弧形彈簧的製作工藝的製作方法
2023-09-10 05:54:00
弧形彈簧的製作工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種彈簧的製作工藝，尤其涉及一種弧形彈簧的製作工藝。本發明所述的弧形彈簧製作工藝包括彈簧繞制和彈簧回火，所述彈簧繞制通過計算彈簧材料的變形量，編制彈簧繞製程序，通過電腦控制成形。與現有技術相比，本發明的優點為：相比於現有技術的模具成型，本發明的弧形彈簧成型不用夾具，通過其他工裝不進行束縛；回火後彈簧自動達到圖紙要求尺寸，不會產生因對彈簧加裝固定夾具而產生的二次變形應力。
【專利說明】
弧形彈簧的製作工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種彈簧的製作工藝，尤其涉及一種弧形彈簧的製作工藝。
【背景技術】
[0002]彈簧是一種廣泛使用的彈性元件，其外形多為圓柱形，生產加工可分為冷捲成形和熱捲成形。彈簧為了與其裝配空間更好地吻合，也有設計為非圓柱形的，如汽車雙質量飛輪用的彈簧為弧形彈簧。
[0003]國內部分彈簧生產廠家彈簧繞制一般是先把彈簧直線成形，然後再使用模具把彈簧強制成型為要求形狀，這種成形一方面不能保證彈簧內、外弧度彈簧節距的均勻性，造成壓力不穩定。另一方面容易使彈簧產生回彈，不能保證內外弧度的均與性，在使用過程中使彈簧與彈簧固定套產生摩擦，影響彈簧使用壽命。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是解決上述問題，提供一種不採用加持模具成型的弧形彈簧製作工藝。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的，一種弧形彈簧製作工藝包括彈簧繞制和彈簧回火，所述彈簧繞制通過計算彈簧材料的變形量，編制彈簧繞製程序，通過電腦控制成形，不需要專用模具將彈簧強制完成弧形。
[0006]本發明通過使用電腦編程，將彈簧一圈繞制動作分成兩步驟進行，通過電腦程式控制卷簧機送料。具體為彈簧成型送料由節距起點開始動作，在程序設定的大節距處送料半圈，再進行程序設定的小節距處送料半圈，再進行大節距處送料半圈，小節距處送料半圈，大小節距之間反覆循環送料，直至完成圖樣要求的圈數，繞制後的彈簧結構為弧形。由於彈簧需要形成弧形而不是常規的鋼絲螺旋方向與彈簧兩端面垂直、彈簧有效圈之間節距尺寸相同的直線型彈簧(直簧)，所以必須需要彈簧節距尺寸之間的大小差異來自然形成弧形。
[0007]上述節距起點是程序設置的，節距起點在設備出廠時設備廠家已經確定完畢的；大節距是指弧形彈簧的外圈節距；小節距是指弧形彈簧的內圈節距。弧形彈簧內外圈或者說是內外側的節距是不同於常規直簧的(直簧可以認為是圓柱體，無法區分內外側)，常規直簧的各圈之間的節距尺寸是相同的。而弧形彈簧內圈每一圈節距尺寸是小於外圈每一圈的節距尺寸的，由於內外圈節距尺寸有規律差異所以才會形成弧形。上述「在大節距處送料半圈、再進行小節距處送料半圈」，是生產時的具體步驟，大節距為在電腦編程過程中電腦顯示的節距參數數值相對小節距來說較大的部分，小節距反之。如生產時彈簧內外圈節距尺寸分別為:13.2。/15.5。15.5就被定義為大節距，13.2就被定義為小節距，其目的是讓彈簧在生產時由於彈簧內外圈之間的節距尺寸差異而自然形成弧形。再進行大節距處送料半圈，小節距處送料半圈，大小節距之間反覆循環送料，直至完成根據圖樣要求的圈數。彈簧的弧形形狀是由大、小節距間的尺寸差異決定的，由於彈簧內圈節距尺寸小，彈簧外圈節距尺寸大，所以可以形成有規律的形狀，彈簧卷制出來即可成為類似於S形的弧形。
[0008]進一步地，所述回火通過掌控彈簧材料變形量，掌控彈簧材料變形規律，對繞制的彈簧設定相應回火溫度和回火時間，使彈簧自然回火(自然回火指彈簧熱處理時沒有外力對彈簧進行固定或幹涉)，形成平整規範的弧形。回火的主要目的是消除彈簧在成形過程中材料變形而產生的內應力。由於彈簧內外圈大、小節距間的尺寸差異，彈簧卷制出來即可成為類似於S形的弧形，將卷制的彈簧自然狀態(沒有外力固定或幹涉)放入回火爐中進行熱處理，由於前期卷簧時已經將彈簧卷製成弧形，此時彈簧已不需要外力成型為弧形。卷制後自然形成弧形狀態的彈簧經過熱處理去除應力，由於材料本身特性，彈簧圈數略有增加，彈簧繞制時弧形弧度已基本定型，熱處理後不會發生其他變化(去除彈簧卷制時產生的有害應力是熱處理的主要功能)。國內部分廠家使用夾具固定彈簧回火，容易使彈簧變形應力得不到徹底消除，且產生新的變形應力。
[0009]優選地，所述彈簧材料的抗拉強度標準為:1860_1960MPa。
[0010]優選地，所述彈簧材料選用SWOSC-V油淬火材料，對繞制的彈簧設定的回火溫度為420°C _430°C，回火時間為45-60分鐘，使彈簧自然形成平整規範的弧形。
[0011]彈簧熱處理變形原理:彈簧鋼絲在彈簧卷繞成形的過程從材料變形的角度看，實際上是將一根原來挺直狀態的鋼絲通過外力(卷簧機)強制使彈簧材料產生塑性變形，在彈簧材料發生塑性變形過程中，彈簧材料內部晶格發生扭曲和錯位，因此產生很大內應力(拉應力)，彈簧材料捲成彈簧除了塑性變形之外同時存在一部分沒有及時得到恢復的彈性變形(理論上當外力消失彈性變形應該立即恢復，實際上當外力消失，大部分彈性變形可以立即得到恢復，還有少量彈性變形的恢復滯後於外力消失，這種現象稱為「彈性後效」或「滯彈性」，是材料的基本特性之一)。彈簧冷卷之後進行熱處理(消除應力回火)相當於向彈簧輸入能量，使彈簧在卷簧過程由於晶格扭曲和錯位所產生的內應力得到大部分釋放，彈簧殘留的彈性變形全部恢復。宏觀上表現為彈簧尺寸的變化為外徑縮小，圈數增加。
[0012]弧形彈簧的現行的彈簧成型方法為將彈簧繞製成一根直簧，彈簧每一圈的節距尺寸相同，卷制後通過專用模具將彈簧強制彎成弧形進行熱處理，取得所需要的弧形。本發明通過使用電腦編程，改進常規彈簧繞制方法，不需要專用模具將彈簧強制完成弧形。
[0013]與現有技術相比，本發明的優點為:相比於現有技術的模具成型，本發明的弧形彈簧成型不用夾具，通過其他工裝不進行束縛。回火後彈簧自動達到圖紙要求尺寸，不會產生因對彈簧加裝固定夾具而產生的二次變形應力。
【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例，對發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0015]實施例
[0016]一種弧形彈簧製作工藝，其工藝流程如下:
[0017]1.了解彈簧參數，例如某款弧形彈簧
[0018]材料:SWOSC-V
[0019]材料線徑:d= 3.7 mm
[0020]彈簧尺寸(外徑):D2 = 21.5 mm
[0021]彈簧總圈數:nl = 52圈
[0022]彈簧有效圈數:n = 48圈
[0023]彈簧硬度:HRC48_53
[0024]彈簧自由角度:162°
[0025]彈簧工作角度:60° ±2.5°
[0026]彈簧工作應力:819N/mm
[0027]彈簧工作半徑:114.5毫米
[0028]2.校對彈簧圖樣的準確性及材料選用的正確性
[0029](I)彈簧中徑計算(計算至48圈處):D = D2-d
[0030]D = 21.5-3.7
[0031]D = 17.8
[0032](2)彈簧角剛度計算:F ' = Gd4/8D3n
[0033]F = 78500*3.7*3.7*3.7*3.7/8*17.8*17.8*17.8*48
[0034]F ; = 6.79N
[0035](3)彈簧旋繞比計算:C = D/d
[0036]C = 17.8/3.7
[0037]C = 4.81
[0038](4)彈簧曲度(應力)修正係數:K = (4C-1/4C-4) +0.615/C:
[0039]K = (4*4.81-1) / (4*4.81-4) +0.615/4.81
[0040]K= 1.32
[0041](5)彈簧每1°變形量應力:τ = 8KD F』 / Ji d
[0042]= 8*1.32*17.8*6.79/3.14*3.7*3.7*3.7
[0043]= 8.06N/mm2
[0044](6)彈簧工作變形量計算:F1 = HO-Hl
[0045]Fl = 162-61
[0046]= 101°
[0047](7)彈簧工作應力計算:τ I = τ *F1:
[0048]τ I = 8.06*101
[0049]= 814.06 N/mm(計算過程中取小數點關係,計算值與圖樣要求值基本一致)
[0050]
鋼絲類型油淬火回火碳素鋼不鏽鋼絲青銅線
鋼絲絲許用In類 0.60 6 0.55 6 b0.50 6 b 0.40 6 L.切應b
[0051]力 II 類(0.45 一 0.50( 0.4 O-0.4 ( 0.35 一 0.4(0.30—0.3[τ) 6 h5 ) 6 L.0) 6 B5 )6 t.] I 類( 0.40—0.45( 0.35—0.4 ( 0.30—0.3(0.25—0.3)6 bO) 6 h5 ) 6 bO)6 b
[0052]注JII類載荷受靜載荷以及變載荷作用次數在100次以下的載荷
[0053]II類載荷一受變載荷次數在10-1OOO萬次範圍內的載荷，以及衝擊載荷等
[0054]I類載荷---受變載荷次數在1000萬次以上的彈簧
[0055](8)彈簧最大應力與抗拉強度比值:τ 2/ 6 b
[0056]= 814.06/1860
[0057]= 0.437 < 0.45 6 L.
[0058]校對結論:該彈簧選用進口 SWOSC-V材料，彈簧性能可以滿足圖樣技術要求。
[0059]3.製作過程
[0060]⑴選用SWOSC-V油淬火材料，得材料抗拉強度標準為:1860-1960MPa
[0061]⑵計算彈簧旋繞比(計算至48圈處)C = D/d
[0062]= 4.81
[0063]⑶根據查表所得，
[0064]根據採用的材料特性，彈簧經過熱處理後外徑(D2)會變小:0.171 mm，彈簧圈數(nl)在彈簧軸向方向增加0.589圈。縮量計算值=DX (K/d)
[0065]注:彈簧旋繞比C = 3-8.5時，K取值為2X0.001
[0066]圖樣技術要求彈簧總圈數為52圈，預留出彈簧熱處理以後的圈數變化量，由於小數點取捨以及利於圈數檢查方法等問題，彈簧實際生產總圈數(nl)取51.5圈，(52-0.5 =51.5)
[0067]減去彈簧兩端支撐圈4圈，實際生產的彈簧有效圈(η)為47.5圈(51.5-4 =47.5)。
[0068]⑷確定完畢彈簧有效圈數，根據彈簧成型編程及節距，調整卷簧機電腦程式:
[0069]例如:彈簧外徑生產尺寸為21.7毫米，卷簧機顯示彈簧單圈送線長度為50個單位(I單位=I mm )。那麼彈簧成品有效圈送線長度為:48*50 = 2400個單位。
[0070](5)減掉前面計算出來的彈簧熱處理後圈數增加的變形量(52-0.5-4 = 47.5)
[0071]彈簧半成品有效圈送線長度為:47.5*50 = 2375個單位(將在大小節距之間反覆循環送料，由於彈簧內外圈大、小節距間的尺寸差異而形成的弧形形狀的彈簧自然狀態放入回火爐中進行熱處理。由於前期卷簧時已經將彈簧卷製成弧形，此時彈簧已不需要外力成型為弧形。卷制後自然形成弧形狀態的彈簧經過熱處理去除應力，由於材料本身特性，彈簧圈數略有增加，彈簧繞制時弧形弧度已基本定型，熱處理後不會發生其他變化)。
[0072](6)得出彈簧經過熱處理後，彈簧總圈數會增加(2400-2375)/47.5 = 0.589圈。
[0073](7)所以，卷簧時在卷簧機電腦編程上根據實際彈簧外徑尺寸需求的送線單位，經過理論計算出的彈簧經過熱處理後的每一圈送線長度單位變化，將熱處理後的變形量提前減掉(0.589/47.5 = 0.0124)，卷出的彈簧經過熱處理即可得到圖樣要求的產品。
[0074]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種弧形彈簧的製作工藝，包括彈簧繞制和彈簧回火，其特徵在於所述彈簧繞制通過計算彈簧材料的變形量，編制彈簧繞製程序，通過電腦控制成形。
2.根據權利要求1所述的弧形彈簧的製作工藝，其特徵在於所述通過電腦控制成形的操作方法為:將彈簧一圈繞制動作分成兩步驟進行，通過電腦程式控制卷簧機送料，具體為彈簧成型送料由節距起點開始動作，在程序設定的大節距處送料半圈，再進行程序設定的小節距處送料半圈，再進行大節距處送料半圈，小節距處送料半圈，大小節距之間反覆循環送料，直至完成圖樣要求的圈數，繞制後的彈簧結構為弧形。
3.根據權利要求1所述的弧形彈簧的製作工藝，其特徵在於所述彈簧回火通過掌控彈簧材料變形量，掌控彈簧材料變形規律，使彈簧自然回火形成平整規範的弧形。
4.根據權利要求1所述的弧形彈簧的製作工藝，其特徵在於所述彈簧材料的抗拉強度標準為 1860-1960MPa。
5.根據權利要求3所述的弧形彈簧的製作工藝，其特徵在於所述彈簧材料為SWOSC-V油淬火材料。
6.根據權利要求3所述的弧形彈簧的製作工藝，其特徵在於對繞制的彈簧設定的回火溫度為420°C _430°C，回火時間為45-60分鐘。
【文檔編號】B21F35/00GK104190829SQ201410396001
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】顏廷川, 孔志強, 顏世軍 申請人:曲阜天博汽車電器有限公司