CN115319422B - 一种波形弹簧的加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种波形弹簧的加工装置及其加工方法，属于弹簧生产技术领域。包括冲型模具、热定型工装、线切割夹具、磨削冲型模具及校正夹具；方法如下：对生产原材料进行处理后切割成薄平垫圈；对薄平垫圈进行冲压制成波形弹簧；对波形弹簧进行热定型时效；对波形弹簧进行内环线切及外环磨削；对波形弹簧进行压力校正及校型，对波形弹簧进行加载时效。本发明使波形弹簧在校正满足图纸尺寸要求的同时达到塑性变形，符合最终使用性能，保证了产品符合设计要求，达到了产品的使用要求及实际状态，提高了高温合金类波形弹簧产品加工的成品率及性能。

Description

一种波形弹簧的加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种波形弹簧的加工装置及其加工方法，属于弹簧生产技术领域。

背景技术

波形弹簧应用于石墨密封壳体组件中，它同石墨环配套使用，用于发动机轴端密封。石墨环与轴端接触，靠波形弹簧给它一个恒定平均的力保证密封，若所述力过大则会增加石墨环磨损从而降低使用寿命，若所述力过小则起不到密封效果。因此波形弹簧的弹力是一个重要的技术指标，同时波峰高度的一致性也是合格波形弹簧的重要因素。

现有技术中波形弹簧的生产步骤为：材料热处理(固溶)---钣金较平---线切割---冲型---时效处理---测量弹力，技术难度是在保证图纸尺寸要求时，弹力很难达到使用要求，从而无法满足性能要求。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种波形弹簧的加工装置及其加工方法。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种波形弹簧的加工方法，所述方法包括如下步骤：

S1：对生产原材料进行真空热处理；

S2：对S1所得生产原材料进行研磨以及校平操作；

S3：将S2所得生产原材料线切割成厚度为δ的薄平垫圈；

S4：通过冲型模具对S3所得薄平垫圈进行冲压制成波形弹簧；

S5：对S4所得波形弹簧进行热定型时效；

S6：通过线切割夹具对S5所得波形弹簧进行波形弹簧内环的线切加工；

S7：通过磨削冲型模具对S6所得波形弹簧进行波形弹簧的外环磨削；

S8：通过校正夹具将S7所得波形弹簧连续下压至额定高度4～6次，对波形弹簧进行压力校正以及校型；

S9：对S8所得波形弹簧进行加载时效。

本发明的一种波形弹簧的加工装置，包括冲型模具、热定型工装、线切割夹具、磨削冲型模具以及校正夹具；

所述冲型模具包括下模板、冲型芯轴、凹模、容框、凸模、上模板、模柄、导柱以及导套；所述下模板的上端与冲型芯轴、凹模以及容框同轴固定连接，所述凹模套装冲型芯轴的外侧，所述容框套装在凹模的外侧，下模板的外边缘与多个导柱的下端垂直固定连接，每个所述导柱上端的外侧均滑动套装导套，多个所述导套的上端均与上模板垂直固定连接，所述上模板的下端与凸模同轴固定连接，所述凸模与凹模配合设置，上模板的上端设有模柄。

所述热定型工装包括热定型芯轴、定型压套、垫圈二以及螺母二；所述定型芯轴的外壁一体设置有同轴设置的凸台一，定型芯轴的外侧依次贴合套装有定型压套、垫圈二以及螺母二，所述定型压套放置在所述凸台一上，所述螺母二与定型芯轴螺纹旋接锁紧；定型压套包括上套以及下套，所述上套以及下套的相对面为与波形弹簧匹配设置的波形面。

所述线切割夹具包括底座、切割压套以及定位锥套；所述底座上表面的中部设有放置槽，所述放置槽的中部设有贯穿其厚度方向的通孔，放置槽内设有截面为T型的环形结构的切割压套，所述切割压套的环腔与放置槽的通孔同径连通设置，且切割压套的环腔与定位锥套配合设置。

所述磨削冲型模具包括磨削芯轴、磨削压套、凹凸垫圈以及螺母三；所述磨削芯轴的外壁一体设置有同轴设置的凸台二，磨削芯轴的外侧依次贴合套装有磨削压套、凹凸垫圈以及螺母三，所述磨削压套与凸台二配合设置，所述螺母三与磨削芯轴螺纹旋接锁紧。

所述校正夹具包括校正芯轴、垫圈三、校正压套以及螺母四；所述校正芯轴外壁一体设置有同轴设置的凸台三，校正芯轴的外侧依次贴合套装有垫圈三、校正压套以及螺母四，所述垫圈三放置在所述凸台三上，所述螺母四与校正芯轴螺纹旋接锁紧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将合金圈冲压成型，使其产生轴向弯曲的趋势，热定型时效使其产生较大的塑性变形弹力，再将波形弹簧内外径加工至图纸尺寸后，进行波形弹簧的性能校正、校型和加载时效，使其在校正满足图纸尺寸要求的同时达到塑性变形，符合最终使用性能。

2、本发明加大了冲压成型、增加了热定型时效及加载时效过程，使波形弹簧产生了较稳定的塑性弯曲变形，并达到了规定的弹力要求；因此，即使波形弹簧在自由放置后，其仍可满足使用尺寸及性能要求，保证了产品符合设计要求，达到了产品的使用要求及实际状态，提高了高温合金类波形弹簧产品加工的成品率及性能。

附图说明

图1是S3所得厚度为δ的薄平垫圈的结构示意图；

图2是图1侧视图；

图3是冲型模具的结构示意图；

图4是冲型模具的冲模圆弧的结构示意图；

图5是S4所得波形弹簧的结构示意图；

图6是图5的剖视图；

图7是S7所得波形弹簧的结构示意图；

图8是图7的俯视图；

图9是图8的A-A剖视图；

图10是热定型工装的结构示意图；

图11是线切割夹具的底座和切割压套的连接关系示意图；

图12是线切割夹具的定位锥套的结构示意图；

图13是磨削冲型模具的结构示意图；

图14是校正夹具的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种波形弹簧的加工方法，所述方法包括如下步骤：

S1：对生产原材料优选GH4145板材通过真空热处理炉进行真空热处理；

保证生产原材料的一般加工热处理状态，由于生产原材料较薄，一般固溶处理表面容易氧化，因此采用真空固溶处理。所选板材厚度为0.4mm。

S2：对S1所得生产原材料进行研磨以及校平操作；

钳工对生产原材料两端面材料缺陷进行去除以及板材校平，从而减小生产原材料的弯曲度，提高板材端面的平整度，以便零件后续能够更好的加工，保证工序尺寸精度。

S3：将S2所得生产原材料通过电火花线切割机线切割成厚度为δ的薄平垫圈；

粗加工去除板材零件内外径余量，以便后续波形弹簧冲型，线切割后形成薄平垫圈，内径的单边余量以及外径的单边余量均为1mm。

S4：通过冲型模具对S3所得薄平垫圈进行冲压制成波形弹簧；

所述冲型模具包括下模板1、冲型芯轴2、凹模3、容框4、凸模5、上模板6、模柄8、导柱11以及导套12；所述下模板1的上端与冲型芯轴2、凹模3以及容框4同轴固定连接，冲型芯轴2通过螺母一15与下模板1的中部同轴固定连接，螺母一15与下模板1之间还设有垫圈一14；所述凹模3套装冲型芯轴2的外侧，所述容框4套装在凹模3的外侧，容框4通过圆柱销一13以及螺钉一16与下模板1同轴固定连接；容框4主要用于对凸模5以及凹模3进行定位；下模板1的外边缘与多个沿其周向均布设置的导柱11的下端垂直固定连接，每个所述导柱11上端的外侧均滑动套装导套12，多个所述导套12的上端均与上模板6垂直固定连接，所述上模板6的下端与凸模5通过螺钉二7以及圆柱销二10同轴固定连接，所述凸模5与凹模3配合设置，上模板6的上端通过圆柱销三9设有模柄8。

从波形弹簧的形状来看，冲压时材料存在拉伸，内外径尺寸存在减小或放大，因此，冲型模具采用中间冲型芯轴定位，这样既减小了波形弹簧内径的变化，又可减小回弹量。

波形弹簧的波形是通过冲型模具模压而成的。设计冲型模具时，主要考虑波形和弦高HA。波形弹簧的波形通常是正弦曲线，为简化计算和制作模具方便，将正弦曲线简化为圆弧进行设计制造。

冲型模具的弦高HA的组成包括：

A：波形弹簧的自由高度H；

B:在模压波形弹簧时，与冷卷螺旋弹簧一样产生的回弹量；因此，在设计冲型模具时应加深模具深度即弦高HA，用以补偿波形弹簧回弹后自由高度降低值H1；

C：由于把波形弹簧强压处理后，其自由高度H要比强压前有明显降低，因此，预留强压处理后的自由高度减低量H2；

根据以往多次试验可得，冲型模具弦高HA＝H+0.1～0.5H。当波形弹簧材料厚度δ小、宽度B大时，弦高HA取小值，反之则相应取较大值。

冲模圆弧R＝L²+HA²/4HA；

公式中：L为波峰E与波谷C光滑连接处波峰或波谷的弦长，其中：L＝πD/2N，D为波形弹簧外径，N为波峰或波谷的数量，优选三处,三处均布波峰波谷高度差在0.1mm内。

经多次试验与分析，波形弹簧内径d和外径D均留有单边1mm余量时，薄平垫圈的冲压高度为9.1mm，此时产生较大的轴向弹力。

使用时，将S3所得薄平垫圈套装在冲型芯轴2的外侧，并放置在凹模3上，而后释放上模板6带动凸模5与凹模3配合，将薄平垫圈模压成高度为HA1的波形弹簧。当高度为HA1的波形弹簧受到P(N)(43±3N)的弹簧压缩力时，弹簧压缩高度为Hb。

S5：对S4所得波形弹簧进行热定型时效；

此工序主要是对模压后的波形弹簧采用热处理的方式进行消除应力时效。定型时效后可以提高波形弹簧的力学性能和使用特性，且可稳定波形弹簧尺寸。

S501：对S4所得波形弹簧以5-10个为一组进行分组；

S502：将其中一组波形弹簧装入热定型工装内，进行真空热处理，温度一般为730±10℃，保温时间8±0.5小时；

S503：对S502所得波形弹簧进行炉冷；以每小时55±10℃的温度将S501所得波形弹簧炉冷至620±10℃，保温8±0.25小时。

S504：对S503所得波形弹簧进行空冷，表面无氧化皮；

S505：对剩余每组波形弹簧分别重复S502-S504。

热定型工序为波形弹簧定型及性能达标的重要步骤，若热定型后的波形弹簧无法完全达到波形弹簧性能及波形尺寸要求的，需根据实际弹力和波峰、波谷高度值进行定型工装的打磨修理，修理时需注意弧形的圆滑度及多处波峰或波谷应处于同一高度，从而保证波形弹簧定型时的完整性。

所述热定型工装包括热定型芯轴17、定型压套18、垫圈二19以及螺母二20；所述定型芯轴17的外壁一体设置有同轴设置的凸台一，定型芯轴17的外侧依次贴合套装有定型压套18、垫圈二19以及螺母二20，所述定型压套18放置在所述凸台一上，所述螺母二20与定型芯轴17螺纹旋接锁紧；定型压套18包括上套以及下套，所述上套以及下套的相对面为与波形弹簧匹配设置的波形面。

使用时，将一组波形弹簧放置在上套以及下套之间的波形面内，而后通过螺母二20将定型压套18锁紧，而后将整个热定型工装放置进真空热处理炉内。

S6：通过线切割夹具对S5所得波形弹簧在额定压缩量时进行波形弹簧内环的线切加工，将波形弹簧内径加工至理论值范围内，从而保证波形弹簧在使用过程中内径达到理想状态，避免与机体干涉；

所述线切割夹具包括底座21、切割压套22以及定位锥套24；所述底座21上表面的中部设有放置槽，所述放置槽的中部设有贯穿其厚度方向的通孔，放置槽内设有截面为T型的环形结构的切割压套22，所述切割压套22通过螺钉23与底座21连接，切割压套22的环腔与放置槽的通孔同径连通设置，且切割压套22的环腔与定位锥套24配合设置。

使用时，将S5所得波形弹簧放置在放置槽内，而后将切割压套22与底座21连接，最后通过定位锥套24对波形弹簧进行同心校准后，即可进行内环的线切加工。

S7：通过磨削冲型模具对S6所得波形弹簧进行波形弹簧的外环磨削；

在波形弹簧的自由状态高度H＝6.6mm图样尺寸的要求下进行波形弹簧内径线切及外径磨削。

使用磨削冲型模具磨削波形弹簧外径时，同样需在额定压缩量时进行，每5-10个波形弹簧为一组进行装夹加工。

所述磨削冲型模具包括磨削芯轴25、磨削压套32、凹凸垫圈42以及螺母三34；所述磨削芯轴25的外壁一体设置有同轴设置的凸台二，磨削芯轴25的外侧依次贴合套装有磨削压套32、凹凸垫圈42以及螺母三34，所述磨削压套32与凸台二配合设置，所述螺母三34与磨削芯轴25螺纹旋接锁紧；凹凸垫圈42用于保证同心，压紧均匀。

使用时，将S6所得波形弹簧套装在磨削芯轴25的外侧，并放置在凸台二与磨削压套32之间，通过螺母三34锁紧后，通过磨床对波形弹簧的外环进行磨削。

S8：通过校正夹具将S7所得波形弹簧连续下压至额定高度4～6次，对波形弹簧进行压力校正以及校型。这样既可保证波形弹簧有较好的尺寸稳定性，又能使波形弹簧达到弹性稳定状态，避免产生永久性变形，提高其工作的可靠性。均匀多次压缩波形弹簧波峰、波谷，调节其高度，使波形弹簧的压缩及回弹达到稳定状态，从而提高波形弹簧使用性。

所述校正夹具包括校正芯轴26、垫圈三27、校正压套28以及螺母四29；所述校正芯轴26外壁一体设置有同轴设置的凸台三，校正芯轴26的外侧依次贴合套装有垫圈三27、校正压套28以及螺母四29，所述垫圈三27放置在所述凸台三上，所述螺母四29与校正芯轴26螺纹旋接锁紧。

使用时，将一个波形弹簧放置在垫圈三27以及校正压套28之间，通过压迫校正压套28来均匀压缩波形弹簧进行校正。

S9：对S8所得波形弹簧进行加载时效。

通过上述的加工过程使薄平垫圈达到波形状态，形成整体均匀的波圈圆环，最终达到零件图纸要求。

S901：通过热定型工装将S8所得波形弹簧压缩至工作高度(3mm)，从而达到加载性能的效果；

S902：将热定型工装进行真空热处理，温度为200-300℃，保温时间2±0.25小时；

S903：对S902所得波形弹簧进行空冷，表面无氧化皮。

对波形弹簧采用压缩变形的热处理的方式进行波形弹簧性能固化。加载时效后同样可提高波形弹簧的力学性能和使用特性，且在稳定波形弹簧的尺寸的同时固化其性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种波形弹簧的加工方法，所述加工方法是依赖加工装置完成的；所述加工装置包括冲型模具、热定型工装、线切割夹具、磨削冲型模具以及校正夹具；

所述冲型模具包括下模板（1）、冲型芯轴（2）、凹模（3）、容框（4）、凸模（5）、上模板（6）、模柄（8）、导柱（11）以及导套（12）；所述下模板（1）的上端与冲型芯轴（2）、凹模（3）以及容框（4）同轴固定连接，所述凹模（3）套装冲型芯轴（2）的外侧，所述容框（4）套装在凹模（3）的外侧，下模板（1）的外边缘与多个导柱（11）的下端垂直固定连接，每个所述导柱（11）上端的外侧均滑动套装导套（12），多个所述导套（12）的上端均与上模板（6）垂直固定连接，所述上模板（6）的下端与凸模（5）同轴固定连接，所述凸模（5）与凹模（3）配合设置，上模板（6）的上端设有模柄（8）；

所述热定型工装包括热定型芯轴（17）、定型压套（18）、垫圈二（19）以及螺母二（20）；所述定型芯轴（17）的外壁一体设置有同轴设置的凸台一，定型芯轴（17）的外侧依次贴合套装有定型压套（18）、垫圈二（19）以及螺母二（20），所述定型压套（18）放置在所述凸台一上，所述螺母二（20）与定型芯轴（17）螺纹旋接锁紧；定型压套（18）包括上套以及下套，所述上套以及下套的相对面为与波形弹簧匹配设置的波形面；

所述线切割夹具包括底座（21）、切割压套（22）以及定位锥套（24）；所述底座（21）上表面的中部设有放置槽，所述放置槽的中部设有贯穿其厚度方向的通孔，放置槽内设有截面为T型的环形结构的切割压套（22），所述切割压套（22）的环腔与放置槽的通孔同径连通设置，且切割压套（22）的环腔与定位锥套（24）配合设置；

所述磨削冲型模具包括磨削芯轴（25）、磨削压套（32）、凹凸垫圈（42）以及螺母三（34）；所述磨削芯轴（25）的外壁一体设置有同轴设置的凸台二，磨削芯轴（25）的外侧依次贴合套装有磨削压套（32）、凹凸垫圈（42）以及螺母三（34），所述磨削压套（32）与凸台二配合设置，所述螺母三（34）与磨削芯轴（25）螺纹旋接锁紧；

所述校正夹具包括校正芯轴（26）、垫圈三（27）、校正压套（28）以及螺母四（29）；所述校正芯轴（26）外壁一体设置有同轴设置的凸台三，校正芯轴（26）的外侧依次贴合套装有垫圈三（27）、校正压套（28）以及螺母四（29），所述垫圈三（27）放置在所述凸台三上，所述螺母四（29）与校正芯轴（26）螺纹旋接锁紧；

其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1：对生产原材料进行真空热处理；

S2：对S1所得生产原材料进行研磨以及校平操作；

S3：将S2所得生产原材料线切割成厚度为δ的薄平垫圈；

S4：通过冲型模具对S3所得薄平垫圈进行冲压制成波形弹簧；

S5：对S4所得波形弹簧进行热定型时效；

S501：对S4所得波形弹簧以5-10个为一组进行分组；

S502：将其中一组波形弹簧装入热定型工装内，进行真空热处理；

S503：对S502所得波形弹簧进行炉冷；

S504：对S503所得波形弹簧进行空冷；

S505：对剩余每组波形弹簧分别重复S502-S504；

S6：通过线切割夹具对S5所得波形弹簧进行波形弹簧内环的线切加工；

S7：通过磨削冲型模具对S6所得波形弹簧进行波形弹簧的外环磨削；

S8：通过校正夹具将S7所得波形弹簧连续下压至额定高度4~6次，对波形弹簧进行压力校正以及校型；

S9：对S8所得波形弹簧进行加载时效。

2.根据权利要求1所述的一种波形弹簧的加工方法，其特征在于：所述S9包括如下步骤：

S901：通过热定型工装将S8所得波形弹簧压缩至工作高度；

S902：将热定型工装进行真空热处理；

S903：对S902所得波形弹簧进行空冷。

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