CN105592951B - 弹簧成形装置以及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弹簧成形装置，该装置在切断钢线材时能够在不停止钢线材的进给的情况下连续地进行切断，从而能够将钢线材均一地加热。具备下述机构：借助多对送料辊（11）供给钢线材（W）的线材供给机构（10）、加热钢线材（W）的加热机构（20）、将加热后的钢线材（W）成形为线圈状的盘簧机构（30）、将被盘簧为既定卷数的钢线材（W）与后方的钢线材（W）切离的切断机构（40）。切断机构（40）的切断刀（41）在切断钢线材（W）时形成如下所述的轨迹，该轨迹具备朝向支承刀（42）方向的速度Va以及朝向盘簧后的钢线材（W）的轴向的速度Vc。

Description

弹簧成形装置以及成形方法

技术领域

本发明涉及弹簧成形装置，该弹簧成形装置例如一边进给钢线材一边将螺旋弹簧等弹簧连续地热成形，尤其是涉及在切断钢线材时能够在不停止钢线材的进给的情况下连续地进行切断从而减轻钢线材的加热不匀的技术。

背景技术

近年，以地球温暖化为背景，对运输设备尤其是汽车的低燃料费化的要求变得逐年严格，因此比以往更强烈地要求对汽车部件的小型·轻质化。对于该小型·轻质化的要求，在以例如使用于引擎内的阀弹簧、使用于离合器内的离合器减震弹簧为代表的压缩螺旋弹簧部件中，迄今为止是利用材料的高强度化和借助表面处理的表面强化，来实现作为螺旋弹簧的特性很重要的抗疲劳性的提高以及抗松弛性的提高。

阀弹簧和离合器减震弹簧等比较小的螺旋弹簧一般是使用卷材以冷成形的方式制作。另一方面，如底盘弹簧那样比较大的弹簧一般是使用棒材以热成形的方式制造。这是因为，由于所使用的线材较粗，所以利用冷成形会造成加工性不良、成形困难。

螺旋弹簧的冷成形与热成形各有利弊，不能笼统地说哪一个更好。例如，就由于线径比较细或者弹簧指数较大等原因而能够进行冷成形的形状的螺旋弹簧而言，从加工技术的容易度、基于加工速度和设备费用等的量产性（生产节拍、尺寸精度、成本）的观点出发，一般会采用冷成形。另外，在冷成形中，空心金属的成形技术已被确立，螺旋弹簧的形状自由度较高这一点也是冷成形被使用的一大原因。一般来说，阀弹簧等级的弹簧以冷成形的方式制作。

另一方面，热成形在加工时不会产生盘卷变形这一点相对于冷成形更有利，被使用于如下所述的螺旋弹簧的成形：在线径d较大和作为线圈平均径D与线径d的比值的弹簧指数D/d较小等情况下，由于其加工性不良而导致冷成形困难。但是在热成形中，因为材料较软所以需要缠绕到芯骨上从而盘卷成螺旋弹簧的形状，所以形状的自由度较低，并且需要针对每个产品准备芯骨。

在热成形中，成形时的钢线材的加热温度对产品的形状和性能影响较大。因此为了维持产品的品质（形状精度、结晶粒度），希望在被遍布整体地均一地加热的状态下成形。即，希望将影响加热温度的钢线材的进给速度尽可能均一地设定。

在专利文献1中公开了如下所述的机构：切断工具驱动用马达以螺旋弹簧的切断位置为中间点做往复旋转运动，设定为不仅在切断工具驱动用马达的去程运动时而且在返程运动时也进行螺旋弹簧的切断，因此更高速的切断成为可能。

专利文献1：日本特开2008-080386号公报。

在冷成形用盘簧机中，在切断弹簧时一般停止钢线材的供给，在专利文献1所记载的技术中也是在切断时停止钢线材的供给。

但是，在热成形的情况下存在如下所述的问题，如果在切断时停止了钢线材的供给，那么，会因在进行进给时与停止进给时线材的加热时间不同而导致线材不能被均一地加热，不能确保所要求的品质。另外，如上所述，对于棒材进行热成形而对于卷材进行冷成形是较普遍的，在将卷材作为材料的阀弹簧等级的弹簧成形中，若强行地进行热成形则存在如上所述的问题，因此实际情况是到目前为止没有采用过热成形。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种弹簧成形装置，该装置在切断钢线材时在不停止钢线材的进给的情况下，能够连续地进行切断，能够使钢线材被均一地加热。

本发明的特征在于，具备：借助多对送料辊供给钢线材的线材供给机构、加热钢线材的加热机构、将加热后的钢线材成形为线圈状的盘簧机构、将被盘簧为既定卷数的钢线材与后方的钢线材切离的切断机构，盘簧机构具备线材导向器、盘簧工具以及节距工具，线材导向器用于将借助送料辊供给来的钢线材向加工部的适宜位置引导，盘簧工具用于将经由线材导向器供给来的钢线材加工成线圈形状，节距工具赋予线圈形状以节距，切断机构具备切断刀和支承刀，切断刀将被盘簧为既定卷数的线圈与后方的钢线材切离，支承刀与该切断刀对置地配置并支承钢线材，借助加热机构加热钢线材的区域被设置于送料辊与线材导向器的中间，切断刀在切断钢线材时，形成如下所述的轨迹，该轨迹具备朝向支承刀方向的速度Va以及朝向盘簧后的钢线材的轴向的速度Vc。

在本发明中，在切断前述钢线材时，切断刀形成如下所述的轨迹，该轨迹具备朝向支承刀方向的速度Va以及朝向盘簧后的钢线材的轴向的速度Vc，由此钢线材即使在切断时也能够以例如接近速度Vc的速度持续进给。因此，能够抑制因加热机构产生的钢线材的加热时间的离散，钢线材的加热温度变得更均一。

在这里，也可以在切断钢线材时使钢线材的进给速度变慢。但是，若切断钢线材时的钢线材的进给速度极端地慢，则切断时的加热温度与其他时候的加热温度之间会产生较大的差。因此，根据热成形的螺旋弹簧的部位产生温度差，螺旋弹簧个体内的品质（形状、组织等）变得不均一。或者，在温度差更大的情况下，由于过度加热线材会发生屈曲。因此，切断时的钢线材的进给速度优选为其他时候的进给速度的50%以上，更优选为90%以上。

若将切断钢线材时的钢线材的进给速度设为Vw，则优选为Vc>Vw。即，如果与钢线材的进给速度Vw相比切断刀的朝向相同方向的速度Vc更小，那么由于钢线材的切断面被切断刀的侧面按压，所以钢线材会屈曲而不能够进行盘簧。在1.1>Vc/Vw>1的情况下，虽然因钢线材的切断面受切断刀的侧面按压的程度降低而能够进行盘簧，但是末端的线圈径的真圆度下降。因此，为了切实地回避这些不妥之处，优选为Vc/Vw≥1.1。另外，优选为2.5≥Vc/Vw。Vc/Vw即使超过2.5也不能期待进一步的改善，另一方面，用于使切断刀高速移动的设备费用会较贵。

切断刀的朝向钢线材的轴向的速度Vc可以是直到切断钢线材为止维持恒定。在切断刀的朝向支承刀的方向的速度Va是恒定的情况下，切断刀相对于钢线材斜向地直线地移动。或者，也可以使切断刀如画椭圆或圆的方式移动。

首先，加热机构优选为高频加热机构，与钢线材同心地配置的加热线圈的线圈长度优选为100~350mm。如果加热线圈的线圈长度不足100mm，那么不能确保用于将钢线材直到内部均一地加热的充足的加热能力，而且在钢线材的供给速度较快和钢线材径较粗的情况下，使钢线材升温至奥氏体区域变得困难。并且，在加热线圈的线圈长度为100mm以上的情况下2.5秒以内使升温至奥氏体区域，由此在抑制奥氏体结晶粒的粗大化的同时还能够得到由于急速加热产生的细化效果。由此耐久性优良的弹簧的制造成为可能。此外，螺旋弹簧在加热到奥氏体区域并进行盘簧后进行淬火，然后进行回火。

另一方面，若加热线圈的线圈长度超过350mm则支承钢线材的送料辊与线材导向器之间的距离也变长，由此在该间隔中，即在加热线圈过程中，钢线材有弯曲而产生屈曲的可能。

为了配置如上所述的加热线圈，送料辊与支承刀之间的空间距离优选为200~500mm。若送料辊与支承刀之间的空间距离不足200mm，则不能够确保用于配置加热线圈和线材导向器的区域，前述加热线圈的长度具有充分的加热能力，前述线材导向器用于将钢线材向盘簧加工部的适宜的位置引导。另一方面，若送料辊与支承刀之间的空间距离超过500mm则需要将线材导向器延长到不必要的长度，因此是不经济的。

根据本发明，能够获得以下效果：在切断钢线材时能在不停止钢线材的进给的情况下连续地进行切断，能够更均一地加热钢线材，另外能够以热成形的方式成形阀弹簧等级的弹簧。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的盘簧机的侧视图。

图2是本发明的实施方式中的盘簧机构的侧视图。

图3是本发明的实施方式中的盘簧机构的立体图。

图4是表示本发明的实施方式中的切断刀的轨迹的侧视图。

具体实施方式

下面，将本发明的实施方式参照图1至图4进行说明。在图1中，附图标记10是线材供给机构。线材供给机构10具备在水平方向上接连设置的多个送料辊11。在送料辊11之间，配置有引导钢线材W的线材导向器12。

在线材供给机构10的下游侧配置有加热机构20。加热机构20具备与钢线材W同轴配置的螺旋状的高频加热线圈21。高频加热线圈21使钢线材W在2.5秒以内升温到奥氏体区域。此外，高频加热线圈21不限于如图1所示的螺旋状的部件，可以考虑加热性能和程序准备性而适当选用相应形状的部件，例如侧面开放的轴截面呈コ字状的部件等。

在加热机构20的下游侧配置有盘簧机构30。在图中附图标记31是线材导向器，线材导向器31将由送料辊11供给的钢线材W向盘簧机构30的适宜的位置引导。在线材导向器31的下游侧配置有节距工具33和两个盘簧工具32，前述盘簧工具32由盘簧销（或者盘簧辊）构成，前述节距工具33用于附加节距。穿过线材导向器31的钢线材W接触到第一个盘簧工具32，以既定的曲率被弯曲，然后更进一步地接触到下游的盘簧工具32，以既定的曲率被弯曲。然后，钢线材W接触到节距工具33，被赋予节距使其形成所期望的线圈形状。此外，盘簧工具32也能够使用一个盘簧销（或者盘簧辊）的形态的工具。

在图中附图标记40是切断机构。切断机构40具备切断刀41，前述切断刀41借助未被图示的曲柄机构能够在上下方向上移动。此外，切断刀41借助未被图示的移动机构也能够在水平方向上移动。由此，切断刀41如图4（A）所示，在下降时以朝向下方的速度Va和朝向水平方向（图中左侧方向）的速度Vc进行运动，切断刀41的刀尖41a相对于钢线材W朝向斜下方以直线的轨迹进入。此外，速度Vc被设定为与钢线材W的切断时的进给速度Vw相比更快。

在切断刀41的下方配置有支承刀42。因为支承刀42是发挥下刀的功能的部件，所以如图3所示那样在切断机构40内以悬臂的状态被支承。然后，切断刀41在钢线材W由盘簧工具32弯曲后形成既定卷数的部位下降，在与支承刀42的直线部分之间，借助剪断来进行切断，由后方供给的钢线材W与盘簧后的钢线材W被切离。此外，如图4（A）所示，切断刀41若将钢线材W切断则朝向与此前的移动方向大致成直角的方向退刀从而避免与钢线材W的干涉。

在上述结构的弹簧成形装置中，在切断钢线材W时，切断刀41形成具有朝向下方的速度Va和朝向水平方向的速度Vc的轨迹，钢线材W没有停止进给而是以速度Vw进给。因此，借助加热机构20加热钢线材W的时间的离散得到抑制，钢线材W的加热温度变得更均一。并且，切断时的速度Vw越接近钢线材W被进给来被加热和盘簧时的进给速度，钢线材W的加热时间的离散就越被更进一步地抑制。

尤其地，在前述实施方式中，虽然切断刀41以朝向下方的速度Va和朝向水平方向的速度Vc进行运动，但是钢线材W的切断时的轴向的进给速度Vw比Vc低。由此，切断刀41以比钢线材W的切断面更快的速度朝向进给方向行进，因此钢线材W的切断面不会被切断刀41的后刀面41b按压，从而防止切断面的变形，线圈径的真圆度提高。

此外，虽然在前述实施方式中切断刀41做朝向斜下方的直线运动，但是并不限于此，切断刀41能够构成为做任意的运动。例如，如图4（B）所示，切断刀41可以构成为做椭圆运动。或者，如图4（C）所示，也可以构成为做圆运动。通过在上死点和下死点之间的往复运动中对切断刀41进行引导，能够实现这样的切断刀41的运动。

实施例

接下来，对验证了本发明的优选方案的数值限定的实施例进行说明。实施例的弹簧成形装置以及制作弹簧的条件如下所述。

加热线圈长度：170mm

送料辊与支承刀间的空间距离：400mm

高频加热线圈的振荡频率：200kHz

线圈成形时的钢线材的进给速度：40~50m/分

线圈切离时的钢线材的进给速度：8~50m/分

切断刀的水平方向的速度Vc：40~120m/分

钢线材径：2~5mm

加热温度：900℃

线圈平均径/钢线材径：6.0

卷数：5.75卷。

实施例1

表1表示在线圈（coil）切离时使钢线材的进给速度在8~50m/分的范围内变化而制作的螺旋弹簧的结晶粒度和线圈外径。在发明例中，钢线材的进给速度在切离时a和成形时b相同的情况下与在切离时a为成形时b的90%的情况下，试样的结晶粒度在两端部和有效部没有差别，粒度序号为12.2。另外，线圈外径在线圈的两端部和有效部相同。另外，切离时a的钢线材进给速度为成形时b的50%的情况下，粒度序号为10.5，是足够的，在线圈的两端部和有效部的线圈外径的差在允许范围内。因此，确认了切断钢线材时的进给速度优选为盘簧时的进给速度的50%~100%，更优选为90%~100%。

表1

另一方面，在切离时a的钢线材进给速度不足成形时b的50%的比较例中，线圈的两端部与有效部的加热温度差变大，由于在两端部被过度地加热因此结晶粒变得粗大，粒度序号为10以下。另外，线圈外径会产生0.4mm以上的差，不能够得到满足品质要求的产品。特别地，在切离时a的钢线材进给速度为成形时b的20%的比较例中，因产生屈曲而不能进行盘簧。

实施例2

在表2中表示将Vc/Vw在1.00~3.00的范围内变化而制作的螺旋弹簧的缠绕开始侧末端的线圈径的真圆度。

表2

在Vc/Vw为1.05~2.50的发明例1~9中，在钢线材径为2~5mm（在本发明中，是由钢线材的横截面的面积算出的在正圆的情况下的直径，也包括以下情况：包括方形和椭圆等非圆形截面在内的圆相当直径为2~5mm）的情况下，能够进行真圆度为0.995~1.000的盘簧。尤其在Vc/Vw为1.10~2.50的发明例1~8中，真圆度为1.000，能在完全没有末端变形的情况下进行盘簧。

在表2中表示的例子之外，钢线材径在1.5~9mm之间能够进行热盘簧。即，钢线材径不足1.5mm的情况下，由于作为钢线材强度过低所以盘簧过程中会变形或发生屈曲而不能进行盘簧。因此，为了使成品率提高，钢线材径优选为1.5mm以上，但是为了更切实地防止盘簧过程中的变形和屈曲从而使成品率被进一步提高，钢线材径优选为2mm以上。

另一方面，在钢线材径超过9mm的情况下，从钢线材的负荷应力较高的表面附近到钢线材的内部，残存有不完全淬火部。因此，优选为钢线材径为9mm以下。在钢线材径为大于5mm小于等于9mm的情况下，虽然钢线材的中心部附近残存有不完全淬火部，但是由于钢线材中心部附近的负荷应力较低，所以作为螺旋弹簧来使用是没有问题的。但是，为了形成直到钢线材内部遍布整个区域都具有均质组织的弹簧，钢线材径优选为5mm以下。

在Vc/Vw为1.00的比较例10中，产生了钢线材的屈曲而不能够进行盘簧。在Vc/Vw为3.00的比较例8中，虽然真圆度与发明例1~7相同，但是用于提高Vc的设备超过规范以外，是不经济的。即，在发明例8中，需要使用高性能的马达驱动切断刀，是不经济的。因此，如发明例1~7以及发明例9所示，Vc/Vw优选为大于1.00小于等于2.50，为了成形出精度（真圆度）较高的螺旋弹簧，如发明例1~7所示，更优选为1.10~2.50。

附图标记说明

10 线材供给机构；11 送料辊；20 加热机构；21 高频加热线圈；30 盘簧机构；31线材导向器；32 盘簧工具；33 节距工具；40 切断机构；41 切断刀；42 支承刀；W 钢线材。

Claims (7)

1.一种弹簧成形装置，其特征在于，具备：借助多对送料辊供给钢线材的线材供给机构、加热前述钢线材的加热机构、将加热后的前述钢线材成形为线圈状的盘簧机构、将被盘簧为既定卷数的前述钢线材与后方的前述钢线材切离的切断机构，

前述盘簧机构具备线材导向器、盘簧工具以及节距工具，前述线材导向器用于将借助前述送料辊供给来的前述钢线材向加工部的适宜位置引导，前述盘簧工具用于将经由前述线材导向器供给来的前述钢线材加工成线圈形状，前述节距工具赋予前述线圈形状以节距，

前述切断机构具备切断刀和支承刀，前述切断刀将被盘簧为既定卷数的线圈与后方的前述钢线材切离，前述支承刀与该切断刀对置地配置并支承前述钢线材，

借助前述加热机构加热钢线材的区域被设置于前述送料辊与前述线材导向器的中间，

前述切断刀在切断前述钢线材时，形成如下所述的轨迹，该轨迹具备朝向前述支承刀方向的速度Va以及朝向盘簧后的前述钢线材的轴向的速度Vc，

在设切断前述钢线材时的该钢线材的进给速度为Vw时，Vc/Vw≥1.1。

2.如权利要求1所述的弹簧成形装置，其特征在于，前述送料辊与前述支承刀之间的空间距离为200~500mm。

3.如权利要求1或2所述的弹簧成形装置，其特征在于，前述加热机构使用高频加热，以与前述钢线材同心的方式配置的加热线圈的线圈长度为100~350mm。

4.如权利要求1或2所述的弹簧成形装置，其特征在于，前述切断刀将前述钢线材切断时的钢线材的进给速度是其他时候的前述钢线材的进给速度的50%~100%。

5.如权利要求4所述的弹簧成形装置，其特征在于，前述切断刀将前述钢线材切断时的钢线材的进给速度为其他时候的前述钢线材的进给速度的90%~100%。

6.如权利要求1或2所述的弹簧成形装置，其特征在于，在设切断前述钢线材时的该钢线材的进给速度为Vw时，2.5≥Vc/Vw。

7.一种弹簧成形方法，其特征在于，具备：将钢线材边进给边加热的加热工序、将加热后的前述钢线材盘簧成线圈形状的盘簧工序、将被盘簧为既定卷数的线圈与后方的前述钢线材切离的切断工序，

前述切断工序借助支承刀以及相对于该支承刀靠近或离开的切断刀进行，前述切断刀在切断前述弹簧时形成如下的轨迹，该轨迹具备朝向前述支承刀的方向的速度Va以及朝向盘簧后的前述钢线材的轴向的速度Vc，

在设切断前述钢线材时的该钢线材的进给速度为Vw时，Vc/Vw≥1.1。