CN117086234B - 一种恒力弹簧制造装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒力弹簧制造装置及制造方法，属于精密弹簧制造技术领域，制造装置包括机架及其上的开卷机构、左反弯辊组、成形辊组、右反弯辊组和收卷机构，成形辊组设于机架中部，左、右两反弯辊组分别设于成形辊组两侧，开卷机构设于左反弯辊组左侧，收卷机构设于右反弯辊组右侧。制造方法包括以下步骤：备料、引带、合辊、成形、反弯矫正、往复成形、出件、成品。带料通过开卷机构放卷后，经左反弯辊组，成形辊组成形，再经右反弯辊组矫正后，收卷机构收卷。通过对带料多次往复弯曲消除内部残余应力，提高产品稳定性；以冷成形方式制件，简化了生产工艺，保证制件的成形曲率和尺寸精度，提高了生产效率，降低了能耗与成本。

Description

一种恒力弹簧制造装置及制造方法

技术领域

本发明属于精密弹簧制造技术领域，尤其涉及一种恒力弹簧制造装置及制造方法。

背景技术

恒力弹簧是一种以薄板带材卷曲而成的螺旋圆截面柱状新型弹簧，是一种重要的工业通用基础零件。由于恒力弹簧各位置在不受约束情况下，自然曲率一致性较高，可基本保持恒定的工作输出载荷。具有体积小、储能密度高、载荷稳定、摩擦损耗小等一系列优点。在仪器仪表、航空航天、机械、电子、运输机械等各领域精密控制的场合被广泛应用，如平衡机构、电机刷握、倒换器、月球重力模拟、关闭拔牙间隙、玩具汽车驱动等。

传统工艺中，恒力弹簧主要以带材为原材料，经导向滚轮弯曲成形，成形设备多采用数控绕簧机，冷成形后制件存在较高的残余应力，通常无法直接应用，需进一步通过稳定化热处理提高稳定性，满足服役性能需求。然而，恒力弹簧在力学性能上的优势，从本质上依靠其各位置自然曲率一致性得以体现。在冷成形阶段等自然曲率的特征易于保证，但在热处理时，受制件本身几何形状约束（恒力弹簧卷层逐层包覆），最终表现出内层自然曲率小于外层的偏差；同时，热处理过程中的热应力和相变应力也会使恒力弹簧发生形状和尺寸的变化，影响恒力弹簧的形状精度和力学输出精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种恒力弹簧制造装置及制造方法，旨在解决采用上述现有技术中进行热处理过程中，造成恒力弹簧的内层自然曲率小于外层的偏差，发生形状及尺寸变化的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种恒力弹簧制造装置，包括机架及设置于机架上的开卷机构、左反弯辊组、成形辊组、右反弯辊组和收卷机构，所述成形辊组设置于机架的中部，所述左反弯辊组和右反弯辊组分别设置于成形辊组的两侧；左右两侧的支架顶部分别设有开卷机构和收卷机构，左侧支架上自上至下设有前置导向辊组，所述前置导向辊组设置于左反弯辊组的左侧上方；右侧支架上自上至下设有后置导向辊组，所述后置导向辊组设置于右反弯辊组的右侧上方。其中，成形辊组及设于其两侧的左、右反弯辊组为装置的核心成形部件；整体采用立式入料及收料结构；通过前置导向辊组和后置导向辊组来为保证带料的运行方向。

优选的，所述前置导向辊组包括多组上下交叉布置的水平导向夹辊和竖直导向夹辊，所述水平导向夹辊包括两个水平并列布置的水平导向辊，带料能够穿过相邻两个水平导向辊的间隙；所述竖直导向夹辊包括两个水平布置的竖直导向辊，两个竖直导向辊对称设置于带料两侧；多组竖直导向夹辊通过横向移动机构调整竖直导向辊之间的间距，使之与带料的宽度相匹配；所述后置导向辊组与前置导向辊组的结构相同。

优选的，所述左反弯辊组和右反弯辊组均能够沿着机架底板上的轨道左右移动；所述左反弯辊组包括前后布置、且上下交错的左反弯压辊和左反弯辊，所述带料能够穿过左反弯压辊与左反弯辊间的间隙，所述左反弯辊的两端固定于两侧固定板上，所述左反弯压辊的两端通过第三滑块与两侧固定板上的导轨滑槽滑动配合，所述左反弯压辊的端部能够沿着两端滑槽侧壁上的导轨上下滑动，所述固定板上的滑槽底部设有能够容纳第三滑块的沉槽，第三滑块能够压入沉槽内，可使左反弯压辊和左反弯辊有较小的横向相对间距和较大的交错压下量；所述右反弯辊组与左反弯辊组的结构相同，且相对成形辊组呈对称设置。

优选的，所述成形辊组包括上压辊、芯轴、左支撑辊和右支撑辊，所述上压辊、左支撑辊和右支撑辊的两端均设置于两侧支撑架上，所述上压辊设置于芯轴的上方，所述上压辊、左支撑辊和右支撑辊均由行星轮机构驱动，实现同步旋转；所述上压辊由升降机构驱动向下挤压芯轴，通过芯轴向下压带料，使带料与左支撑辊和右支撑辊紧密贴合。

优选的，所述开卷机构采用悬臂结构，包括电机、减速机和用于缠绕带料的卷筒，所述电机通过减速机驱动卷筒旋转，所述卷筒包括卷轴及其外侧的多组弧形板，所述卷轴四周径向设置若干个连杆机构，所述连杆机构与弧形板相连，通过连杆机构驱动卷筒外径涨缩，适应不同的来料带卷内径；所述收卷机构的结构与开卷机构的结构相同；所述电机为伺服电机。

本发明还提供一种恒力弹簧制造方法，采用上述恒力弹簧制造装置制作恒力弹簧，包括以下步骤：

备料：将0.05～0.25mm厚度的带料以带卷形式固定于开卷机构的卷筒上；

引带：带料从左侧开卷机构的卷筒上放出，依次通过前置导向辊组、左反弯辊组、成形辊组、右反弯辊组和后置导向辊组，带料末端固定于收卷机构的卷筒上；

合辊：调整带料在成形辊组上的位置，成形辊组压紧带料，完成合辊；

成形：驱动成形辊组旋转，带料紧贴左支撑辊、芯轴和右支撑辊，在成形辊组压力作用及摩擦力带动下，实现带料连续正向弯曲成形；

反弯矫正：带料在成形辊组推力及收卷机构的牵引作用下，带料通过右反弯辊组释放其在正向弯曲过程中形成的残余应力；反弯后的带料呈带卷形式收集于收卷机构的卷筒上；

出件：驱动收卷机构反向旋转，带料在自身弹性作用下形成制件；

后续处理：经接口处理、清洗、立定处理等得到恒力弹簧制品。

优选的，所述开卷机构对带料施加的后张力为0～200N，所述成形辊组与收卷机构的线速率一致，为0～3m/min；所述成形辊组向带料施加的压力为0～300N。

优选的，所述成形步骤中分为无间隙成形和有间隙成形两种形式，无间隙成形时合辊方式为上压辊下行，压紧芯轴与带料，芯轴与带料、带料与左右两侧的左支撑辊及右支撑辊紧密贴合,带料呈弧形包覆于芯轴；有间隙成形时合辊方式为上压辊带动芯轴下移，使芯轴与左支撑辊及右支撑辊保持预定间隙。

优选的，所述带料在反弯矫正后，通过成形辊组、开卷机构和收卷机构的卷筒多次反向运转，右反弯辊组与左反弯辊组交替作用，多次往复辊弯成形；往复辊弯成形3～5次。

优选的，通过改变带料相对芯轴的入料方向，能够调整成形制件的螺旋角；所述螺旋角为带料驱动方向与芯轴法向间的夹角，夹角范围在0～90度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过设置于机架上的开卷机构、左反弯辊组、成形辊组、右反弯辊组和收卷机构对带料多次往复弯曲，以带卷形式上料与收料，设备整体体积小；采用立式入料和出料方式，带料传输稳定，成形易于控制、精度高，设备操作简便；本发明以冷成形方式制作恒力弹簧，能够依靠冷成形过程消除制件的残余应力，提高产品的稳定性；本发明能够保证恒力弹簧的成形曲率，提高了恒力弹簧尺寸精度，成形灵活；同时还简化了恒力弹簧的生产工艺，提高了恒力弹簧产品生产效率，节约能源消耗与成本，符合节能减排绿色生产理念。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例提供的一种恒力弹簧制造装置的结构示意图；

图2是本发明的工作原理图；

图3是图1中前置导向辊组的结构示意图；

图4是本发明实施例中左反弯辊组、成形辊组及右反弯辊组在机架上的布置示意图；

图中：00-机架，01-上料带卷，02-支架，03-收料带卷，04-带料，05-轨道，06-固定板，07-沉槽；100-开卷机构，101-电机，102-减速机，103-卷筒；

200-前置导向辊组，201-水平导向辊，202-竖直导向辊，203-第一滑块，204-第一导轨，205第一丝杠，206-第二滑块；300-左反弯辊组，301-左反弯压辊，302-左反弯辊，303-第三滑块，304-第二导轨，305-第二丝杠；400-成形辊组，401-上压辊，402-芯轴，403-左支撑辊，404-右支撑辊，405-第四滑块，406-第三导轨，407-第三丝杠；500-右反弯辊组，501-右反弯压辊，502-右反弯辊，503-第五滑块，504-第四导轨，505-第四丝杠；600-后置导向辊组；700-收卷机构；800-行星轮机构，801-柔性联轴器，802-行星轮传动组件，803-减速器，804-电机。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本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。

请参照图1，本发明实施例提供的一种恒力弹簧制造装置包括机架00及设置于机架00上的开卷机构100、前置导向辊组200、左反弯辊组300、成形辊组400、右反弯辊组500、后置导向辊组600和收卷机构700，带料04自开卷机构100放卷后，依次经过前导向辊组200、左反弯辊组300、成形辊组400、右反弯辊组500和后导向辊组600的成形及矫正后，往复成形后利用收卷机构700收卷。具体设计时，成形辊组400设置于机架00的中部，所述左反弯辊组300和右反弯辊组500分别设置于成形辊组400的两侧，开卷机构100和收卷机构700分别设置于左右两侧的支架02顶部，所述左侧支架02上自上至下设有前置导向辊组200，所述前置导向辊组200设置于左反弯辊组300的左侧上方；右侧支架02上自上至下设有后置导向辊组600，所述后置导向辊组600设置于右反弯辊组500的右侧上方。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、图3所示，所述前置导向辊组200包括多组上下交叉布置的水平导向夹辊和竖直导向夹辊，所述水平导向夹辊包括两个水平并列布置的水平导向辊201，带料04能够穿过相邻两个水平导向辊201的间隙；所述竖直导向夹辊包括两个水平布置的竖直导向辊202，两个竖直导向辊202对称设置于带料两侧；多组竖直导向夹辊通过横向移动机构调整两侧竖直导向辊202之间的间距。横向移动机构包括第一滑块203、第二滑块206、第一导轨204和第一丝杠205，第一导轨204和第一丝杠205均设置于支架02上，第一滑块203和第二滑块206的相对侧均设有相互平行、且能够旋转的竖直导向辊202，两侧竖直导向辊202水平设置、且垂直于第一导轨204和第一丝杠205，第一滑块203和第二滑块206上均设与第一导轨204滑动配合、及与第一丝杠205螺纹配合的螺纹孔；第一滑块203和第二滑块206上的螺纹孔旋向相反，所述第一丝杠205上对应设有与第一滑块203及第二滑块206相配合的外螺纹；所述后置导向辊组600与前置导向辊组200的结构相同。通过转动第一丝杠205可调整第一滑块203与第二滑块206之间的距离，使第一滑块203与第二滑块206之间的距离与带料04的宽度相匹配。带料通过竖直导向辊202时，带料两端能够与两侧竖直导向辊202接触，借助滚动减少摩擦阻力。利用前置导向辊组200及后置导向辊组600依次对成形前后的带料进行导向。前置导向辊组200对开卷机构100放卷后的带料进行导向，使其平稳进入左反弯辊组300；同时，右反弯辊组500输出的带料经后置导向辊组600导向后平稳进入收卷机构700。

具体设计时，如图1和图3所示，所述左反弯辊组300、右反弯辊组500能够沿着机架01底板上的轨道05水平左右移动，调整与成形辊组400之间的距离，适应带料04自成形辊组400中的出料方向，控制反向弯曲曲率，保证成形精度和残余应力的释放；所述左反弯辊组300包括前后布置、上下交错的左反弯压辊301和左反弯辊302，所述带料04能够平直穿过与左反弯压辊301及左反弯辊302间的间隙，所述左反弯辊302的两端固定于两侧固定板06上，所述左反弯压辊301两端固定于两侧的固定板06上，左反弯压辊301由第三滑块303、第二导轨304和第二丝杠305组成的升降机构实现不同程度的进给量。左反弯压辊301两端通过第三滑块303与固定板06的滑槽侧壁上的第二导轨304滑动配合，第二丝杠305依次贯穿固定板06的顶部及第三滑块303，通过第二丝杠305驱动第三滑块303沿着导轨上下升降，从而实现左反弯压辊301的升降；固定板06上的滑槽底部设有能够容纳第三滑块303的沉槽07；所述右反弯辊组500包括上下布置的右反弯压辊501和右反弯辊502，所述带料04能够平直穿过右反弯压辊501及右反弯辊502间的间隙，其具体结构与左反弯辊组300相同，通过由第五滑块503、第四导轨504和第四丝杠505组成的升降机构来驱动右反弯压辊501上下滑动。采用该结构能够灵活调整反向弯曲变形程度，并确保带料呈平直状态顺利出入成形辊组400。

作为一种优选结构，如图1和图4所示，所述成形辊组400包括上压辊401、芯轴402、左支撑辊403和右支撑辊404，所述上压辊401、芯轴402、左支撑辊403和右支撑辊404的两端均设置于两侧支撑架上，所述上压辊401设置于芯轴402的上方，所述上压辊401、左支撑辊403和右支撑辊404均由行星轮机构800驱动，实现同步旋转；所述芯轴402与上压辊401相贴合；所述上压辊401通过第四滑块405、第三导轨406和第三丝杠407组成的升降机构驱动向下挤压芯轴402，通过芯轴402下压带料04。具体制作时，行星轮机构800包括柔性联轴器801、行星轮传动组件802、减速机803和电机804，行星轮传动组件802由一个太阳轮和三个行星轮组成，电机804通过减速器803驱动太阳轮旋转，太阳轮再驱动三个行星轮旋转，行星轮的轮轴分别与柔性联轴器801相连，三个柔性联轴器801分别与上压辊401、左支撑辊403和右支撑辊404相连，从而保证在一个电机的驱动下同步旋转。为了减小摩擦阻力，上压辊401、左支撑辊403和右支撑辊404的两端分别通过轴承与支撑架转动配合。

在本发明的一个具体实施例中，如图1和图2所示，所述开卷机构100包括电机101、减速机102和用于缠绕带料04的卷筒103，所述电机101与减速机102相连，所述减速机102的主轴与卷筒103同轴固定，卷筒采用悬臂结构，电机通过减速机驱动卷筒旋转；所述收卷机构700的结构与开卷机构100的结构相同；所述电机101为伺服电机。卷筒103包括卷轴及其外侧的多组弧形板，所述卷轴四周径向设置若干个连杆机构，所述连杆机构与弧形板相连，通过连杆机构驱动卷筒外径涨缩，适应不同的来料带卷内径。起始状态的带料呈带卷状缠绕在卷筒上形成上料带卷01，成形后呈卷状缠绕在卷筒上形成收料带卷03。以带卷形式上料与收料，设备整体体积小；采用立式入料和出料方式，带料传输稳定，成形易于控制、精度高，设备操作简便。

本发明还提供一种恒力弹簧制造方法，采用上述恒力弹簧制造装置制作恒力弹簧，包括以下步骤：

备料：将0.05～0.25mm厚度的薄带料04以带卷形式固定于开卷机构100的卷筒103上；开卷机构100对带料04施加的后张力为80N。后张力又称开卷张力，是由开卷机构的电机对带料施加一定扭矩完成，通常是由制动器、扭矩传感器、采用力矩模式的伺服电机完成的。

引带：带料04从左侧开卷机构100的卷筒103上放出，依次通过前置导向辊组200、左反弯辊组300、成形辊组400、右反弯辊组500和后置导向辊组600，带料04末端固定于收卷机构700的卷筒上。其中，带料04沿垂直于成形辊组400方向引带，依次穿过上述结构。

合辊：调整带料04在成形辊组400的位置，上压辊401下压芯轴402及带料04，完成合辊。

成形：驱动成形辊组400旋转，带料04紧贴成形辊组400的芯轴402、左支撑辊403和右支撑辊404，在成形辊组400压力作用及摩擦力带动下，实现带料04连续正向弯曲成形。

如图2所示，开卷机构的卷筒103对带料施加一定的后张力，对称结构的左支撑辊403与右支撑辊404和上压辊401三辊在同一电机带动下通过减速器、行星轮、柔性联轴器、轴承的组合实现同步驱动，芯轴402从动旋转，使带料04在芯轴402及左支撑辊403和右支撑辊404的A、B两处弯矩作用下实现连续正向弯曲成形，带料04便形成一条弧线，这条弧线的外层纤维被拉伸，内层被挤缩，中心层不变。

具体成形过程中，分为无间隙成形和有间隙成形两种形式：

无间隙成形时合辊方式为上压辊401下行，压紧芯轴402与带料04，芯轴402与带料04、带料04与左右两侧左支撑辊403及右反右支撑辊404紧密贴合，带料04在压力作用下包覆芯轴402。在无间隙成形时，恒力弹簧的成形直径通过改变芯轴402直径得以调整，保证弹簧带材的弯曲曲率，提高成形精度。

有间隙成形时合辊方式为上压辊401带动芯轴402下移，使芯轴402与左支撑辊403及右支撑辊404保持预定间隙。在有间隙成形方式下，依靠成形间隙可灵活调整恒力弹簧的成形直径。

反弯矫正：带料04在成形辊组400推力及收卷机构700的牵引作用下，带料04通过右反弯辊组500释放其在正向弯曲过程中形成的残余应力。

具体地，辊弯成形带料04有较高的残余应力，且内侧呈现为拉应力，外侧为压应力，为使制件残余应力得以消除，提高成形制件稳定性，将带料04引入左反弯辊组300、右反弯辊组500，当带料04向右推进成形时，左反弯压辊301上升释放进给量，右反弯压辊501下压，即右反弯辊组500对带料04施加进给量，实现三点反向弯曲。三点反向弯曲具体是右支撑辊404、右反弯辊502和右反弯压辊501与带料04紧密贴合部分(即B、C、D部分)在带料04运行过程中实现反向弯曲。通过调整反弯辊组的进给量可调整反向弯曲变形程度，使残余应力重新分布而得以消除。

收料：反弯后的带料04呈带卷形式收集于收卷机构700的卷筒上。成形后带料04以带卷形式收集于收卷机构700，利用弹性压板对成形带料04施加径向压力，使带料紧密贴合，增加收拢带卷的紧实度，完成收卷。

另外，为方便收卷机构700的卷筒上收料带卷03的出料，出料卷筒可采用内花键套筒结构，抽出花键轴可取出收料套筒及成形后带卷。

多次往复成形：为了进一步提高恒力弹簧的稳定性，带料04在一次成形后，反向运转整个设备，即开卷机构100与收卷机构700的功能调换，成形辊组400反向旋转，右反弯压辊501上升，左反弯压辊301下压，左反弯辊组300对带料04施加进给量，并在开卷机构100完成收卷，进而重复进行多次往复弯曲成形。往复辊弯成形3～5次，通过多次往复弯曲成形，提高制件的稳定性与尺寸精度。

出件：驱动收卷机构700反向旋转，带料04在自身弹性作用下形成制件；

后续处理：经后续处理得到恒力弹簧制品。后续处理具体内容如下：

成形结束后去除未成形段尾料，按恒力弹簧产品预定带料长度定尺切割，按照要求处理恒力弹簧制件端口形状；

清洗制件，进行3～5次立定处理。

进一步优化上述技术方案，通过改变带料04相对芯轴402的入料方向，能够调整成形制件的螺旋角；所述螺旋角由带料04驱动方向与芯轴402法向间的夹角决定，夹角调整范围在0～90度。从而得到带螺旋角的其它类型弹簧，如截锥弹簧、弹性伸杆等。

本发明恒力弹簧的成形功能部件由带芯轴的对称式辊弯弯曲成形机构和反弯矫正压辊机构组合而成，可分为无间隙成形和有间隙成形两种成形方式，带料辊弯成形后，通过调整两侧的反弯辊组进给量，对带料施加压力实现单次或多次成形后的反向弯曲，以消除残余应力，成形装置及方法具有较高的柔性。

具体应用时，本发明具有以下三种生产流程方式：

（1）上料——引带——无间隙合辊——成形——反弯矫正——收料——多次往复成形——出件——后续处理；

（2）上料——引带——有间隙合辊——成形——反弯矫正——收料——多次往复成形——出件——后续处理；

（3）上料——引带——有间隙/无间隙合辊——成形——反弯矫正——收料——出件——后续处理。

以下为本发明采用上述生产流程的具体实施例：

实施例1

备料：准备长度6m，宽度60mm，厚度0.1mm的弹性合金带料。将带料以带卷形式固定于开卷机构，对带卷进行整齐，紧实。

引带：打开成形辊组间隙，释放两侧反弯辊组进给量，使可平直引带。沿垂直于成形辊组方向将带料从左侧开卷机构依次穿过前置导向辊组、左反弯辊组、成形辊组、右侧反弯辊组、后置导向辊组、固定于收料机构的卷筒。

合辊：调整带料位置，芯轴置于成形辊组之间，上压辊下压，使带料与成形辊组紧密贴合，完成合辊。

参数调整：开卷、收卷过程由伺服电机驱动，成形辊组由伺服电机带动行星轮同步驱动，设定开卷机后张力为80N，设收卷机构收卷线速率、成形辊组成形线速率相一致，为3m/min，保持上压辊压力为300N，调整右反弯压辊进给量。

成形：电机驱动成形辊组三辊同步旋转，芯轴从动旋转，使带料在芯轴和两支撑辊压力作用下实现三点正向弯曲成形。

反弯矫正：带料在成形辊组推力及收料机构前张力作用下，穿过右反弯辊组，经反向弯曲释放正向弯曲带料的残余应力。

收料：带料由收卷机构驱动，呈带卷形式收集于收料机构的卷筒，得到成形后带料。

多次往复成形：将开卷机构与收卷机构作用调换，机构反向运转，多次往复辊弯成形3～5次。

出件：完成成形后，裁剪并去除尾料，驱动收卷机构的卷筒反向运转，释放带材约束，带料依靠自身弹性形成制件。

后续处理：进行定尺切割，接口处理，清洗，3～5次立定处理等后续操作，并储存备用。

实施例2

备料：准备长度6m，宽度60mm，厚度0.1mm的弹性合金带材。将带料以带卷形式固定于开卷机构，对带卷进行整齐，紧实。

引带：打开成形辊组间隙，释放两反弯辊组进给量，使可平直引带。沿垂直于成形辊组方向将带材从左侧开卷机构依次穿过前置导向辊组、左反弯辊组、成形辊组、右侧反弯辊组、后置导向辊组、固定于收料机构的卷筒。

合辊：调整带料位置，上压辊和芯轴表面接触，上压辊带动芯轴下压，调整成形辊组的预留间隙，即芯轴与下支撑辊间的距离，带料置于成形辊组预留间隙内，完成合辊。

参数调整：开卷、收卷过程由伺服电机驱动，成形辊组由伺服电机带动行星轮同步驱动，设定开卷机构后张力为80N，设收卷机构收卷线速率、成形辊组成形线速率相一致，为3m/min，保持成形辊组的预留间隙不变，调整右反弯压辊进给量。

成形：电机驱动成形辊组三辊同步旋转，芯轴从动旋转，使带料在芯轴和两支撑辊压力作用下实现三点正向弯曲成形。

反弯矫正：带料在成形辊组推力及收料机构前张力作用下，穿过右反弯辊组，经反向弯曲释放正向弯曲带料的残余应力。

收料：带料由收卷机构驱动，呈带卷形式收集于收料机构的卷筒，得到成形后带料。

多次往复成形：将开卷机构与收卷机构作用调换，机构反向运转，多次往复辊弯成形3～5次。

出件：完成成形后，裁剪并去除尾料，驱动收卷机构卷筒反向运转，释放带材约束，带料依靠自身弹性形成制件。

后续处理：进行定尺切割，接口处理，清洗，3～5次立定处理等后续操作，并储存备用。

实施例3

备料：准备长度6m，宽度60mm，厚度0.1mm的弹性合金带材。将带料以带卷形式固定于开卷机构，对带卷进行整齐，紧实。

引带：打开成形辊组间隙，释放两反弯辊组进给量，使可平直引带。沿垂直于成形辊组方向将带料从左侧开卷机构依次穿过前置导向辊组、左反弯辊组、成形辊组、右侧反弯辊组、后置导向辊组、固定于收料机构的卷筒。

合辊：调整带料位置，芯轴置于成形辊组之间，上压辊带动芯轴至预定位置或下压芯轴紧密贴合，完成合辊。

参数调整：开卷、收卷过程由伺服电机驱动，成形辊组由伺服电机带动行星轮同步驱动，设定开卷机构后张力为80N，设收卷机构收卷线速率、成形辊组成形线速率相一致，为3m/min，保持上压辊压力或预留间隙，调整右反弯压辊进给量。

成形：电机驱动成形辊组三辊同步旋转，芯轴从动旋转，使带料在芯轴和两支撑辊压力作用下实现三点正向弯曲成形。

反弯矫正：带料在成形辊组压力及收料机构前张力作用下，穿过右反弯辊组，经反向弯曲释放正向弯曲带料的残余应力。

收料：带料由收卷机构驱动，呈带卷形式收集于收料机构的卷筒，得到成形后带料。

出件：完成成形后，裁剪并去除尾料，驱动收卷机构卷筒反向运转，在稳定性要求不高的情况下，释放带材约束，带料依靠自身弹性直接形成制件。

后续处理：进行定尺切割，接口处理，清洗，3～5次立定处理等后续操作，并储存备用。

本发明采用不经热处理即可提高恒力弹簧制件精度和稳定性的冷成形技术，该技术解决在恒力弹簧成形后，采用热处理消除残余应力的方式，造成制件生产效率较低，以及成形状精度和力学输出精度损失的问题。本发明提出辊弯往复弯曲成形的方法，以有芯轴辊弯成形使板料正向弯曲，然后利用反弯辊系使带料产生反向弯曲，通过正反向弯曲变形程度的协调控制消除制件的残余应力。进一步经辊系正反向运转，实现多次往复弯曲，保证冷成形制件稳定性。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过带料多次往复弯曲，以冷成形方式消除制件残余应力，提高产品的稳定性。

成形制件不再需要热处理工艺过程，避免了恒力弹簧制件各卷层由于直径逐层递增的特性，在热处理时造成制件尺寸、形状精度损失的问题。

缩减了成形工艺过程，提高了恒力弹簧产品生产效率，节约能源消耗与成本，符合节能减排绿色生产理念。

可采用有间隙或无间隙成形方式，无间隙成形方式保证了制件的成形曲率，提高了制件尺寸精度，有间隙成形方式下变形程度易于控制，成形灵活。

成形带料以带卷形式上料与收料，成形设备体积小，带料传送易于控制，成形方式简单，设备便于操作。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (8)

1.一种恒力弹簧制造装置，其特征在于：包括机架及设置于机架上的开卷机构、左反弯辊组、成形辊组、右反弯辊组和收卷机构，所述成形辊组设置于机架的中部，所述左反弯辊组和右反弯辊组分别设置于成形辊组的两侧；左右两侧的支架顶部分别设有开卷机构和收卷机构，左侧支架上自上至下设有前置导向辊组，所述前置导向辊组设置于左反弯辊组的左侧上方；右侧支架上自上至下设有后置导向辊组，所述后置导向辊组设置于右反弯辊组的右侧上方；

所述前置导向辊组包括多组上下交叉布置的水平导向夹辊和竖直导向夹辊，所述水平导向夹辊包括两个水平并列布置的水平导向辊，带料能够穿过相邻两个水平导向辊的间隙；所述竖直导向夹辊包括两个水平布置的竖直导向辊，两个竖直导向辊对称设置于带料两侧；多组竖直导向夹辊通过横向移动机构调整竖直导向辊之间的间距，使之与带料的宽度相匹配；所述后置导向辊组与前置导向辊组的结构相同；

所述左反弯辊组和右反弯辊组均能够沿着机架底板上的轨道左右移动；所述左反弯辊组包括前后布置、且上下交错的左反弯压辊和左反弯辊，所述带料能够穿过左反弯压辊与左反弯辊间的间隙，所述左反弯辊的两端固定于两侧固定板上，所述左反弯压辊的两端通过第三滑块与两侧固定板上的导轨滑槽滑动配合，所述左反弯压辊的端部能够沿着两端滑槽侧壁上的导轨上下滑动，所述固定板上的滑槽底部设有能够容纳第三滑块的沉槽，第三滑块能够压入沉槽内，可使左反弯压辊和左反弯辊有较小的横向相对间距和较大的交错压下量；所述右反弯辊组与左反弯辊组的结构相同，且相对成形辊组呈对称设置；

辊弯成形带料有残余应力，且内侧呈现为拉应力，外侧为压应力；当带料向右推进成形时，左反弯压辊上升释放进给量，右反弯压辊下压，右反弯辊组对带料施加进给量，实现三点反向弯曲；三点反向弯曲具体是右支撑辊、右反弯辊和右反弯压辊与带料紧密贴合部分在带料运行过程中实现反向弯曲。

2.根据权利要求1所述的恒力弹簧制造装置，其特征在于：所述成形辊组包括上压辊、芯轴、左支撑辊和右支撑辊，所述上压辊、左支撑辊和右支撑辊的两端均设置于两侧支撑架上，所述上压辊设置于芯轴的上方，所述上压辊、左支撑辊和右支撑辊均由行星轮机构驱动，实现同步旋转；所述上压辊由升降机构驱动向下挤压芯轴，通过芯轴向下压带料，使带料与左支撑辊和右支撑辊紧密贴合。

3.根据权利要求1所述的恒力弹簧制造装置，其特征在于：所述开卷机构采用悬臂结构，包括电机、减速机和用于缠绕带料的卷筒，所述电机通过减速机驱动卷筒旋转，所述卷筒包括卷轴及其外侧的多组弧形板，所述卷轴四周径向设置若干个连杆机构，所述连杆机构与弧形板相连，通过连杆机构驱动卷筒外径涨缩；所述收卷机构的结构与开卷机构的结构相同；所述电机为伺服电机。

4.一种恒力弹簧制造方法，其特征在于，采用如权利要求2或3所述的恒力弹簧制造装置制作恒力弹簧，包括以下步骤：

备料：将0.05～0.25mm厚度的带料以带卷形式固定于开卷机构的卷筒上；

引带：带料从左侧开卷机构的卷筒上放出，依次通过前置导向辊组、左反弯辊组、成形辊组、右反弯辊组和后置导向辊组，带料末端固定于收卷机构的卷筒上；

合辊：调整带料在成形辊组的位置，成形辊组压紧带料，完成合辊；

成形：驱动成形辊组旋转，带料紧贴左支撑辊、成形辊组的芯轴和右支撑辊，在成形辊组压力作用及摩擦力带动下，实现带料连续正向弯曲成形；

反弯矫正：带料在成形辊组推力及收卷机构的牵引作用下，带料通过右反弯辊组释放其在正向弯曲过程中形成的残余应力；反弯后的带料呈带卷形式收集于收卷机构的卷筒上；

出件：驱动收卷机构反向旋转，带料在自身弹性作用下形成制件；

后续处理：经接口处理、清洗、立定处理得到恒力弹簧制品。

5.根据权利要求4所述的恒力弹簧制造方法，其特征在于：所述开卷机构对带料施加的后张力为0～200N，所述成形辊组与收卷机构的线速率一致，为0～3m/min；所述成形辊组向带料施加的压力为0～300N。

6.根据权利要求4所述的恒力弹簧制造方法，其特征在于：所述成形步骤中分为无间隙成形和有间隙成形两种形式，无间隙成形时合辊方式为上压辊下行，压紧芯轴与带料，芯轴与带料、带料与左右两侧的左支撑辊及右支撑辊紧密贴合,带料呈弧形包覆于芯轴；有间隙成形时合辊方式为上压辊带动芯轴下移，使芯轴与左支撑辊及右支撑辊保持预定间隙。

7.根据权利要求4所述的恒力弹簧制造方法，其特征在于：所述带料在反弯矫正后，通过成形辊组、开卷机构和收卷机构的卷筒多次反向运转，右反弯辊组与左反弯辊组交替作用，多次往复辊弯成形；往复辊弯成形3～5次。

8.根据权利要求4所述的恒力弹簧制造方法，其特征在于：通过改变带料相对芯轴的入料方向，能够调整成形制件的螺旋角；所述螺旋角为带料驱动方向与芯轴法向间的夹角，夹角范围在0～90度。