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，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)。通過試驗和應(yīng)用驗證，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，機械強度高，在承載時彈簧強度好。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，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，如強度高，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床上同時進行，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，且機床及工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2)擰鋼索與纏彈簧分別進行，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，由于機床及工裝長度的限制，擰制較長鋼索時，要分段靠手工調(diào)整進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

基于上述工藝分析，設(shè)計制作了輔助工裝。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，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構(gòu)傳遞至專用傳動軸，傳動軸帶動蝸桿渦輪機構(gòu)，將動力傳遞至掛輪機構(gòu)，再通過齒輪到達支架軸，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；同時支架軸轉(zhuǎn)動，將6根鋼絲擰成鋼索，實現(xiàn)了鋼索的制造。周圍線盒支架、中心支架及其傳動機構(gòu)固定在車床大托板上，隨大托板運動，形成了多股簧。通過調(diào)節(jié)車床進給量可獲得不同的導(dǎo)程。多股簧捻距由齒輪箱中掛輪機構(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；同時自動纏繞裝置中引出鋼絲時，不需要通過軸向槽引出外層鋼絲，就可直接到達出絲口?？衫p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→立定或強壓處理→…。在鉗工加工時，首先將多出的圈數(shù)進行切斷，再對零件進行修整，磨平端頭。操作時由于彈簧振動，鋼索端部出現(xiàn)松散，再進行強壓處理，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，對加工工藝過程進行調(diào)整，采取纏繞→回火→立定或強壓處理→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，之后進行強壓處理，強壓后將纏繞預(yù)留出的多余圈數(shù)即強壓時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；同時解決了在專用機床上制造鋼索索徑及鋼索直徑不易直接檢驗的問題。采用該加工工藝方法解決了購置專用機床費用高、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，由于多股簧纏繞裝置，生產(chǎn)同類零件工裝的互換性強，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. 機械設(shè)計手冊[M]. 2版. 北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2] 張東文. 彈簧設(shè)計與制造工藝新技術(shù)及質(zhì)量監(jiān)控實用手冊[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)計與新技術(shù)新標準材料應(yīng)用及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗實用手冊[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。