一種圓柱彈簧拋丸強化機

袁存波，侯志堅，邢向濤，王 偉，李計良

（1.山東開泰拋丸機械股份有限公司，山東濱州 256217；2.濟南大學 機械工程學院，山東濟南 250022）

1 前言

彈簧是一種重要的基礎元件,在多種機械裝備上得到廣泛應用。隨著機械設備向高速、重載荷、質量輕、體積小的方向發展，對彈簧的性能、使用壽命等也提出了更高的要求。彈簧表面的劃痕、形狀變化等缺陷往往會產生應力集中，是疲勞斷裂源，會降低彈簧疲勞壽命。為提高彈簧使用壽命，除采用合理的熱處理工藝外，對彈簧表面進行拋丸強化處理,是提高彈簧疲勞壽命的一種重要手段。所謂彈簧噴丸就是把大量高速運動的彈丸噴射到彈簧表面,使彈簧表面的劃痕等缺陷受到沖擊在表面產生塑性變形，該變形層由無數密集的凹凸麻坑組成，硬度也有所提高，密集的麻坑能使微細的可能引起應力集中的表面缺陷不敏感。從而增加了彈簧的使用壽命[1，2]。針對汽車彈簧強化要求，我公司開發研制了S0520 型隧道式彈簧強化機，以下作簡要介紹。

2 彈簧拋丸強化機

2.1 設備布局及工作流程

該設備外形如圖1 所示：主要由拋丸清理室、前后副室、拋丸器總成、丸料循環凈化系統、自動上件系統、工件輸送系統、工件自轉系統、除塵系統、氣控系統和電氣控制系統等部分組成。前、后副室有防塵，減少彈丸的飛濺等作用；強化室內要放置工件自轉系統、工件輸送系統等，并在強化室內完成彈簧清理、強化。前副室、拋丸強化室及副后室線性排列，拋丸器放置在強化室頂部，工件從前副室進入，通過輸送系統進入拋丸強化室，最后工件從后副室出料口流出。工作時，首先依次啟動除塵系統、分離器、提升機、螺旋輸送器、工件自轉系統、工件輸送系統等，再啟動拋丸器，設備進入預備工作階段。在前密封室的進料口上裝載工件，此時打開供丸閘閥，開始對工件進行拋丸強化。工作過程中工件自轉同時平移，使“彈丸束”能完全覆蓋彈簧表面，直至強化流程完成，隨后可按順序停機。主要技術參數見表1。

圖1 設備外形圖

表1 主要技術參數

2.2 強化室結構原理

圖2 為螺旋彈簧拋丸強化機強化室（室體省去未畫）結構示意圖。由于圓柱螺旋彈簧特殊的幾何形狀，要使其表面得到充分的清理、強化，彈簧必須完全覆蓋在磨料流束之下，因此彈簧相對拋丸器磨料流束需有相對正確的位置和正確的運動路徑。在本設計方案中：拋丸器1（2 臺）放置在室體的頂部，可通過室體上部窗口向室內工件拋射彈丸；強化室內有兩條水平安放的輥軸2，兩輥軸平行放置，在外部動力驅動下同向旋轉，需要強化的彈簧由自動上料系統送至兩輥軸上部中間位置，當兩輥軸同向轉動時，彈簧會繞其軸線自轉。兩輥軸間之間距離可調，以適合大小不同的彈簧。調節輥軸之間的距離時，主動帶輪的位置要作上下調整。除了彈簧自轉以外，還要實現軸向移動。彈簧軸向移動由皮帶傳動實現，本皮帶結構如圖3，皮帶5 上均勻分布多個推釘6。皮帶輪3 逆時針轉動時，輥軸2 下部的皮帶平動，推釘6 穿過兩輥軸之間的縫隙推動彈簧向左移動，直至將彈簧送至下料系統。而螺旋軸4 的作用是將落下的磨料送至循環系統，以備再次使用。

圖2 強化室結構示意圖

圖3 皮帶結構示意圖

2.3 工件運載系統

工件運載系統由工件自轉系統和工件運輸系統組成，帶動工件一邊直線前進，一邊圍繞自身中心軸線進行自轉。勻速均勻的接受彈丸的強化處理。自轉系統傳動輥軸均采用優質碳素鋼無縫鋼管與調質軸頭焊接而成，外形及安裝尺寸焊后整體加工，從而保證了同軸度。兩輥軸間相隔一定距離，以保證適合一定直徑范圍的圓簧通過。拋丸室內的輥軸采用厚壁無縫鋼管與軸頭焊接加工而成，經過調質處理，拋丸主室的輥道均裝有可方便更換的10mm 厚ZCr20 高鉻鑄鐵耐磨護套，既保證了輥軸的剛度和強度，又保證了輥軸的使用壽命，如圖4，各護套外徑應統一保證圓簧順利行走，護套兩端固定采用螺栓鎖緊式，保證連接處緊密平滑，不出現卡簧、跳簧等狀況。聯軸器采用螺栓鎖緊式，結構簡單，拆裝方便。驅動采用變頻調速，獲得合適的自轉轉速。

圖4 輥道結構示意圖

工件輸送系統由撥叉輸送系統和圓簧托板等組成。前后副室各安裝一端圓簧托板，是圓簧進出拋丸室的過度道路，托板安裝平整，與輥道的落差適中，保證了圓簧運行的平穩性，不出現卡簧、跳簧等狀況。撥叉輸送系統由驅動電機、皮帶輪、皮帶、輥輪、撥叉、支承軸等組成，電機帶動皮帶輪，通過撥叉推動工件前進。撥叉支撐軸中間部位設計耐磨護套，延長支承軸的使用壽命，耐磨護套采用半開口設計，安裝更換方便。驅動電機本身帶有變頻調速裝置，以保證工件通過的速度實現無級調速，達到工件一次性通過充分清理。驅動采用變頻調速，獲得合適的工件輸送速度。

帶座軸承的密封采用迷宮盤、密封圈、軸承墊板及外置密封罩等多級密封，以實現防砂、防塵、防磕碰，提高軸承的使用壽命。

3 結論

作為彈簧拋丸強化不可或缺的設備，該彈簧拋丸強化機已試制成功并交付用戶，多項技術指標均滿足用戶要求。實際上噴丸強化的效果還與彈丸的材料、硬度、尺寸、形狀、拋丸速度、流量以及拋丸時間等多因素有關，其影響規律多通過實驗方法驗證得到。本公司除做好設備外，還應進一步研究彈簧的拋丸強化工藝，以期得到更好的實際效果。