CN114226603A - 一种3j21薄壁波形弹簧时效工装及波形弹簧加工方法 - Google Patents

一种3j21薄壁波形弹簧时效工装及波形弹簧加工方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于机械加工技术领域,特别涉及一种3J21薄壁波形弹簧时效工装及波形弹簧加工方法。该时效工装包括上压块(2)、定位销(3)、下压块(4)及定位轴(6),上压块(2)与下压块(4)具有通孔,定位轴(6)穿过所述通孔,上压块(2)的下端面与下压块(4)的上端面均具有适配波形弹簧的多个波峰及波谷,定位轴(6)与下压块(4)固定连接,且定位轴(6)位于上压块(2)通孔的部分具有第一侧向通孔,上压块(2)在对应位置设置有第二侧向通孔,定位销(3)穿过所述第一侧向通孔及所述第二侧向通孔,其中上压块的波谷与下压块的波峰相对应,反之亦然。本申请的真空时效后的波形弹簧变形量较小,保证了弹簧的各项技术指标。

Description

一种3J21薄壁波形弹簧时效工装及波形弹簧加工方法
技术领域
本申请属于机械加工技术领域,特别涉及一种3J21薄壁波形弹簧时效工装及波形弹簧加工方法。
背景技术
目前3J21薄壁波形弹簧制造方法为,将所需厚度的3J21板料进行下料,下料后冲型,然后转入热处理工序,热处理操作者将波形弹簧平整排放在托盘中进行真空时效,最后检测弹力和高度。
以上方法主要存在以下问题。一、机加主要保证零件的形状尺寸,而对材料下料后的同板差不进行测量,导致真空时效后因材料厚度对弹力产生影响。二、真空时效是将波形弹簧平整摆放在托盘中使用真空退火炉进行时效。时效前将波形弹簧固定在一个高度范围以保证时效后弹力压缩后最终的高度在设计要求范围,形弹簧的高度和弹力应符合工艺要求。波形弹簧的高度在时效前控制在一个范围(高度高于工艺要求),时效后在弹力机上进行压缩测量弹力,在压缩过程中波形弹簧产生塑性变形高度会降低,降低后的最终高度满足工艺要求。由于波形弹簧真空时效前材料状态为软态,在转件、搬运、清洗和人工操作过程中零件高度发生改变(低于或高于时效前的高度范围),导致时效后进行弹力压缩零件塑性变形,最终高度无法满足工艺要求。波形弹簧在冲型过程中内径和外径的高度不同存在高度差,导致波形弹簧的面不是平面而是斜面。在弹力机上压缩检测弹力时,波形弹簧的受力不是一个平面(面接触)而是一条线(线接触)。由于受力面小,在压缩到一定范围内所产生的弹力小,最终波形弹簧的弹力小于工艺要求。由于以上机加和热处理原因,采用目前的制造方法方法,高度和弹力均不能满足工艺要求,每批合格率为20%左右。
发明内容
为了解决上述技术问题,本申请提供了一种3J21薄壁波形弹簧时效工装及波形弹簧加工方法,解决长期以来在波形弹簧制造过程中弹力和高度不合格问题。
本申请第一方面提供了一种3J21薄壁波形弹簧时效工装,包括上压块、定位销、下压块及定位轴,上压块与下压块具有通孔,定位轴穿过所述通孔,上压块的下端面与下压块的上端面均具有适配波形弹簧的多个波峰及波谷,定位轴与下压块固定连接,且定位轴位于所述上压块通孔的部分具有第一侧向通孔,所述上压块在对应位置设置有第二侧向通孔,绕所述定位轴转动上压块,能够使所述第一侧向通孔与所述第二侧向通孔对齐,当所述第一侧向通孔与所述第二侧向通孔对齐时,定位销穿过所述第一侧向通孔及所述第二侧向通孔,且所述上压块的波峰与下压块的波谷相对应,所述上压块的波谷与下压块的波峰相对应,所述上压块通过固定装置固定在定位轴的指定位置处。
优选的是,所述下压块与所述定位轴通过固定销固定连接。
优选的是,所述上压块的通孔内具有第一台阶面,所述定位轴至少具有两段不同外径的轴段,两个不同外径的轴段之间形成第二台阶面,当所述定位轴位于所述上压块与下压块的通孔内时,所述第一台阶面与所述第二台阶面能够抵接,且在所述第一台阶面与所述第二台阶面能够抵接时,所述上压块的下端面与下压块的上端面之间具有设定间隙。
优选的是,所述定位轴在穿过所述上压块之后的的部分具有第三侧向通孔,所述第三侧向通孔在定位轴两侧开口尺寸不同,以使得所述第三侧向通孔形成楔形孔,一楔块穿过所述第三侧向通孔后,将所述上压块限定在楔块下方。
本申请第二方面提供了一种3J21薄壁波形弹簧加工方法,主要包括:
步骤S1、使用冲床进行下料,形成多个条形的原材料;
步骤S2、使用千分尺对下料后的条形原材料进行厚度检测,确保板面厚度均匀;
步骤S3、在条形的原材料上进行冲压,形成多个圆环,在每个条形的原材料上形成20件冲压形成的废料,并将所述废料加工成硬度试片;
步骤S4、检查圆环厚度,确保圆环厚度在设计要求范围内;同时检测圆环内外径,确保内外径尺寸在设计要求范围内;
步骤S5、去除零件和硬度试片上的毛刺;
步骤S6、将圆环冲成波形弹簧,确保波形弹簧外圆、内圆和各波峰高度尺寸满足要求;
步骤S7、将所述波形弹簧放入上所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装中进行固定后,一同放入时效炉中进行加热。
优选的是,步骤S1中,所述条形的原材料上具有多个环形的待冲料部分,各待冲料部分之间间隔不小于2mm,各待冲料部分距下料件的边缘尺寸不小于2.5mm。
优选的是,步骤S2中,进行厚度检测时,检测点均匀分布在板料上。
优选的是,步骤S3中,所述硬度试片尺寸为t×10mm×10mm,其中t为原材料厚度。
优选的是,步骤S4中,采用千分尺检测圆环厚度,采用精度为0.02mm的游标卡尺检测圆环内外径。
优选的是,步骤S7中,将1~5个波形弹簧放入所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装中进行固定。
本申请波形弹簧机械加工及真空时效,弹力和高度均满足要求,真空时效后的变形量较小,保证了弹簧的各项技术指标。
附图说明
图1是本申请3J21薄壁波形弹簧时效工装的结构示意图。
图2是本申请图1所示实施例的定位轴结构示意图。
图3是本申请图1所示实施例的波形弹簧结构示意图。
其中,1-楔块,2-上压块,21-第一台阶面,22-下端面,3-定位销,4-下压块,41-上端面,5-固定销,6-定位轴,61-第二台阶面。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施方式中的附图,对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式,而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请第一方面提供了一种3J21薄壁波形弹簧时效工装,如图1及图2所示,包括上压块2、定位销3、下压块4及定位轴6,上压块2与下压块4具有通孔,定位轴6穿过所述通孔,上压块2的下端面与下压块4的上端面均具有适配波形弹簧的多个波峰及波谷,定位轴6与下压块4固定连接,且定位轴6位于所述上压块2通孔的部分具有第一侧向通孔,所述上压块2在对应位置设置有第二侧向通孔,绕所述定位轴6转动上压块2,能够使所述第一侧向通孔与所述第二侧向通孔对齐,当所述第一侧向通孔与所述第二侧向通孔对齐时,定位销3穿过所述第一侧向通孔及所述第二侧向通孔,且所述上压块2的波峰与下压块4的波谷相对应,所述上压块2的波谷与下压块4的波峰相对应,所述上压块2通过固定装置固定在定位轴6的指定位置处。
在一些可选实施方式中,所述下压块4与所述定位轴6通过固定销5固定连接。
在一些可选实施方式中,所述上压块2的通孔内具有第一台阶面21,所述定位轴6至少具有两段不同外径的轴段,两个不同外径的轴段之间形成第二台阶面61,当所述定位轴6位于所述上压块2与下压块4的通孔内时,所述第一台阶面与所述第二台阶面能够抵接,且在所述第一台阶面与所述第二台阶面能够抵接时,所述上压块2的下端面22与下压块4的上端面41之间具有设定间隙。
在一些可选实施方式中,所述定位轴6在穿过所述上压块2之后的的部分具有第三侧向通孔,所述第三侧向通孔在定位轴6两侧开口尺寸不同,以使得所述第三侧向通孔形成楔形孔,一楔块1穿过所述第三侧向通孔后,将所述上压块2限定在楔块1下方。
本申请在波形弹簧加工制造过程中,引入了时效工装,工装所选材料应在随炉加热时不发生组织转变、不会变形、不易损坏且和零件材料不发生反应。考虑到该工装有凸模和凹模,在460℃下时效受到波形弹簧的弹力作用,工装材料选用3Cr2W8V工模具钢。该工装的凸模和凹模为上压块和下压块,上压块的下表面和下压块的上表面的圆周端面均由三个波峰和波谷间隔均匀分布,且波峰和波谷形状与波形弹簧波峰波谷的波形及间隔一致。上压块压入下压块后,上压块的波峰与下压块的波谷贴合,上压块的波谷与下压块的波峰贴合,为了保证上压块与下压块波峰波谷贴合位置精确无偏移,专门在工装定位轴上固定位置安装一个定位销,上压块有一凹槽,只有定位销通过该凹槽,上压块和下压块才能贴合。当波形弹簧套在定位轴装入下压块时,波形弹簧的波峰波谷与下压块的波峰波谷贴合,然后上压块通过定位销定位套入定位轴上波谷与下压块波峰贴合,波峰与下压块波谷贴合,然后插入楔块将波形弹簧的高度进行定位,内外径高度也压至同一水平面。通过我们大量的实验,该工装最多可装5件0.5mm厚度的波形弹簧进行真空时效,时效后零件的高度尺寸和内外径高度差可完全满足要求。
本实施例中,定位轴6的结构如图2所示,定位轴由一外圆为
Figure BDA0003407699190000051
厚度为8mm的底座;一段
Figure BDA0003407699190000052
的轴(该段外径的选择与所处理波形弹簧的外径有关,应避免波形弹簧套入定位轴时过紧),从轴底端往上7mm处为圆心打一
Figure BDA0003407699190000053
的固定通孔,一段
Figure BDA0003407699190000054
Figure BDA0003407699190000055
的轴,从轴底端往上61mm处为圆心打一
Figure BDA0003407699190000056
的定位销孔,再从轴底端往上
Figure BDA0003407699190000057
处往上开一个轴一面高为13mm另一面高度和13mm成5°+3′,宽度为
Figure BDA0003407699190000058
的楔孔。
本实施例中,压块总高
Figure BDA0003407699190000059
内径为
Figure BDA00034076991900000510
(*尺寸与定位轴中的
Figure BDA00034076991900000511
尺寸配F5),外径从下压块底端往上由
Figure BDA00034076991900000512
(该段外径与定位轴底座直径相同)与
Figure BDA00034076991900000513
(该段外径与波形弹簧外径有关,下压块外径应大于波形弹簧外径)组成,从下压块底端往上7mm为圆心开一
Figure BDA00034076991900000514
的固定销通孔。下压块的上表面的圆周端面均由三个波峰和波谷间隔均匀分布,波形与所处理波形弹簧的波形完全一致。上压块总高
Figure BDA00034076991900000515
从上压块上端往下由外径
Figure BDA00034076991900000516
和外径
Figure BDA00034076991900000517
两段组成;从上压块上端往下由内径
Figure BDA00034076991900000518
Figure BDA00034076991900000519
和内径
Figure BDA00034076991900000520
两段组成;在内径
Figure BDA00034076991900000521
处开一定位销槽,槽宽
Figure BDA00034076991900000522
槽最外端距内径圆心距离17mm。楔块总长90mm,宽
Figure BDA00034076991900000523
一端高10mm,高度逐渐均匀升高,另一端高度与10mm成5°角。
基于上述工装,本申请第二方面提供了一种3J21薄壁波形弹簧加工方法,主要包括:
1、下料:使用冲床进行下料,下料形状为条形,上下边缘及左边缘距零件外圆不小于2.5mm,零件间隔距离不小于2mm,根据所需零件数量决定下料长度。
检测同板差:使用千分尺对下料后的原材料进行厚度检测(检测点应均匀分布在板料上),检测结果应符合零件厚度要求。
3、冲圆环:使用冲床和零件专用落料冲孔模冲圆环。每批保留20件本工序冲孔后的废料,转下工序加工硬度试片。
4、检测圆环尺寸:原材料冲成圆环后用千分尺检查圆环厚度,圆环厚度在设计要求范围内;用精度0.02mm游标卡尺检测圆环内外径,内外径尺寸在设计要求范围内。
5、加工硬度试片:用上工序废料加工硬度试片,试片尺寸:t(材料厚度)×10mm×10mm。
6、去毛刺:使用砂纸去零件和硬度试片上的毛刺,至目视零件和硬度试片上无毛刺即可。
7、冲型:使用冲床和专用弯形模具将圆环冲成波形弹簧,如图3所示。
8、检测:圆环弯型成波形弹簧后,在标准平台上用精度0.02mm卡尺检测波形弹簧外圆、内圆和6个波峰高度,内外圆尺寸及6个波峰高度均应满足工艺要求。
9、校正:尺寸不满足要求的波形弹簧人工校正至合格尺寸。
10、总检:按工艺检测波形弹簧内外径和高度尺寸,其余由合格模具保证。
11、将所述波形弹簧放入上所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装中进行固定后,一同放入时效炉中进行加热。
在一个具体实施方式中,真空时效前高度为(4.8-5.05)mm,经弹力检测压缩变形后最终高度为(4.4±0.2)mm;(2)弹力:将波形弹簧压缩至(2.3±0.1)mm,弹力在(120±12)N内,压缩至(1.0±0.1)mm弹力在(210±24)N内。真空时效后各项指标情况:
(1)真空时效前高度为(4.8-5.05)mm,真空退火后的高度依旧在(4.8-5.05)mm,经弹力检测压缩变形后最终高度为(4.4±0.2)mm;
(2)由于该波形弹簧面较宽,在冲型后内外径高度差较大不在一平面上(即波形弹簧面为斜面),真空时效后检测内外径高度差,高度差明显降低几乎在一平面上。
(3)弹力:将波形弹簧压缩至(2.3±0.1)mm弹力在(120±12)N内,压缩至(1.0±0.1)mm弹力在(210±24)N内。
通过装入工装进行时效,在时效过程高度进行固定,最终高度满足要求;由于工装上压块和下压块将整个波形弹簧面压住,将波形弹簧由冲型导致的斜面压平,时效后波形弹簧整个面接近于平面,在弹力压缩过程中几乎整个面受力产生弹性变形,导致弹力增大,满足了规定要求。
该工艺已应用于某发电机系统波形弹簧的真空时效,通过本制造工艺后波形弹簧变形量小,尺寸、弹力、高度均符合要求,节省人力物力等优点。使用该3J21波形弹簧能够提高波形弹簧一次提高合格率。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种3J21薄壁波形弹簧时效工装,其特征在于,包括上压块(2)、定位销(3)、下压块(4)及定位轴(6),上压块(2)与下压块(4)具有通孔,定位轴(6)穿过所述通孔,上压块(2)的下端面与下压块(4)的上端面均具有适配波形弹簧的多个波峰及波谷,定位轴(6)与下压块(4)固定连接,且定位轴(6)位于所述上压块(2)通孔的部分具有第一侧向通孔,所述上压块(2)在对应位置设置有第二侧向通孔,绕所述定位轴(6)转动上压块(2),能够使所述第一侧向通孔与所述第二侧向通孔对齐,当所述第一侧向通孔与所述第二侧向通孔对齐时,定位销(3)穿过所述第一侧向通孔及所述第二侧向通孔,且所述上压块(2)的波峰与下压块(4)的波谷相对应,所述上压块(2)的波谷与下压块(4)的波峰相对应,所述上压块(2)通过固定装置固定在定位轴(6)的指定位置处。
2.如权利要求1所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装,其特征在于,所述下压块(4)与所述定位轴(6)通过固定销(5)固定连接。
3.如权利要求1所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装,其特征在于,所述上压块(2)的通孔内具有第一台阶面(21),所述定位轴(6)至少具有两段不同外径的轴段,两个不同外径的轴段之间形成第二台阶面(61),当所述定位轴(6)位于所述上压块(2)与下压块(4)的通孔内时,所述第一台阶面与所述第二台阶面能够抵接,且在所述第一台阶面与所述第二台阶面能够抵接时,所述上压块(2)的下端面(22)与下压块(4)的上端面(41)之间具有设定间隙。
4.如权利要求1所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装,其特征在于,所述定位轴(6)在穿过所述上压块(2)之后的的部分具有第三侧向通孔,所述第三侧向通孔在定位轴(6)两侧开口尺寸不同,以使得所述第三侧向通孔形成楔形孔,一楔块(1)穿过所述第三侧向通孔后,将所述上压块(2)限定在楔块(1)下方。
5.一种3J21薄壁波形弹簧加工方法,其特征在于,包括:
步骤S1、使用冲床进行下料,形成多个条形的原材料;
步骤S2、使用千分尺对下料后的条形原材料进行厚度检测,确保板面厚度均匀;
步骤S3、在条形的原材料上进行冲压,形成多个圆环,在每个条形的原材料上形成20件冲压形成的废料,并将所述废料加工成硬度试片;
步骤S4、检查圆环厚度,确保圆环厚度在设计要求范围内;同时检测圆环内外径,确保内外径尺寸在设计要求范围内;
步骤S5、去除零件和硬度试片上的毛刺;
步骤S6、将圆环冲成波形弹簧,确保波形弹簧外圆、内圆和各波峰高度尺寸满足要求;
步骤S7、将所述波形弹簧放入如权利要求1所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装中进行固定后,一同放入时效炉中进行加热。
6.如权利要求5所述的3J21薄壁波形弹簧加工方法,其特征在于,步骤S1中,所述条形的原材料上具有多个环形的待冲料部分,各待冲料部分之间间隔不小于2mm,各待冲料部分距下料件的边缘尺寸不小于2.5mm。
7.如权利要求5所述的3J21薄壁波形弹簧加工方法,其特征在于,步骤S2中,进行厚度检测时,检测点均匀分布在板料上。
8.如权利要求5所述的3J21薄壁波形弹簧加工方法,其特征在于,步骤S3中,所述硬度试片尺寸为t×10mm×10mm,其中t为原材料厚度。
9.如权利要求5所述的3J21薄壁波形弹簧加工方法,其特征在于,步骤S4中,采用千分尺检测圆环厚度,采用精度为0.02mm的游标卡尺检测圆环内外径。
10.如权利要求5所述的3J21薄壁波形弹簧加工方法,其特征在于,步骤S7中,将1~5个波形弹簧放入所述的3J21薄壁波形弹簧时效工装中进行固定。
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