧使用寿命。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种不采用加持模具成型的弧形弹簧制作工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种弧形弹簧制作工艺包括弹簧绕制和弹簧回火，所述弹簧绕制通过计算弹簧材料的变形量，编制弹簧绕制程序，通过电脑控制成形，不需要专用模具将弹簧强制完成弧形。

本发明通过使用电脑编程，将弹簧一圈绕制动作分成两步骤进行，通过电脑程序控制卷簧机送料。具体为弹簧成型送料由节距起点开始动作，在程序设定的大节距处送料半圈，再进行程序设定的小节距处送料半圈，再进行大节距处送料半圈，小节距处送料半圈，大小节距之间反复循环送料，直至完成图样要求的圈数,绕制后的弹簧结构为弧形。由于弹簧需要形成弧形而不是常规的钢丝螺旋方向与弹簧两端面垂直、弹簧有效圈之间节距尺寸相同的直线型弹簧(直簧)，所以必须需要弹簧节距尺寸之间的大小差异来自然形成弧形。

上述节距起点是程序设置的，节距起点在设备出厂时设备厂家已经确定完毕的；大节距是指弧形弹簧的外圈节距；小节距是指弧形弹簧的内圈节距。弧形弹簧内外圈或者说是内外侧的节距是不同于常规直簧的(直簧可以认为是圆柱体，无法区分内外侧)，常规直簧的各圈之间的节距尺寸是相同的。而弧形弹簧内圈每一圈节距尺寸是小于外圈每一圈的节距尺寸的，由于内外圈节距尺寸有规律差异所以才会形成弧形。上述“在大节距处送料半圈、再进行小节距处送料半圈”，是生产时的具体步骤，大节距为在电脑编程过程中电脑显示的节距参数数值相对小节距来说较大的部分，小节距反之。如生产时弹簧内外圈节距尺寸分别为：13.2。/15.5。15.5就被定义为大节距，13.2就被定义为小节距，其目的是让弹簧在生产时由于弹簧内外圈之间的节距尺寸差异而自然形成弧形。再进行大节距处送料半圈，小节距处送料半圈，大小节距之间反复循环送料，直至完成根据图样要求的圈数。弹簧的弧形形状是由大、小节距间的尺寸差异决定的，由于弹簧内圈节距尺寸小，弹簧外圈节距尺寸大，所以可以形成有规律的形状，弹簧卷制出来即可成为类似于S形的弧形。

进一步地，所述回火通过掌控弹簧材料变形量，掌控弹簧材料变形规律，对绕制的弹簧设定相应回火温度和回火时间，使弹簧自然回火(自然回火指弹簧热处理时没有外力对弹簧进行固定或干涉)，形成平整规范的弧形。回火的主要目的是消除弹簧在成形过程中材料变形而产生的内应力。由于弹簧内外圈大、小节距间的尺寸差异，弹簧卷制出来即可成为类似于S形的弧形，将卷制的弹簧自然状态(没有外力固定或干涉)放入回火炉中进行热处理，由于前期卷簧时已经将弹簧卷制成弧形，此时弹簧已不需要外力成型为弧形。卷制后自然形成弧形状态的弹簧经过热处理去除应力，由于材料本身特性，弹簧圈数略有增加，弹簧绕制时弧形弧度已基本定型，热处理后不会发生其他变化(去除弹簧卷制时产生的有害应力是热处理的主要功能)。国内部分厂家使用夹具固定弹簧回火，容易使弹簧变形应力得不到彻底消除，且产生新的变形应力。

优选地，所述弹簧材料的抗拉强度标准为：1860-1960MPa。

优选地，所述弹簧材料选用SWOSC-V油淬火材料，对绕制的弹簧设定的回火温度为420℃-430℃，回火时间为45-60分钟，使弹簧自然形成平整规范的弧形。

弹簧热处理变形原理：弹簧钢丝在弹簧卷绕成形的过程从材料变形的角度看，实际上是将一根原来挺直状态的钢丝通过外力(卷簧机)强制使弹簧材料产生塑性变形，在弹簧材料发生塑性变形过程中，弹簧材料内部晶格发生扭曲和错位，因此产生很大内应力(拉应力)，弹簧材料卷成弹簧除了塑性变形之外同时存在一部分没有及时得到恢复的弹性变形(理论上当外力消失弹性变形应该立即恢复，实际上当外力消失，大部分弹性变形可以立即得到恢复，还有少量弹性变形的恢复滞后于外力消失，这种现象称为“弹性后效”或“滞弹性”，是材料的基本特性之一)。弹簧冷卷之后进行热处理(消除应力回火)相当于向弹簧输入能量，使弹簧在卷簧过程由于晶格扭曲和错位所产生的内应力得到大部分释放，弹簧残留的弹性变形全部恢复。宏观上表现为弹簧尺寸的变化为外径缩小，圈数增加。

弧形弹簧的现行的弹簧成型方法为将弹簧绕制成一根直簧，弹簧每一圈的节距尺寸相同,卷制后通过专用模具将弹簧强制弯成弧形进行热处理，取得所需要的弧形。本发明通过使用电脑编程，改进常规弹簧绕制方法，不需要专用模具将弹簧强制完成弧形。

与现有技术相比，本发明的优点为：相比于现有技术的模具成型，本发明的弧形弹簧成型不用夹具，通过其他工装不进行束缚。回火后弹簧自动达到图纸要求尺寸，不会产生因对弹簧加装固定夹具而产生的二次变形应力。

具体实施方式

下面结合实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例

一种弧形弹簧制作工艺，其工艺流程如下：

1.了解弹簧参数，例如某款弧形弹簧

材料：SWOSC-V

材料线径：d＝3.7㎜

弹簧尺寸(外径)：D₂＝21.5㎜

弹簧总圈数：n1＝52圈

弹簧有效圈数：n＝48圈

弹簧硬度：HRC48-53

弹簧自由角度：162°

弹簧工作角度：60°±2.5°

弹簧工作应力：819N/mm

弹簧工作半径：114.5毫米

2.校对弹簧图样的准确性及材料选用的正确性

(1)弹簧中径计算(计算至48圈处)：D＝D₂-d

D＝21.5-3.7

D＝17.8

(2)弹簧角刚度计算：F＇＝Gd⁴/8D³n

F＝78500*3.7*3.7*3.7*3.7/8*17.8*17.8*17.8*48

F＇＝6.79N

(3)弹簧旋绕比计算：C＝D/d

C＝17.8/3.7

C＝4.81

(4)弹簧曲度(应力)修正系数：K＝(4C-1/4C-4)+0.615/C：

K＝(4*4.81-1)/(4*4.81-4)+0.615/4.81

K＝1.32

(5)弹簧每1°变形量应力：τ＝8KDF’/πd

＝8*1.32*17.8*6.79/3.14*3.7*3.7*3.7

＝8.06N/mm2

(6)弹簧工作变形量计算：F1＝H0-H1

F1＝162-61

＝101°

(7)弹簧工作应力计算：τ1＝τ*F1：

τ1＝8.06*101

＝814.06N/mm(计算过程中取小数点关系，计算值与图样要求值基本一致)

注：Ⅲ类载荷----受静载荷以及变载荷作用次数在1000次以下的载荷

Ⅱ类载荷---受变载荷次数在100-1000万次范围内的载荷，以及冲击载荷等

Ⅰ类载荷---受变载荷次数在1000万次以上的弹簧

(8)弹簧最大应力与抗拉强度比值：τ2/бь

＝814.06/1860

＝0.437＜0.45бь

校对结论：该弹簧选用进口SWOSC-V材料，弹簧性能可以满足图样技术要求。

3.制作过程

⑴选用SWOSC-V油淬火材料，得材料抗拉强度标准为：1860-1960MPa

⑵计算弹簧旋绕比(计算至48圈处)C＝D/d

＝4.81

⑶根据查表所得，

根据采用的材料特性，弹簧经过热处理后外径(D₂)会变小：0.171㎜，弹簧圈数(n1)在弹簧轴向方向增加0.589圈。缩量计算值＝D×(K/d)

注：弹簧旋绕比C＝3-8.5时，K取值为2×0.001

图样技术要求弹簧总圈数为52圈，预留出弹簧热处理以后的圈数变化量，由于小数点取舍以及利于圈数检查方法等问题，弹簧实际生产总圈数(n1)取51.5圈，(52-0.5＝51.5)

减去弹簧两端支撑圈4圈，实际生产的弹簧有效圈(n)为47.5圈(51.5-4＝47.5)。

⑷确定完毕弹簧有效圈数，根据弹簧成型编程及节距，调整卷簧机电脑程序：

例如：弹簧外径生产尺寸为21.7毫米，卷簧机显示弹簧单圈送线长度为50个单位(1单位＝1㎜)。那么弹簧成品有效圈送线长度为：48*50＝2400个单位。

⑸减掉前面计算出来的弹簧热处理后圈数增加的变形量(52-0.5-4＝47.5)

弹簧半成品有效圈送线长度为：47.5*50＝2375个单位(将在大小节距之间反复循环送料，由于弹簧内外圈大、小节距间的尺寸差异而形成的弧形形状的弹簧自然状态放入回火炉中进行热处理。由于前期卷簧时已经将弹簧卷制成弧形，此时弹簧已不需要外力成型为弧形。卷制后自然形成弧形状态的弹簧经过热处理去除应力，由于材料本身特性，弹簧圈数略有增加，弹簧绕制时弧形弧度已基本定型，热处理后不会发生其他变化)。

⑹得出弹簧经过热处理后，弹簧总圈数会增加(2400-2375)/47.5＝0.589圈。

⑺所以，卷簧时在卷簧机电脑编程上根据实际弹簧外径尺寸需求的送线单位，经过理论计算出的弹簧经过热处理后的每一圈送线长度单位变化，将热处理后的变形量提前减掉(0.589/47.5＝0.0124)，卷出的弹簧经过热处理即可得到图样要求的产品。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种弧形弹簧的制作工艺，包括弹簧绕制和弹簧回火，其特征在于所述弹簧绕制通过计算弹簧材料的变形量，编制弹簧绕制程序，通过电脑控制成形；

所述通过电脑控制成形的操作方法为：将弹簧一圈绕制动作分成两步骤进行，通过电脑程序控制卷簧机送料，具体为弹簧成型送料由节距起点开始动作，在程序设定的大节距处送料半圈，再进行程序设定的小节距处送料半圈，再进行大节距处送料半圈，小节距处送料半圈，大小节距之间反复循环送料，卷制后自然形成弧形状态的弹簧，经过热处理即可得到图样要求的产品。

2.根据权利要求1所述的弧形弹簧的制作工艺，其特征在于所述弹簧回火通过掌控弹簧材料变形量，掌控弹簧材料变形规律，使弹簧自然回火形成平整规范的弧形。

3.根据权利要求1所述的弧形弹簧的制作工艺，其特征在于所述弹簧材料的抗拉强度标准为1860-1960MPa。

4.根据权利要求2所述的弧形弹簧的制作工艺，其特征在于所述弹簧材料为SWOSC-V油淬火材料。

5.根据权利要求2所述的弧形弹簧的制作工艺，其特征在于对绕制的弹簧设定的回火温度为420℃-430℃，回火时间为45-60分钟。