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常见的几种典型工艺流程予以介绍
1.用冷拔弹簧钢丝制造压缩螺旋弹簧
对于车床卷簧,在卷簧工序后须经切断工序,把一次卷成的几个连在一起的弹簧分离成单个弹簧。
有些重要的弹簧,在磨削端面之前,可增加一道毛坯高度分类工序,以保证磨削质量。也可将磨削工序分为粗磨和精唐两道工序,并在粗磨后进行去毛刺或倒角。
2.用冷拔弹簧钢丝制造拉伸螺旋弹簧
拉伸螺旋弹簧的制造,国外已有专门的自动卷簧机,对于一些典型钩环,可以在卷簧工序一次完成。但是,在国内,目前尚未生产这种机床。拉伸弹簧钩环是用一些专用模具来制造,是一道专门工序。
值得注意的是,卷簧后的去应力回火工序是除去卷绕过程中产生的残余应力,而钩环制作后的回火工序,则是为了除去制作钩环时产生的内应力。虽然这两道工序都有除去内应力的作用,但不能合并为一道工序,因为前一道回火工序兼有“定形”作用,以确保钩环的相对位置精度。并且后一道回火工序的加热温度一定不能高于前一道的回火温度。
不象压缩弹簧,拉伸弹簧一般不进行“强拉”处理。由于丸粒难于喷到弹簧内表面,故也不进行喷丸处理。
3.用冷拔弹簧钢丝制造扭转螺旋弹簧
与拉伸弹簧类似,扭转螺旋弹簧的制造,国外也有专门的自动卷簧机,对于一些典型扭臂,可以在卷簧工序一次完成。但是,国内目前只有直尾卷簧机,扭臂必须用专门的模具,在专门的工序上完成。
目前,国内生产扭转螺旋弹簧的典型工艺流程有两种,一种是先定尺下料,然后再进行卷簧等其它工序,如双臂扭簧的工艺流就属此例;另一种是类似拉簧的工艺流程,只是不同于:拉簧是制作钩环,而扭簧则是制作扭臂。
由于在卷簧时产生的残余应力与工作应力的方向相反,所以也经常省略回火工序,以让这些有益的残余应力削减工作应力的峰值。但是,回火处理有利于使弹簧材料的晶粒结构稳定,并可减少弹簧扭臂在运输等过程中因碰撞而引起的变形。
强扭处理也是对极少数特殊扭簧而安排的工序。
4.用退火状态供应的弹簧钢丝制造螺旋弹簧
退火状态供应的合金弹簧钢丝主要用来制造压缩螺旋弹簧,它的工艺流程与上述不同的主要是成型后要进行淬火、回火处理,制造弹簧端部时而需经正火处理,其它工序基本相同。
5.热卷大弹簧的工艺流程
材料直径大于12mm的弹簧,常称为大弹簧,一般是用热成型方法制造。热卷大弹簧基本上是压缩螺旋弹簧。
热卷弹簧都是有芯卷簧。对于卷制圆锥螺旋压缩弹簧,由于在卷制时“开档”(卷出节距来)困难,故在校正工序中,兼有开档的任务。另外,为保证淬火温度,校正工序一定要动作准确迅速。否则,淬火时必须重新加热。为提高热卷弹簧的疲劳寿命,有条件时,应尽可能进行喷丸处理。
弹簧制造工艺的材料种类
弹簧种类:
在机电产品中,弹簧种类繁多,主要有以下类型:
1、以汽车、摩托车、柴油机和汽油机为主的配套弹簧和维修弹簧。这类弹簧有气门弹簧、悬架弹簧、减震弹簧以及离合器弹簧等,用量较大,约占弹簧生产量的50%左右。同时技术水平要求也高,可以说这些弹簧的技术水平具有代表性,它们主要是向高疲劳寿命和高抗松弛方向发展,从而减轻质量。
2、以铁道机车车辆、载重汽车和工程机械为主的大型弹簧和板弹簧,这些弹簧以热卷成型为主,是弹簧制造业的一个重要方面。随着高速铁道的发展,车辆减震系统的升级,作为车辆悬架的热成型弹簧技术有较大的提高,这类弹簧主要向高强度和高精度方向发展以稳定产品质量。
3、以仪器仪表为主的电子电器弹簧,典型产品如电动机电刷弹簧、开关弹簧、摄像机和照相机弹簧,以及计算机配件弹簧、仪器仪表配件弹簧等。这类弹簧中片弹簧、异性弹簧占较大的比例,不同产品对材质和技术要求差别较大。这类弹簧主要向着既高强度化又小型化的方向发展。
4、以日用机械和电器为主的五金弹簧,如床垫、沙发、门铰链、玩具、打火机等,这类弹簧需求量较大,但技术含量不高,给小型的弹簧企业提高了发展机会,这类弹簧主要是向小型化方向发展。
5、以满足特殊需要为主的特种弹簧,如纺织机械用摇架弹簧,要求有高的抗松弛性能;钢包滑水口用弹簧,要求有高的耐热性;矿山振动筛用悬架弹簧,不但要求有高的疲劳性能,而且要求有高的抗腐蚀性,因而采用橡胶金属复合弹簧:为了满足车辆行驶时的舒适度,所采用的空气弹簧等。
对于目前出现的异性截面悬架弹簧和气门弹簧,从轻量化、节省空间,提高舒适性和改善弹簧应力分布考虑,比圆截面弹簧更为合理,但是这类弹簧材料价格高,弹簧制造工艺复杂,使得弹簧成本要高于圆截面弹簧。因此目前还看不出异性截面弹簧取代圆截面弹簧的迹象。
弹簧制造工艺的简介
一、多股圆柱螺旋
1、零件的结构分析
多股圆柱螺旋弹簧是由2——7股直径为0.4——3mm的钢丝,拧成钢索后缠绕而成的弹簧。这种弹簧所用钢丝较细,机械强度高,在承载时弹簧强度好。多股螺旋弹簧在各股钢丝被拧紧之后,相邻股丝间有接触压力产生的摩擦阻力,工作时会产生一定的能量损失,使之具有良好的缓冲性能而兼有缓冲簧的作用;同时,由于多股簧具有较合理的同心弹簧结构,具有其他类型弹簧所不可比拟的特点,如强度高,柔度大,与单股螺旋弹簧相比具有较高的寿命和安全性,占用空间小,质量轻等。但此类零件的加工制造工艺复杂,自动化程度低,成本高,一般均采用单股螺旋弹簧代替。
多股圆柱螺旋弹簧的缠制有2种方法:
(1)、拧钢索与缠弹簧在专用机床上同时进行,采用此方法卷制的弹簧质量好,但弹簧钢索索距及钢索直径不易直接检验,且机床及工装结构复杂。
(2)、拧钢索与缠弹簧分别进行,先在专用夹具上按要求拧成钢索,再缠弹簧,钢索索距及钢索直径可直接测量,使用的工装结构简单、易于操作,但钢索拧好后,由于反弹而易发生松散。对于第2种方法,由于机床及工装长度的限制,拧制较长钢索时,要分段靠手工调整进行使钢索索距及钢索直径均匀性较差,缠绕后的零件质量差,目前国内很少采用该方法加工。
2、缠绕工装的设计
基于上述工艺分析,设计制作了辅助工装。将工装与车床连接,使钢索绕制与弹簧成型在车床上一次完成。制索工装与心轴间有一定距离,在制索后可直接检测索距及索径,同时由于缠绕一次完成,弹簧质量好,缠绕效率高。
3、缠绕工装工作原理
将多股弹簧缠绕装置与普通车床通过齿轮连接,缠绕时,通过缠绕装置将内外股钢丝拧成无芯、有芯多股钢索,钢索通过装置直接卡入车床卡盘,卷制到心轴上,卷制成多股弹簧的卷簧。辅助自动缠绕装置的工作原理是(以6股簧为例)经主轴输出动力,通过二级变速齿轮机构传递至专用传动轴,传动轴带动蜗杆涡轮机构,将动力传递至挂轮机构,再通过齿轮到达支架轴,中心支架由螺栓固定在周围线盒支架上,也可直接焊接在周围线盒支架上。周围线盒支架、中心支架和套筒带动周围线盒、中心线盒随支架轴转动。周围线盒、中心线盒由螺栓固定在周围线盒支架、中心支架上,中心线盒中的1根钢丝穿过支架轴的中心孔,与周围线盒中的5根钢丝通过套筒和支架轴的中心孔,经过出丝口后,固定在缠绕心轴的固定套上。由主轴带动固定套转动,从固定在刀架上的出丝口抽出钢丝;同时支架轴转动,将6根钢丝拧成钢索,实现了钢索的制造。周围线盒支架、中心支架及其传动机构固定在车床大托板上,随大托板运动,形成了多股簧。通过调节车床进给量可获得不同的导程。多股簧捻距由齿轮箱中挂轮机构的传动比确定,经过配换挂轮可获得不同的捻距。更换周围线盒支架、中心支架,周围线盒、中心线盒和配换挂轮机构,能够实现6股以下钢丝的多股簧的自动缠绕;同时自动缠绕装置中引出钢丝时,不需要通过轴向槽引出外层钢丝,就可直接到达出丝口。可缠绕内层1根钢丝,外层5根钢丝的多股簧,缠绕装置有6个线盒,支承及传动结构简单,易于操作,而且由于缠制钢索与弹簧成型一次完成,保证了弹簧的索距。
4、成型工艺
成型工艺常规采取缠绕→钳工加工(切断、端头磨平修整、自由高度及外形修整)→回火→立定或强压处理→成型。在钳工加工时,首先将多出的圈数进行切断,再对零件进行修整,磨平端头。操作时由于弹簧振动,钢索端部出现松散,再进行强压处理,弹簧端头外涨,端部翘曲,钢索松散加重,端头钢丝炸开等缺点出现,导致零件的平直度差。由于端头钢索松散,零件性能检测不合格。
根据加工工艺出现的缺点,对过程进行调整,采取缠绕→回火→立定或强压处理→钳工加工(切断、端头磨平修整、自由高度及外形修整)→…,调整为先进行回火,回火后钢索索径、索距值在后续加工中不变,之后进行强压处理,强压后将缠绕预留出的多余圈数即强压时端头涨出的部分切断,再对零件端头磨平焊接。该方法提高了成型的质量,保证了零件的性能。
该多股弹簧缠绕工装结构简单,制造成本低,易操作,工作效率高。钢索绕制与弹簧成型一次完成,索径、索距以及多股弹簧外形缠绕尺寸得以保证,解决了制造多股簧先拧制钢索后缠制弹簧质量不稳定的问题;同时解决了在专用机床上制造钢索索径及钢索直径不易直接检验的问题。采用该方法解决了购置专用机床费用高、结构复杂、不易操作,以及传统加工方法劳动效率低、零件质量状况差、性能不易保证等问题;同时,由于多股簧缠绕装置,生产同类零件工装的互换性强,节约了生产制造同类型零件的工装再制造成本。经反复验证,采用该缠绕工装及成型工艺方法加工的零件,质量性能良好,为多股圆柱螺旋弹簧的生产加工提供了可借鉴的制造工艺技术,在同行业具有领先水平。