CN110358893A - 一种涡卷弹簧的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡卷弹簧的制备工艺，涉及弹簧制备的技术领域，包括以下步骤：S1：弹簧原材料准备；S2：对所述原材料进行冲孔处理，得到冲孔料；S3：对所述冲孔料进行成型处理，得到成型料；S4：对所述成型料用专用芯轴进行卷绕处理，得到卷簧中间料；S5：对所述卷簧中间料依次进行正火、淬火、回火处理，得到卷簧半成品；S6：对所述卷簧半成品进行铰孔和喷丸后处理，得到后处理半成品；S7：对所述后处理半成品进行尺寸检验，合格后再进行表面处理，最后得到成品涡卷弹簧。本发明的制备方法具有提高涡卷弹簧成品质量的优点。

Description

一种涡卷弹簧的制备工艺
技术领域
本发明涉及弹簧加工的技术领域，尤其是涉及一种涡卷弹簧的制备工艺。
背景技术
平面涡卷弹簧，又名发条弹簧，是一种一端固定而另一端作用有扭矩的弹簧；在扭矩作用下弹簧材料产生弯曲弹性变形，使弹簧在平面内产生扭转，其变形角的大小与扭矩成正比。
现有的涡卷弹簧的生产工艺包括卷簧、热处理、喷丸处理等步骤，在涡卷弹簧的热处理中，现有的工艺大多是只经过淬火和回火处理，最后成型后的得到涡卷弹簧的组织精密度较低，疲劳强度较低，产品质量较低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种涡卷弹簧的制备工艺，通过在对涡卷弹簧成型的过程中添加正火处理，并通过工艺参数的改进，使得涡卷弹簧成品的组织密度得到提升，质量提高。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种涡卷弹簧的制备工艺，包括以下步骤：
S1：弹簧原材料准备；
S2：对所述原材料进行冲孔处理，得到冲孔料；
S3：对所述冲孔料进行成型处理，得到成型料；
S4：对所述成型料用专用芯轴进行卷绕处理，得到卷簧中间料；
S5：对所述卷簧中间料依次进行正火、淬火、回火处理，得到卷簧半成品；
S6：对所述卷簧半成品进行铰孔和喷丸后处理，得到后处理半成品；
S7：对所述后处理半成品进行尺寸检验，合格后再进行表面处理，最后得到成品涡卷弹簧。
通过采用上述技术方案，弹簧原材料经过冲孔和成型后，然后通过专用芯轴卷曲成卷簧中间料，再通过热处理对卷簧中间料的屈服强度、弹性、韧性进行改善。先通过正火处理，以优于退火的冷却速度使得卷簧中间料的韧性得到提升，然后再通过淬火，加热卷簧中间料至临界点以上，改变卷簧中间料内部的金属结构和状态，然后再以大于临界冷却速度进行冷却，得到介稳态马氏体，但是淬火后的马氏体组织内部的状态并不稳定，卷簧中间料较脆。所以再通过回火处理，将卷簧中间料加热至临界温度以下的某一温度，然后保温一段时间，使得卷簧中间料内的金属组织能够均匀分配，从而得到强度和韧性都较好的卷簧半成品。
然后卷簧半成品再通过喷丸铰孔的后处理，对卷簧半成品表面进行处理，喷丸处理使得卷簧半成品表面发生塑性变形，形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，使得弹簧在承受载荷时可以抵消一部分应力，提高疲劳强度。最后经过检验合格后得到成品涡卷弹簧，成品涡卷弹簧具有优良的屈服强度、弹性以及韧性。
本发明进一步设置为：所述步骤S4中卷绕处理时，所述成型料下方用瓦楞纸板进行铺垫。
本发明进一步设置为：所述步骤S5中，所述卷簧中间料正火处理的保温时间为60～120mi n；淬火处理时，将经过正火处理后的所述卷簧中间料浸入淬火油中上下垂直摆动，淬火完成后通过15～30 分钟的冷却再进行回火处理，回火处理时间控制在1～2小时。
本发明进一步设置为：所述淬火油包括以下重量份数的组分：
矿物油70～90份；
石油磺酸钠1～5份；
十二烯基丁二酸0.5～1份；
山梨糖醇单油酸酯0.5～1份；
β-胡萝卜素0.5～1份；
番茄红素0.5～1份；
聚异丁二烯1～5份。
通过采用上述技术方案，矿物油作为淬火油的基础油，石油磺酸钠和十二烯基丁二酸作为防锈剂，可以避免材料在淬火冷却的过程中由于温度的降低对材料的组织形态发生改变造成的氧化作用，β-胡萝卜素和番茄红素为天然抗氧化剂，也可以避免材料在淬火过程中的氧化过程，而且β-胡萝卜素和番茄红素可以得到完全降解，对于环境的影响较小。山梨糖醇单油酸酯为非离子表面活性剂，对于矿物油与其他组分之间的混溶效果具有一定的增效作用。
本发明进一步设置为：所述成型料在进行所述步骤S4卷绕操作前，先对成型料进行端头修整处理；所述端头修整处理过程对成型料采用一种弹簧端头打磨设备进行磨平处理以及内外去毛刺处理。
本发明进一步设置为：所述弹簧端头打磨设备包括主机架,主机架的一侧安装有升降机构，所述升降机构上连接有安装架，所述安装架上安装有平移机构，所述平移机构上连接有砂轮架，所述砂轮架上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上安装有第一传动轮，所述砂轮架远离驱动电机的一端转动安装有第二传动轮，所述第一传动轮和第二传动轮上安装有皮带，所述第二传动轮一侧固定连接有砂轮，所述主机架靠近砂轮的一侧设置有用于夹持弹簧的夹持机构。
通过采用上述技术方案，主机架先通过夹持机构将需要打磨端头的弹簧固定在主机架上，然后再通过升降机构带动转动的砂轮下降，并驱动平移机构水平移动砂轮，使得砂轮将端头打磨到所需长度。砂轮转到通过启动驱动电机，使得驱动电机的输出轴转动带动第一传动轮转动，第一传动轮通过皮带带动第二传动轮转动，第二传动轮转动带动砂轮转动。利用砂轮打磨弹簧端面的方式更加方便，容易操作，且成本更低。
本发明进一步设置为：所述升降机构包括与主机架相连的升降架，所述升降架上安装有升降电机，所述升降电机的输出轴上键连接有第一锥齿轮，所述升降架的底壁上安装有与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，所述第二锥齿轮上固定连接有螺杆，所述螺杆远离与第二锥齿轮相连的一端与升降架的顶壁相连，所述螺杆上螺纹配合有滑动块，所述滑动块与安装架相连。所述平移机构包括沿安装架的长度方向设置有滑轨，所述砂轮架与滑轨滑动连接，所述升降架的一侧安装有平移驱动气缸，所述平移驱动气缸的活塞杆与砂轮架相连。
通过采用上述技术方案，升降电机启动，升降电机的输出轴转动带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮转动带动第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动螺杆转动，螺杆转动使得与其螺纹配合的滑动块沿螺杆进行移动，从而使得砂轮可以对弹簧的端头进行打磨。平移驱动气缸启动后，平移驱动气缸的活塞杆带动安装架在滑轨上滑动，从而带动砂轮架和砂轮架上的砂轮移动。砂轮的平移可以对直径较大的弹簧端头进行打磨，增加打磨接触面积。
本发明进一步设置为：所述夹持机构包括安装在砂轮一侧对称砂轮轴线设置的夹持件，所述夹持件包括与主机架相连的夹持架，所述夹持件还包括夹持气缸，所述夹持气缸与夹持架相连，所述夹持气缸的活塞杆上连接夹持块，所述夹持架上开设有定位槽，所述夹持块与定位槽滑动连接。所述夹持块远离与活塞杆相连的一端的顶壁上连接有稳定块，所述稳定块的端面与活塞杆之间的距离大于夹持块与活塞杆之间的距离。所述夹持块远离与活塞杆相连的一端的夹持面上涂覆有一层橡胶层。
通过采用上述技术方案，夹持机构夹持弹簧时，先将弹簧放在夹持块之间，然后启动夹持气缸，夹持气缸的活塞杆带动夹持块移动，将弹簧夹持住。定位槽对于夹持块的移动起到限位和导向作用，当夹持完成后，可以提高夹持块的稳定性。稳定块对于夹持块之间夹持的弹簧具有一定的保护作用，可以保护夹持块之间的弹簧在不易从夹持块之间滑出。橡胶层在挤压时会发生形变，从而使得夹持块与被夹持的弹簧之间的接触面积增大，从而使得夹持块夹持弹簧更加稳定。
本发明进一步设置为：所述夹持架与主机架之间设置有调节件，所述调节件包括与夹持架底壁相连的调节块，所述主机架上开设有调节孔，所述调节块与调节孔滑动连接，所述调节块的底壁上螺纹连接有抵接板，所述抵接板与主机架的侧壁相抵紧。所述主机架靠近砂轮的一侧还安装有废屑收集机构，所述废屑收集机构包括与主机架相连的废屑进料管，所述废屑进料管一端靠近砂轮，所述废屑进料管的另一端连接废屑收集箱，所述废屑收集箱的侧壁上安装有抽风机。
通过采用上述技术方案，根据弹簧长度可以调整夹持件的位置，使得夹持件在夹持弹簧时更加稳定。调整时，先将抵接板与调节块通过转动分离，然后滑动夹持架，调节块在调节孔内滑动，当滑动到所需位置后，再通过转动抵接板与调节块螺纹配合，使得抵接板与主机架抵紧。砂轮在对弹簧端头进行打磨时，打磨产生的废屑可以通过抽风机的吸力沿废屑进料管进入废屑收集箱内，从而使得废屑不会在主机架上积聚，影响砂轮的打磨以及工人的操作性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过在对涡卷弹簧成型的过程中添加正火处理，并通过工艺参数的改进，使得涡卷弹簧成品的组织密度得到提升，质量提高；
2、通过改进淬火油中的各组分的配比，添加天然抗氧化剂，使得淬火油对于淬火过程的冷却效果得到提升；
3、通过利用升降的转动砂轮对弹簧端头进行打磨，与现有技术相比更加方便快捷，提高了工作效率；
4、通过设置调节件对夹持机构进行位置调节，从而使得不同长度的弹簧都可以选择较优的夹持点，提高夹持的稳定性。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为升降机构和主机架的立体图；
图3为夹持机构的爆炸图。
附图标记：1、主机架；2、升降机构；21、升降架；22、升降电机； 23、第一锥齿轮；24、第二锥齿轮；25、螺杆；26、滑动块；27、安装架；3、平移机构；31、滑轨；32、砂轮架；321、驱动电机；322、第一传动轮；323、第二传动轮；324、皮带；325、砂轮；33、平移驱动气缸；4、夹持机构；41、夹持件；42、夹持架；43、夹持气缸； 44、夹持块；45、定位槽；46、稳定块；5、调节件；51、调节块； 52、调节孔；53、抵接板；6、废屑收集机构；61、废屑进料管；62、废屑收集箱；63、抽风机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
参照图1，本发明公开的一种涡卷弹簧的制备工艺，包括以下步骤：
S1：弹簧原材料准备；
S2：对原材料进行冲孔处理，得到冲孔料；
S3：对冲孔料进行成型处理，得到成型料；
S4：先用弹簧端头打磨设备对成型料进行端头打磨处理以及内外去毛刺处理，再用专用芯轴进行卷绕处理，卷绕处理时，成型料下方用瓦楞纸板进行铺垫，卷绕完成后得到卷簧中间料；
S5：对所述卷簧中间料依次进行正火、淬火、回火处理，得到卷簧半成品；其中，卷簧中间料正火处理的保温时间为60mi n；淬火处理时，将经过正火处理后的卷簧中间料浸入淬火油中上下垂直摆动；淬火油包括以下重量份数的组分：
矿物油70份；
石油磺酸钠1份；
十二烯基丁二酸0.5份；
山梨糖醇单油酸酯0.5份；
β-胡萝卜素0.5份；
番茄红素0.5份；
聚异丁二烯1份。
淬火完成后通过15分钟的冷却再进行回火处理，回火处理时间控制在1小时。
S6：对所述卷簧半成品进行铰孔和喷丸后处理，得到后处理半成品；
S7：对所述后处理半成品进行尺寸检验，合格后再进行表面处理，最后得到成品涡卷弹簧。
参照图1和图2，弹簧端头打磨设备包括主机架1，主机架1的一侧设置有升降机构2，升降机构2包括升降架21，升降架21与主机架1固定相连。升降机构2还包括安装在升降架21上的升降电机 22，升降电机22的输出轴上键连接有第一锥齿轮23，升降架21上还转动连接有与第一锥齿轮23相啮合的第二锥齿轮24。第二锥齿轮 24上固定连接有螺杆25，螺杆25远离第二锥齿轮24的一端与升降架21转动连接。螺杆25上螺纹配合安装有滑动块26，滑动块26上连接有安装架27。
参照图1，安装架27上设置有平移机构3，平移机构3包括沿安装架27长度方向设置的滑轨31，滑轨31上滑动安装有砂轮架32。安装架27长度方向的一端安装有平移驱动气缸33，平移驱动气缸33 的活塞杆与砂轮架32固定相连。
参照图2，砂轮架32上安装有驱动电机321，驱动电机321的输出轴上键连接有第一传动轮322。砂轮架32远离驱动电机321的一端转动连接有第二传动轮323，第一传动轮322和第二传动轮323上安装有皮带324。第二传动轮323远离升降架21的侧壁中心固定连接有砂轮325。
参照图3，主机架1上还安装有夹持机构4，夹持机构4包括沿砂轮325的轴线对称设置的夹持件41。夹持件41包括与主机架1固定相连的夹持架42以及安装在夹持架42上的夹持气缸43。夹持气缸43的活塞杆上连接有夹持块44，夹持架42上开设有定位槽45，夹持块44与定位槽45滑动连接。
参照图3，夹持块44的顶壁上固定连接有稳定块46，稳定块46 的端面与活塞杆端面之间的距离大于夹持块44端面与活塞杆端面之间的距离。夹持块44的端面上涂覆有一层橡胶层。
参照图3，夹持架42与主机架1之间设置有调节件5，调节件5 包括与夹持架42底壁相连的调节块51，主机架1上开设有调节孔52，调节块51与调节孔52滑动连接，调节块51的底壁上螺纹连接有抵接板53，抵接板53与主机架1的侧壁相抵紧。
参照图1，主机架1上还安装有废屑收集机构6，废屑收集机构 6包括与砂轮架32固定相连的废屑进料管61，废屑进料管61一端靠近砂轮325，废屑进料管61的另一端固定连接废屑收集箱62，且废屑进料管61与废屑收集箱62的内腔相连通。废屑收集箱62与砂轮架32固定连接，废屑收集箱62的侧壁上安装有抽风机63。
本实施例的实施原理为：弹簧打磨设备在使用时，先调节夹持机构4的位置，将抵接板53与调节块51之间通过螺纹转动，使得的抵接板53与夹持架42之间的距离增大，然后移动夹持架42，调节夹持架42的所需位置后，再将抵接板53与夹持架42相抵紧。然后将弹簧放到夹持块44之间，并使得端头朝上，使得端头在砂轮325的正下方，然后启动夹持气缸43，夹持气缸43的活塞杆推动夹持块44 将弹簧夹紧。
然后启动驱动电机321，驱动电机321的输出轴转动带动第一传动轮322转动，第一传动轮322转动带动皮带324传动，皮带324传动带动第二传动轮323转动，第二传动轮323转动带动砂轮325转动。
然后再启动升降电机22，升降电机22的输出轴转动带动第一锥齿轮23转动，第一锥齿轮23转动带动第二锥齿轮24转动，第二锥齿轮24带动螺杆25转动，螺杆25转动带动滑动块26下降，滑动块 26带动安装架27以及安装架27上的砂轮架32一起下降，使得砂轮325对端头进行打磨，将端头打磨到所需的长度。
实施例2～5与实施例1的区别在于正火的保温时间、淬火的冷却时间以及回火处理时间计为下表。
实施例6～9与实施例1的区别在于淬火油中各组分按重量份数计为下表。
对比例
对比例1与实施例1的区别在于：弹簧中间料不进行正火处理；
对比例2与实施例1的区别在于：淬火油采购山东福斯润滑油有限公司的德耐尔淬火油，货号CHY-1。
弹簧疲劳强度测试
将弹簧放在弹簧疲劳试验机中进行检测其到达疲劳程度的压缩次数。弹簧疲劳试验机采用济南中创工业测试系统有限公司制造的锐玛平面涡卷弹簧疲劳试验机。
实施例 疲劳次数(次)
实施例1 12000
对比例1 3300
对比例2 9600
结论：通过上表的数据可以看出，实施例1工艺制作得到的涡卷弹簧的疲劳次数远大于对比例1，证明正火工艺的增加改善了材料的组织精密度，提高了涡卷弹簧的疲劳次数。而实施例1与对比例2对比可以得出淬火油的改进替换，使得淬火得到的涡卷弹簧的疲劳次数也得到增加，证明本发明的淬火油具有提高涡卷弹簧的性能和强度的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：弹簧原材料准备；
S2：对所述原材料进行冲孔处理，得到冲孔料；
S3：对所述冲孔料进行成型处理，得到成型料；
S4：对所述成型料用专用芯轴进行卷绕处理，得到卷簧中间料；
S5：对所述卷簧中间料依次进行正火、淬火、回火处理，得到卷簧半成品；
S6：对所述卷簧半成品进行铰孔和喷丸后处理，得到后处理半成品；
S7：对所述后处理半成品进行尺寸检验，合格后再进行表面处理，最后得到成品涡卷弹簧。
2.根据权利要求1所述的一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：所述步骤S4中卷绕处理时，所述成型料下方用瓦楞纸板进行铺垫。
3.根据权利要求1所述的一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：所述步骤S5中，所述卷簧中间料正火处理的保温时间为60～120min；淬火处理时，将经过正火处理后的所述卷簧中间料浸入淬火油中上下垂直摆动，淬火完成后通过15～30分钟的冷却再进行回火处理，回火处理时间控制在1～2小时。
4.根据权利要求1所述的一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：所述淬火油包括以下重量份数的组分：
矿物油70～90份；
石油磺酸钠1～5份；
十二烯基丁二酸0.5～1份；
山梨糖醇单油酸酯0.5～1份；
β-胡萝卜素0.5～1份；
番茄红素0.5～1份；
聚异丁二烯1～5份。
5.根据权利要求1所述的一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：所述成型料在进行所述步骤S4卷绕操作前，先对成型料进行端头修整处理；所述端头修整处理过程对成型料采用一种弹簧端头打磨设备进行磨平处理以及内外去毛刺处理。
6.根据权利要求5所述的一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：所述弹簧端头打磨设备包括主机架(1)，主机架(1)的一侧安装有升降机构(2)，所述升降机构(2)上连接有安装架(27)，所述安装架(27)上安装有平移机构(3)，所述平移机构(3)上连接有砂轮架(32)，所述砂轮架(32)上安装有驱动电机(321)，所述驱动电机(321)的输出轴上安装有第一传动轮(322)，所述砂轮架(32)远离驱动电机(321)的一端转动安装有第二传动轮(323)，所述第一传动轮(322)和第二传动轮(323)上安装有皮带(324)，所述第二传动轮(323)一侧固定连接有砂轮(325)，所述主机架(1)靠近砂轮(325)的一侧设置有用于夹持弹簧的夹持机构(4)。
7.根据权利要求1所述的一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：所述升降机构(2)包括与主机架(1)相连的升降架(21)，所述升降架(21)上安装有升降电机(22)，所述升降电机(22)的输出轴上键连接有第一锥齿轮(23)，所述升降架(21)的底壁上安装有与第一锥齿轮(23)相啮合的第二锥齿轮(24)，所述第二锥齿轮(24)上固定连接有螺杆(25)，所述螺杆(25)远离与第二锥齿轮(24)相连的一端与升降架(21)的顶壁相连，所述螺杆(25)上螺纹配合有滑动块(26)，所述滑动块(26)与安装架(27)相连；
所述平移机构(3)包括沿安装架(27)的长度方向设置有滑轨(31)，所述砂轮架(32)与滑轨(31)滑动连接，所述升降架(21)的一侧安装有平移驱动气缸(33)，所述平移驱动气缸(33)的活塞杆与砂轮架(32)相连。
8.根据权利要求1所述的一种涡卷弹簧的制备工艺，其特征在于：所述夹持机构(4)包括安装在砂轮(325)一侧对称砂轮(325)轴线设置的夹持件(41)，所述夹持件(41)包括与主机架(1)相连的夹持架(42)，所述夹持件(41)还包括夹持气缸(43)，所述夹持气缸(43)与夹持架(42)相连，所述夹持气缸(43)的活塞杆上连接夹持块(44)，所述夹持架(42)上开设有定位槽(45)，所述夹持块(44)与定位槽(45)滑动连接；
所述夹持块(44)远离与活塞杆相连的一端的顶壁上连接有稳定块(46)，所述稳定块(46)的端面与活塞杆之间的距离大于夹持块(44)与活塞杆之间的距离；所述夹持块(44)远离与活塞杆相连的一端的夹持面上涂覆有一层橡胶层。
9.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述夹持架(42)与主机架(1)之间设置有调节件(5)，所述调节件(5)包括与夹持架(42)底壁相连的调节块(51)，所述主机架(1)上开设有调节孔(52)，所述调节块(51)与调节孔(52)滑动连接，所述调节块(51)的底壁上螺纹连接有抵接板(53)，所述抵接板(53)与主机架(1)的侧壁相抵紧；
所述主机架(1)靠近砂轮(325)的一侧还安装有废屑收集机构(6)，所述废屑收集机构(6)包括与主机架(1)相连的废屑进料管(61)，所述废屑进料管(61)一端靠近砂轮(325)，所述废屑进料管(61)的另一端连接废屑收集箱(62)，所述废屑收集箱(62)的侧壁上安装有抽风机(63)。
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