波形彈簧加工工藝研究

劉明銘 黃晨華 薛 偉（沈陽黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽 110043）

?

波形彈簧加工工藝研究

劉明銘 黃晨華 薛 偉
（沈陽黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽 110043）

摘 要：隨著黎航部件公司市場開拓力度加大，僅靠我公司現有零件號類型，已無法滿足客戶需求，因此我部門承攬了一些試驗器和特殊零件加工任務。本文研究的某廠一波形彈簧零件就屬于這種情況，公司從未加工過該類零件。波形彈簧是用鋼板彎曲成型，再經過定型處理。本文具體介紹了波形彈簧的機械加工工藝，分析了在加工過程中所遇到的難題，以及采用的技術措施。

關鍵詞：波形彈簧；回彈量；技術措施

0 引言

目前機械制造水平的不斷發展，波形彈簧的應用較為普通。波形彈簧一般選用優質彈簧鋼（65Mn、60SiMnA、50CrV等）經特定方法熱處理并根據具體情況，硬度一般在HRC44～55之間，表面發黑，具有良好的彈性。波形彈簧應用于某機械裝置的軸承壓緊處。關于波形彈簧的加工，公司是第一次嘗試，本文介紹了在研制過程中，用機械加工方法生產波形彈簧的一些經驗，以及采取的重要技術措施。

1 波形彈簧的結構和技術分析

波形彈簧是機械裝置軸承壓緊處的重要零件，它是同軸承配合使用，軸承與波形彈簧的波峰接觸，固定在一定高度，依靠波峰被壓縮所產生一定大小的力。

波形彈簧是由均勻分布波峰與波谷構成。如圖1所示，波峰與波谷要求圓周半徑為17±2mm，內徑為Φ57mm，外徑為Φ66.7mm。

技術要求：

（1）波形彈簧在無壓力狀態下要求高度H0=4±0.2mm，工作高度高度H= 3.2mm～ 3.4mm。

（2）波形彈簧彈力值要求：H= 3.5mm時，T=256N；H=3.1mm時，T=470N；H=2.9mm時，T=578N。彈力值可上下浮動5%。

（3）材料牌號為50CrV，材料規格為厚度1.6mm的板材，材料狀態為Y，硬度要求HV≥450，硬度和彈性極限很高。

圖1

2 波形彈簧的工藝路線

確定波形彈簧加工工藝路線：

（1）毛料：該波形彈簧表面粗糙度要求不高，原板材經振動光飾即可達到要求，因此直接選用厚度1.6mm的板材。

（2）下料、線切割因為是小批量生產，所以直接將板材用線切割加工成內徑為Φ52mm，外徑為Φ70mm的圓環毛坯。

圖2

圖3

（3）冷壓成型將毛坯裝入壓型工裝，以中心銷軸為基準，用壓力機將波簧冷壓成型，用螺栓鎖緊。

（4）熱處理將零件夾緊固定在工裝里，進行熱處理定型。

（5）車加工內、外圓用中心銷軸固定夾緊，車加工外圓，然后用螺栓固定夾緊，卸下中心銷軸，車加工內孔。

（6）去毛刺及振動光飾將波簧從工裝中取出，去除毛刺，然后進行振動光飾，提高表面光度。

（7）檢驗按圖紙要求檢驗波形彈簧的彈力值和有關尺寸。

3 波形彈簧加工過程中的技術難點及解決措施

波形彈簧為我公司第一次研制加工，特點是單件、小批生產。有以下3個加工難點：

3.1 波形彈簧原材料為板材，多為沖壓成型，需要沖壓模具，但是該模具制造周期長，并且成本高。壓型時材料存在拉伸，內外徑尺寸相對減小，容易造成尺寸超差，影響最終裝配使用。因此，需要設計一個能完成冷壓成型的簡易工裝和一個能進行車加工內外徑的工裝。

3.2 波形彈簧首先進行壓縮成形，再通過熱處理，最后校型。在加工中極易產生回彈現象，并且回彈量難以控制，會影響波形彈簧最終高度尺寸。因此對壓型工裝波形高度有一定要求，怎樣克服零件回彈是一個難點。

4 加工難點解決技術措施

結合波形彈簧的結構特點和技術要求，通過理論和試驗相結合，提出以下技術措施來解決加工過程中的困難。

4.1 自制簡易壓型工裝

波形彈簧為我公司研制加工，特點是單件、小批生產。所以不采用沖壓成型技術，而是自制簡易壓型工裝，先進行壓縮成型，再通過熱處理定型，最后車加工其內外圓完成最終加工。由于波形彈簧是在用工裝夾緊的狀態下車加工內外徑，這樣就能有效預防材料在壓型時的拉伸變形而造成內外徑尺寸相對減少的現象，保證零件尺寸合格。

因為波形彈簧形狀特殊，要求按圓周均勻分布波峰與波谷固定，所以要用簡易壓型工裝進行成型后，工裝要求處于夾緊狀態，防止波形配合錯位，零件發生變形，尺寸超差。但波簧需要車加工內孔和外圓保證其內外徑尺寸，因此設計該工裝需要用兩處夾緊裝置：一是用中心銷軸配合墊片和螺母鎖緊，依靠銷軸與上下壓型工裝配合，保證上下壓型工裝之間的同軸度要求；二是用在壓型工裝底座上沿圓周分布的三對螺栓與螺母鎖緊，由它們保證壓型工裝波形配合。因此設計出一套適合波形彈簧加工的專用壓型工裝，如圖2所示。

車加工使用中心銷軸固定夾具，夾緊波簧，車加工外圓，然后用三對螺栓和螺母固定上下壓型工裝底座，再卸下中心銷軸，車加工內孔。

4.2 解決波形彈簧回彈問題

解決波形彈簧回彈問題主要有兩種方法。一是利用回彈量的經驗值，通過修正模具型面設計，使波形彈簧“型面”高度稍大于正常的“型面”高度，回彈后接近正常波形彈簧型面的（高度、波形）方法；二是利用熱處理定型的方法，通過熱處理固定波形彈簧“型面”，保證波形彈簧的幾何尺寸的方法。本次研制采用熱處理定型方法，獲得較好的效果。

具體方法是波形彈簧壓制成型后，再次安裝在如圖2所示的簡易工裝內，夾緊緊固，波形彈簧與工裝一同進行850℃油淬和450℃～500℃的回火，隨油冷卻。熱處理定型后，仍然在此加緊狀態下，進行車削加工內外圓，通過不斷摸索和調整。上述熱處理定型的方法，效果較好，在彈性檢測、波峰波谷等尺寸方面，合格率達到95%以上。

結論

本次工藝技術研究的成果為，一是所設計加工方法及工裝，經過多批次的加工驗證，產品質量穩定，說明工藝方法正確。二是制造出合格的波形彈簧零件，在尺寸檢測、彈力測定、表面粗糙度等方面都達到設計要求，并滿足試驗設備的使用要求。最終波形彈簧零件實物如圖3所示。

該波形彈簧的合格交付，代表我公司在客戶評價中的技術提升，提高客戶滿意度，為我公司將來的市場開拓提供了更大的幫助。

參考文獻

［1］姜春英，李盈毅，等.波形彈簧材料及熱處理工藝選擇［J］.鄭州紡織工學院學報，1996，7（3）：15-20.

［2］李文方，陳凱亮，陳建江.波形彈簧的優化設計［J］.機械科學與技術，1998，17（4）：591-593.

［3］李學新.波形彈簧成形模曲面的在線加工［J］.鄭州紡織工學院學報，2001，12（3）：19-21.

［4］王中.彈簧制作工藝學［M］.北京：哈爾濱工業大學出版社，1983.

中圖分類號：TH135

文獻標識碼：A