SE464339B - Avskaerningsfoerfarande att tillaempas vid tillverkning av spiralfjaedrar genom kallformning av hoeghaallfast traad - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 464 339 2 lindning och fjädertråden avskäres vid ändvarvet för den spiralformade lindningen för att åstadkomma en spiralfjäder. Dessa processer enligt den tidigare tekniken för kallindning av fjädertrâden och avskärning av fjäder- tråden kommer att beskrivas kortfattat härefter med hänvisning till fig 1.

I fig 1 visas ett upplagsställ 1 och en lindningsmaskin CM. Lindnings- maskinen CM innefattar som huvudkomponenter matningsrullar 2, en trådstyr+ ning 3, lindningsrullar 4a och 4b, ett stigningsverktyg 5, en skärvals 6 och ett skär 7. En spiral med tjock höghållfast tråd W är uppburen på upplags- stället 1. Den tjocka höghållfasta tråden W drages ut från upprullnings- stället 1 av matningsrullarna 2, passerar genom trådstyrningen 3 och samverkar med lindningsrullarna 4a och 4b i en följd. Lindningsrullarna 4a och 4b avböjer tråden W från sin ursprungliga framföringsriktning, så att tråden W lindas runt skärvalsen 6, medan stigningsverktyget 5 reglerar stigningen mellan varven av tråden W, så att spiralerna bildas med en förutbestämd stigning. Sålunda bildas ett förutbestämt antal varv på skärvalsen 6. När formningen av ett förutbestämt antal varv av tråden W har fullbordats avbrytes trådmatningsfunktionen temporärt. Medan trådmatnings- funktionen är avbruten avskäres tråden W vid ändvarvet genom att avbita vid ett läge i ändvarvet mellan den stationära skärvalsen 6 och det vertikalt rörliga skäret 7 för att skilja lindningen av tråden W från tråden W. Sålunda åstadkommes en spiralfjäder.

Att avskära tråden W vid ändvarvet kräver en mycket stor skärkraft när tråden W har en stor diameter och en hög hållfasthet. Exempelvis är den erfordrade skärkraften för att avskära en tråd med en diameter av 14,0 mm och en draghållfasthet av 2010 N/mmz 14 X 14 X 3,14 2 ï-i-í x 2010 x - : 206 172 (N) = 21 ton 4 3 Eftersom skärvalsen 6 och skäret 7 måste anbringa en så stor kraft på en tråd med 14,00 mm diameter uppkommer ofta hack på skärets 7 kant eller bryts skärvalsen 6 och Skäret 7 mycket ofta, även om materialet och hårdheten hos skärvalsen 6 och skäret 7 är korrekt valt, och härigenom blir livslängden för skärvalsen 6 och skäret 7 mycket kort. Följaktligen blir kvoten mellan kostnaden för underhållet innefattande kostnaden för dessa element genom kostnaden för tillverkningen av spiralfjädern mycket stor.

Eftersom det är svårt att kallinda en tjock tråd är det vid tillverkning av spiralfjädrar allmänt känt att varmlinda en tråd till en spiralformad lindning, att avskära den spiralformade lindningen från tråden och att utsätta den spiralformade lindningen för värmebehandling för att åstadkomma 10 15 20 25 30 35 40 3 464 339 en spiralfjäder, som har de önskade mekaniska egenskaperna. Uppfinningen beskriven i US patentskrift nr 4 407 683 bröt mot en sådan konventionell allmän kunskap och övervann svårigheten vid kallformning av spiralfjädrar.

Emellertid gav uppfinningen upphov till den ovannämnda nya svårigheten vid avskärning av spiralfjäderns ändvarv.

Man aldrig drömt om att avskära en tjock höghållfast tråd vid ändvarvet vid tillverkning av spiralfjädrar enligt den ovannämnda tidigare uppfin- ningen. Följaktligen finns det ingen tidigare teknik som är analog med föreliggande uppfinning såvitt uppfinnaren till föreliggande uppfinning vet. ÄNDAMÅL MED UPPFINNINGEN Det är ett primärt ändamål med föreliggande uppfinning att tillhanda- hålla ett avskärningsförfarande att tillämpas vid tillverkning av spiral- fjädrar genom kallformning av en tjock höghållfast tråd till en spiralformad lindning, att avskära tråden vid den spiralformade lindnings ändvarv för att avskilja den spiralformade lindningen, dvs en spiralfjäder, från tråden, för att mycket lätt avskära tråden utan att fordra att skärvalsen och skäret hos en lidningsmaskin skall anbringa en hög skärkraft på tråden och för att anmärkningsvärt öka livslängden för dessa skärkomponenter. Det är ett annat ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en skärmetod, som inte alla försämrar spiralfjädrarnas mekaniska egenskaper.

Det ovannämnda och andra ändamål, särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att tydliggöras genom den följande beskrivningen tagen i samband med de åtföljande ritningarna.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 är en vertikalvy framifrån över en spiralfjäderformningslinje för utförande av den konventionella skärmetoden; fig 2 är en vertikalvy framifrån över en spiralfjäderformningslinje för utförande av en skärmetod enligt föreliggande uppfinning; och fig 3a och 3b är vyer som visar temperaturfördelningen i det uppvärmda partiet av en tråd vid fullbordandet av uppvärmningen, respektive verkan av värmeledningen i det uppvärmda partiet.

DETALJERAD BESKRIVNING En skärmetod enligt föreliggande uppfinning kommer att beskrivas under hänvisning till en spiralfjäderformningslinje visad i fig 2.

Med hänvisning till fig 2 visas ett upplagsställ 1 och en lindnings- maskin CM. Lindningsmaskinen CM innefattar, på samma sätt som lindnings- maskinen använd i den konventinella spiralfjäderformningslinjen, en följd av matningsrullar 2, en trådstyrning 3, lindningsrullar 4a och 4b, ett stig- ningsverktyg 5, en skärvals 6 och ett skär 7. Enligt föreliggande uppfinning är en induktionskuppvärmningsspole 8 anordnad i trådbanan på lindnings- 10 15 20 25 30 35 40 464 339 4 maskinen CM, som ett medel för uppvärmning av tråden med en hög uppvärm- ningshastighet. Induktionsuppvärmningsspolen 8 är kopplad till ett högfrekvenskraftaggregat E, som kan ge en effekt vid en fast nivå och en fast frekvens. Induktionsuppvärmningsspolen 8 är rörlig i motsatta riktningar utmed trådbanan, eftersom läget av induktionsuppvärmningsspolen behöver justeras i överensstämmelse med trådlängden för en spiralfjäder som skall formas. Läget av induktionsuppvärmningsspolen 8 justeras före ígångsättningen av spiralfjäderformningsförfarandet, så att mitten av induktionsuppvärm- ningsspolen 8 är belägen vid ett läge på trådbanan avlägsnat från ett läge av skäret 7 med ett avstånd motsvarande längden av tråden W i en spíralfjäder som skall formas. Företrädesvis är spollängden för induktionsuppvärmnings- spolen 8 i intervallet 50-60 mm. Betydelsen av en sådan begränsning av spollängden kommer att tydliggöras genom beskrivningen av induktionsupp- värmningsspolens 8 funktion i förhållandel till funktionerna av resten av komponenterna.

När lindningen av tråden W i en förutbestämd spiralformad lindning har fullbordats avbrytes temporärt trådmatningsfunktionen hos lindningsmaskinen CM, för att avskära tråden W vid den spiralformade lindningens ändvarv genom den samverkande skärande verkan av skärvalsen 6 och skäret 7. Med hänsyn till produktivitet är den föredragna tidslängden för avbrottet i trådmatnings- funktionen, dvs tidslängden för krafttillförseln till induktionsuppvärm- ningsspolen 8, i intervallet 1-2 s. W 4 Uteffekten från högfrekvenskraftaggregatet E är bestämd för att möjliggöra för induktionsuppvärmningsspolen 8 att uppvärma den stillastående tråden W under tiden för energitillförseln, så att yttemperaturen hos ett parti av tråden W med en längd motsvarande spolens längd höjs till en temperatur i intervallet 450-750°C och också för att upphetta tråden W, så att medeltemperaturen i ett tvärsnitt av det uppvärmda partiet av tråden W är i intervallet 400-70000, när det uppvärmda partiet av tråden W förflyttas till skärläget efter uppvärmningen. Detta innebär att ett parti av tråden W uppvärmes, så att värmet givet till det uppvärmda partiet av tråden W överföres genom värmeledning från ytan till mittpartiet av tråden W, så att temperaturen för ett tvärsnitt av det uppvärmda partiet av tråden W är i intervallet 400-70000, medan det uppvärmda partiet flyttas fram och lindas för att bilda ändvarvet av en spiralfjäder.

Den nedre gränsen för yttemperaturen och den nedre gränsen för medel- temperaturen för ett tvärsnitt av det av induktionsuppvärmningsspolen 8 uppvärmda partiet av tråden W, bestämmes selektivt till 45000 respektive 40000, eftersom draghållfastheten för det uppvärmda partiet av tråden W vid skärögonblicket inte minskas effektivt och det härigenom erfordras en stor 10 15 20 25 30 35 40 5 464 339 skärkraft för att avskära tråden W, om yttemperaturen och medeltemperaturen är under sina respektive nedre gränser. Tråden kan lätt avskäras om tråden W uppvärmes till en yttemperatur över 750°C vid den förutbestämda uppvärm- ningstiden (1-2 s) genom att tillföra en stor effekt till induktionsupp- värmningsspolen 8 och medeltempraturen för ett tvärsnitt av det uppvärmda partiet av tråden vid skärögonblicket hålles vid en temperatur över 70000.

Det är emellertid möjligt att ett parti av tråden W för formning av de verksamma varven hos en spiralfjäder uppvärmes ogynnsamt genom värmeledning, när tråden W uppbäres till en allt för hög temperatur. Därför bestämmas den övre gränsen av yttemperaturen och den övre gränsen av medeltemperaturen selektivt till 75o°c respektive 700%. Att uppvärma tråden w till en ellt för hög temperatur försämrar de mekaniska egenskaperna för spiralfjädern bildad av den allt för mycket uppvärmda tråden. När en liten effekt med jämförelsevis hög frekvens tillföres induktionsuppvärmningsspolen 8 för att uppvärma tråden W till en yttemperatur över 75000 kan inte en sådan låg effekt åstadkomma en tillräcklig värme för att minska draghållfastheten hos det uppvärmda partiet av tråden vid skärögonblicket i önskad grad och härigenom krävs en stor skärkraft för att avskära det uppvärmda partiet av tråden.

När en tjock höghållfast tråd tillverkad genom en process enligt upp- finningen visad i US patentskrift nr 4 336 081 uppvärmes så att medeltempe- raturen för ett tvärsnitt av det uppvärmda partiet är i intervallet 400-70000 vid skärögonblicket reduceras draghållfastheten för det uppvärmda partiet ungefär till hälften av den ursprungliga draghållfastheten hos tråden. ' När effekten för högfrekvenskraftkaggregatetet E bestämmas selektivt under hänsynstagande till diameterintervallet för trådarna som skall lindas på lindningsmaskinen, tidsintervallet mellan fullbordandet av uppvärmningen och avskärningen och hastigheten för värmeledningen i trådarna, för att avge en lämplig effekt till induktionsuppvärmningsspolen så att hela tvärsnitts- arean av det uppvärmda partiet av tråden uppvärmes till en temperatur, som kan minska draghållfastheten hos det uppvärmda partiet i sådan grad som underlättar avskärningen av det uppvärmda partiet, kommer uppvärmningen inte att ogynnsamt påverka de mekaniska egenskaperna för spiralfjädern formad av tråden och induktionsuppvärmningsspolen kan uppvärma tråden till en förut- bestämd temperatur på en kort uppvärmningstid, såsom en tid i intervallet 1-2 s. Normalt är utgångsfrekvensen från högfrekvenskraftaggregatet E i intervallet 3-20 kHz och utgångseffekten från högfrekvenskraftaggregatet E regleras i överensstämmelse med de relevanta förhållandena.

Konkret uttryckt, vid formning av en spiralfjäder med en trådlängd av 10 15 20 25 30 35 40 464 339 6 2500 mm med en tråd W av 15,1 mm diameter genom uppvärmning av ett parti av tråden W med en längd av 60 mm (spollängden för induktionsuppvärmningsspolen 8) till en yttemperatur av 75000 på 2 s och genom avskärning av tråden W vid det uppvärmda partiet 6 s efter fullbordandet av uppvärmningen när temperaturen för hela tvärsnittsarean av det uppvärmda partiet är 60006, är effekten som skall avges till induktionsuppvärmningsspolen 8 16 kW, effekt- flödestätheten är 0,5 kW/cmz och arbetsfrekvensen är 17 kHz. Följaktligen är frekvensen 20 kHz och utgångseffekten 20 kW lämpliga för ett sådant lindningsförfarande.

Föreliggande uppfinning har ytterligare ett särdrag för att förhindra försämringen av de mekaniska egenskaperna hos spiralfjädrar bildade genom en process enligt föreliggande uppfinning; längden av det uppvärmda partiet, dvs spollängden av induktionsuppvärmningsspolen 8, bestämmas selektivt för att uppfylla ett sådant syfte. Eftersom medelfjäderdiametern D av spiralfjädrar bildade genom lindning av trådar, som har tråddiameter i intervallet 8-16 mm, är åtminstone 50 mm, när trådlängden i ändvarvet är två tredjedelar av medel- fjäderdiametern D, ,¿ = TTD x 2/3 = 104,7 mm ::105 mm.

Således är trådlängden i ändvarvet för sådana spiralfjädrar 105 mm eller däröver. Eftersom induktionsuppvärmningsspolen 8 är placerad så att mitten av induktionsuppvärmningsspolen är belägen vid ett läge på trådbanan framför skäret 7 ungefär på ett avstånd motsvarande längden av tråden i en spiralfjäder som skall formas, avskäres tråden ungefär vid mitten av det av induktionsuppvärmningsspolen 8 uppvärmda partiet och, när spollängden av induktionsuppvärmningsspolen 8 är i intervallet 50-60 mm, är längden av det uppvärmda partiet i en spiralfjäder efter avskiljning från tråden i inter- vallet 25-30 mm. Följaktligen är längden av det uppvärmda partiet i spiral- fjädern endast en tredjedel till en fjärdedel av trådlängden i ändvarvet.

Naturligtvis har man tagit hänsyn till verkan av värmeledningen i tråden i den längsgående riktningen.

Tillståndet för den longitudinella värmeledningen i tråden analyserades teoretiskt med finitaelementmetoden med användning av en dator. Resultaten av analysen visas i fig Ba och Bb. Det antogs att en tråd med 15 mm diameter uppvärmdes av en induktionsuppvärmningsspole_8 med en spollängd av 60 mm till. en yttemperatur av 75008. Fig 3a visar temperaturfördelningen i halva det uppvärmda partiet vid en tidpunkt 6 s efter slutet av uppvärmningen. I analysen togs inte hänsyn till effekten av strålningsförluster. Såsom framgår ur resultaten av analysen bibehålles temperaturen för hela tvärsnittsarean i 'z 10 15 20 25 30 35 40 464 359 7 . närheten av skärläget vid 50008 vid skärögonblicket och temperaturen vid partier på ett avstånd av 35 mm och däröver från mitten av det uppvärmda partiet är 10008 eller därunder. Följaktligen är det uppenbart att halva trådlängden i ändvarvet inte påverkas av uppvärmningen. Sålunda bevisar analysen att föreliggande uppfinning aldrig försämrar de mekaniska egenskaperna hos spiralfjädrar tillverkade med ett förfarande enligt föreliggande uppfinning.

Vid tillverkning av spiralfjädrar i spiralfjäderformningslinjen för utförande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning erhålles trådlängden i spiralfjädern genom beräkning, och därefter placeras induktionsuppvärm- ningsspolen 8 så att mitten av induktionsuppvärmningsspolen 8 är belägen vid ett läge på trådbanan framför skäret 7 hos líndningsmaskinen CM på avstånd motsvarande den beräknade trådlängden i spiralfjädern och tråden W, som är utdragen från trådlindningen uppburen på upplagsstället 1 av matningsrullarna 2, låtes passera genom induktionsuppvärmningsspolen 8. Därefter startas lindningsmaskinen CM. Tråden W matas av matningsrullarna 2 via trådstyrningen 3 och lindas med hjälp av lindningsrullarna 4a och 4b och stigningsverktyget 5 till en förutbestämd spiralformad lindning. När lindningsprocessen har fullbordats avbrytes trådmatningsfunktionen under en förutbestämd tidsperiod.

Under avbrottet av matningsfunktionen nedsänkes skäret 7 för att avskära tråden W vid den spiralformade lindningens ändvarv i samverkan med skärvalsen 6, medan induktionsuppvärmningsspolen 8 uppvärmer det parti av tråden, som befinner sig däri, till en förutbestämd temperatur. När en förutbestämd tidsperiod har passerat återstartas matningsrullarna 2 för att mata tråden W och därefter upprepas samma lindnings-, avskärnings- och uppvärmningsförlopp.

Tråden W avskäres alltid vid ett läge som ungefär motsvarar mitten av dess uppvärmda parti. Eftersom hårdheten hos det uppvärmda partiet av tråden W är reducerad kan tråden W avskäras mycket lätt.

Den erfordrade skärkraften för avskärning av en tjock höghållfast tråd med en draghållfasthet av 2010 N/mmz och en diameter av 14,0 mm med den konventionella metoden är ungefär 21 ton, medan den erfordrade skärkraften för avskärning av samma tråd med metoden enligt föreliggande uppfinning är i intervallet 10,3-12,3 ton, vilket är cirka hälften så stort som den erfordrade skärkraften för avskärning av tråden med den konventionella metoden, förutsatt att draghållfastheten för det uppvärmda partiet av tråden minskas till eu; värde i intervallet 981-.1171 N/mmz (100-120 kgf/mmz).

Utföringsformen har här tidigare beskrivits användande induktionsupp- värmningsspolen 8 som ett medel för att uppvärma tråden vid en hög uppvärm- ningshastighet. Det är emellertid också möjligt att uppvärma ett parti av tråden vid en hög uppvärmningshastighet genom att fastklämma tråden vid två

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 40 '464 339 8 olika ställen åtskilda med ett förutbestämt avstånd, till exempel ett avstånd i intervallet 50-60 mm, med ett par elektroder, som kan fastklämma tråden W och tillföra en ström genom elektroderna för att uppvärma partiet som sträcker sig mellan elektroderna vid en hög hastighet till en förutbestämd temperatur. I den tidigare beskrivna utföringsformen är vidare uppvärmningsanord- ningen för uppvärmning av tråden vid en hög hastighet, dvs induktionsuppvärm- ningsspolen 8, anordnad framför matningsrullarna. Emellertid kan uppvärm- ningsanordningen anpassas att placeras, om så skulle vara nödvändigt, vid ett läge i arrangemanget av matningsrullarna 2 enligt trådlängden i spiral- fjädern, dvs uppvärmningsanordningen kan vara införlivad i lindningsmaskinen CM. Såsom tydligt framgår ur den föregående beskrivningen kan avskärnings- förfarandet enligt föreliggande uppfinning, vid tillverkning av spiralfjädrar genom kallindning av tjock höghållfast tråd, minska hållfastheten för ett parti av tråden, där tråden skall avskäras utan att alls försämra de erfordrade mekaniska egenskaperna för spiralfjädern, så att den erfordrade skärkraften för avskärning av tråden vid partiet reduceras praktiskt taget till hälften av den erfordrade skärkraften för avskärning av samma tråd med hjälp av det konventionella avskärningsförfarandet. Följaktligen minskar avskärningsförfarandet enligt föreliggande uppfinning en avsevärt oavsiktlig söndersmulning och avbrott av skärvalsen och skäret, och härigenom ökas livslängden kraftigt för skärvalsen och skäret. Följaktligen minskas kostnaden för tillverkning av spiralfjädrar genom kallindning av tjock höghållfast tråd väsentligt och avskärningsförfarandet enligt föreliggande uppfinning påverkar aldrig ogynnsamt de mekaniska egenskaperna hos spiralfjädrarna. PATENTKRAV

1. Avskärningsförfarande att tillämpas vid tillverkning av spiralfjädrar genom kallformning av en tjock höghållfast tråd, som matas kontinuerligt till en lindningsmaskin i en spiralformad lindning, och genom att avskära den tjocka höghållfasta tråden vid den spiralformade lindningens ändvarv, vilket innefattar: (a) att avbryta trådmatningsfunktionen under en förutbestämd tidsperiod -omedelbart efter det att den spiralformade lindningen har formats på lind- ningsmaskinen; (b) att uppvärma ett parti av en förutbestämd längd av tråden, som uppehåller sig på lindningsmaskinens trådbana framför skäret hos lindnings- maskinen på ett avstånd motsvarande trådlängden i den spiralformade 10 15 20 25 30 35 40 9 464 33. lindningen från läget av skäret medelst en uppvärmningsanordning för uppvärmning av tråden vid en hög hastighet till en förutbestämd temperatur i intervallet 400-75000 inom den förutbestämda tidsperioden, i vilken trådmatningsfunktionen är avbruten; och (c) att avskära tråden ungefär vid mitten av det uppvärmda partiet.

2. Avskärningsförfarande enligt krav 1, varvid nämnda uppvärmningsanord- ning för uppvärmning av tråden vid en hög hastighet är en induktionsuppvärm- ning vid hög frekvens eller en direkt elektrisk motståndsuppvärmning.

3. Avskärningsförfarande enligt krav 1, varvid hälften av den förut- bestämda längden av tråden uppvärmd av uppvärmningsanordningen är lika med eller mindre än hälften av trådlängden i ändvarvet av den spiralformade lindningen, som är kallformad på lindningsmaskinen.