多股圓柱螺旋彈簧加工制造工藝技術(shù)

羅春紅，辛?xí)匀~，王浩宇，張繼平

(內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

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多股圓柱螺旋彈簧加工制造工藝技術(shù)

羅春紅，辛?xí)匀~，王浩宇，張繼平

(內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

在分析零件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對多股圓柱螺旋彈簧的加工特點(diǎn)，采用制作輔助工裝的方法，使鋼索纏制與彈簧成型一次完成，確保了彈簧的鋼索索距、鋼索索徑及多股彈簧的外形尺寸要求。改變以往修整方式，采取定徑強(qiáng)壓后修整，提高了零件特性要求的制造工藝技術(shù)。通過試驗(yàn)和應(yīng)用驗(yàn)證，效果良好。

纏繞；成型；性能

1　零件的結(jié)構(gòu)分析

多股圓柱螺旋彈簧是由2～7股直徑為0.4～3mm的鋼絲，擰成鋼索后纏繞而成的彈簧。這種彈簧所用鋼絲較細(xì)，機(jī)械強(qiáng)度高，在承載時(shí)彈簧強(qiáng)度好。多股螺旋彈簧在各股鋼絲被擰緊之后，相鄰股絲間有接觸壓力產(chǎn)生的摩擦阻力，工作時(shí)會產(chǎn)生一定的能量損失，使之具有良好的緩沖性能而兼有緩沖簧的作用；同時(shí)，由于多股簧具有較合理的同心彈簧結(jié)構(gòu)，具有其他類型彈簧所不可比擬的特點(diǎn)，如強(qiáng)度高，柔度大，與單股螺旋彈簧相比具有較高的壽命和安全性，占用空間小，質(zhì)量輕等[1-4]。但此類零件的加工制造工藝復(fù)雜，自動化程度低，成本高，一般均采用單股螺旋彈簧代替。

多股圓柱螺旋彈簧示意圖如圖1所示。

圖1　多股圓柱螺旋彈簧示意圖

多股圓柱螺旋彈簧的纏制有2種方法：1)擰鋼索與纏彈簧在專用機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行，采用此方法卷制的彈簧質(zhì)量好，但彈簧鋼索索距及鋼索直徑不易直接檢驗(yàn)，且機(jī)床及工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2)擰鋼索與纏彈簧分別進(jìn)行，先在專用夾具上按要求擰成鋼索，再纏彈簧，鋼索索距及鋼索直徑可直接測量，使用的工裝結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，但鋼索擰好后，由于反彈而易發(fā)生松散。對于第2種方法，由于機(jī)床及工裝長度的限制，擰制較長鋼索時(shí)，要分段靠手工調(diào)整進(jìn)行使鋼索索距及鋼索直徑均勻性較差，纏繞后的零件質(zhì)量差，目前國內(nèi)很少采用該方法加工。

2　纏繞工裝的設(shè)計(jì)

基于上述工藝分析，設(shè)計(jì)制作了輔助工裝。將工裝與車床連接，使鋼索繞制與彈簧成型在車床上一次完成。制索工裝與心軸間有一定距離，在制索后可直接檢測索距及索徑，同時(shí)由于纏繞一次完成，彈簧質(zhì)量好，纏繞效率高。纏繞裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2　纏繞裝置結(jié)構(gòu)簡圖

3　纏繞工裝工作原理

將多股彈簧纏繞裝置與普通車床通過齒輪連接，纏繞時(shí)，通過纏繞裝置將內(nèi)外股鋼絲擰成無芯、有芯多股鋼索，鋼索通過裝置直接卡入車床卡盤，卷制到心軸上，卷制成多股彈簧的卷簧。輔助自動纏繞裝置的工作原理是(以6股簧為例)經(jīng)主軸輸出動力，通過二級變速齒輪機(jī)構(gòu)傳遞至專用傳動軸，傳動軸帶動蝸桿渦輪機(jī)構(gòu)，將動力傳遞至掛輪機(jī)構(gòu)，再通過齒輪到達(dá)支架軸，中心支架由螺栓固定在周圍線盒支架上，也可直接焊接在周圍線盒支架上。周圍線盒支架、中心支架和套筒帶動周圍線盒、中心線盒隨支架軸轉(zhuǎn)動。周圍線盒、中心線盒由螺栓固定在周圍線盒支架、中心支架上，中心線盒中的1根鋼絲穿過支架軸的中心孔，與周圍線盒中的5根鋼絲通過套筒和支架軸的中心孔，經(jīng)過出絲口后，固定在纏繞心軸的固定套上。由主軸帶動固定套轉(zhuǎn)動，從固定在刀架上的出絲口抽出鋼絲；同時(shí)支架軸轉(zhuǎn)動，將6根鋼絲擰成鋼索，實(shí)現(xiàn)了鋼索的制造。周圍線盒支架、中心支架及其傳動機(jī)構(gòu)固定在車床大托板上，隨大托板運(yùn)動，形成了多股簧。通過調(diào)節(jié)車床進(jìn)給量可獲得不同的導(dǎo)程。多股簧捻距由齒輪箱中掛輪機(jī)構(gòu)的傳動比確定，經(jīng)過配換掛輪可獲得不同的捻距。更換周圍線盒支架、中心支架，周圍線盒、中心線盒和配換掛輪機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)6股以下鋼絲的多股簧的自動纏繞；同時(shí)自動纏繞裝置中引出鋼絲時(shí)，不需要通過軸向槽引出外層鋼絲，就可直接到達(dá)出絲口。可纏繞內(nèi)層1根鋼絲，外層5根鋼絲的多股簧，纏繞裝置有6個(gè)線盒，支承及傳動結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，而且由于纏制鋼索與彈簧成型一次完成，保證了彈簧的索距。

4　成型工藝

成型工藝常規(guī)采取纏繞→鉗工加工(切斷、端頭磨平修整、自由高度及外形修整)→回火→立定或強(qiáng)壓處理→…。在鉗工加工時(shí)，首先將多出的圈數(shù)進(jìn)行切斷，再對零件進(jìn)行修整，磨平端頭。操作時(shí)由于彈簧振動，鋼索端部出現(xiàn)松散，再進(jìn)行強(qiáng)壓處理，彈簧端頭外漲，端部翹曲，鋼索松散加重，端頭鋼絲炸開等缺陷出現(xiàn)，導(dǎo)致零件的平直度差。由于端頭鋼索松散，零件性能檢測不合格。

根據(jù)加工工藝出現(xiàn)的缺陷，對加工工藝過程進(jìn)行調(diào)整，采取纏繞→回火→立定或強(qiáng)壓處理→鉗工加工(切斷、端頭磨平修整、自由高度及外形修整)→…，加工工藝調(diào)整為先進(jìn)行回火，回火后鋼索索徑、索距值在后續(xù)加工中不變，之后進(jìn)行強(qiáng)壓處理，強(qiáng)壓后將纏繞預(yù)留出的多余圈數(shù)即強(qiáng)壓時(shí)端頭漲出的部分切斷，再對零件端頭磨平焊接。該加工工藝方法提高了成型的質(zhì)量，保證了零件的性能。

5　結(jié)語

該多股彈簧纏繞工裝結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，易操作，工作效率高。鋼索繞制與彈簧成型一次完成，索徑、索距以及多股彈簧外形纏繞尺寸得以保證，解決了制造多股簧先擰制鋼索后纏制彈簧質(zhì)量不穩(wěn)定的問題；同時(shí)解決了在專用機(jī)床上制造鋼索索徑及鋼索直徑不易直接檢驗(yàn)的問題。采用該加工工藝方法解決了購置專用機(jī)床費(fèi)用高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易操作，以及傳統(tǒng)加工方法勞動效率低、零件質(zhì)量狀況差、性能不易保證等問題；同時(shí)，由于多股簧纏繞裝置，生產(chǎn)同類零件工裝的互換性強(qiáng)，節(jié)約了生產(chǎn)制造同類型零件的工裝再制造成本。經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證，采用該纏繞工裝及成型工藝方法加工的零件，質(zhì)量性能良好，為多股圓柱螺旋彈簧的生產(chǎn)加工提供了可借鑒的制造工藝技術(shù)，在同行業(yè)具有領(lǐng)先水平。

[1] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 張東文. 彈簧設(shè)計(jì)與制造工藝新技術(shù)及質(zhì)量監(jiān)控實(shí)用手冊[M]. 北京：中國科學(xué)文化音像出版社，2003.

[3] 劉祥云,等. 最新彈簧生產(chǎn)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與新技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)材料應(yīng)用及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)實(shí)用手冊[M]. 廣州：廣東音像出版社，2004.

[4] 張英會,等. 彈簧手冊[M]. 2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

責(zé)任編輯鄭練

TheManufacturingTechniqueforMulti-radicesCylindricalHelicalSprings

LUOChunhong,XINXiaoye,WANGHaoyu,ZHANGJiping

(InnerMongoliaNorthHeavyIndustriesGroupCo.,Ltd.,Baotou104030,China)

Basedontheanalysisofthepartstructureandaccordingtotheprocessingcharacteristicofstrandedwirecylindricalhelicalspring,theauxiliaryfixtureismanufacturedtomakethewindingofsteelwireandspringformingcompletedatonce.Thus,ensuretheaccuratestrandpitchanddiameterofthesteelwireandthedimensionrequirementsofthestrandedwirehelicalspring.Thepreviousdressingmethodischangedandnewmanufacturingtechnologyisused,performingdressingprocessaftersizingandprestressing,andimprovingthepartsperformancerequirementtechnology,achievegoodeffectthoughtestingandvalidation.

winding,forming,performance

2016-03-29

TH135+.1B

羅春紅(1970-)，女，工程師，主要從事彈簧工藝技術(shù)等方面的研究。