彈簧制造工藝.doc

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1、第五講:彈簧結(jié)構(gòu)分析與制造工藝 （第四章：彈簧制造工藝） 2014-8-3，上海講座用 第一節(jié)：概述 一:彈簧在電器產(chǎn)品中的應(yīng)用 電器中常用的彈簧有： ※：螺旋彈簧：（1：壓縮彈簧;2：垃伸彈簧;3：扭轉(zhuǎn)彈簧；4：片黃） 1：壓縮彈簧： 在交流直動(dòng)式接觸器中常常采用壓縮彈簧－主要是觸頭壓縮彈簧和鐵心反力彈簧。如下特性。 電器的負(fù)載特性（機(jī)械特性）是電器的重要特性之一。作用在銜鐵上的機(jī)械力和銜鐵行程關(guān)系特性P或F＝稱為機(jī)械特性，也稱反力特性。 彈性元件（螺旋彈簧和簧片）構(gòu)成。 彈簧構(gòu)成電磁電器機(jī)械特性(反力特性)如圖所示 ： 圖1 電

2、器機(jī)械特性(反力特性) 此特性是由作用于銜鐵的機(jī)械力和作用于觸頭的壓力組合而成的特性. 在斷路器上，觸頭也是采用壓縮彈簧，如下所示： C d ab 觸頭彈簧 動(dòng)觸頭 弧角 轉(zhuǎn)軸 靜觸頭 2：垃伸彈簧 在斷路器四連桿機(jī)構(gòu)多數(shù)采用，拉伸彈簧：在直流接觸器中的銜鐵反力彈簧是拉伸彈簧。 3：扭轉(zhuǎn)彈簧： 脫扣器上采用的扭簧。 4：片黃：在繼電器中廣泛采用。 從上述情況看，彈簧成為我們電器中一個(gè)十分重要的零件。它的質(zhì)量直接影響我們各種電器的性能。 二:彈簧的基本性能 彈簧的基本性能是在載荷作用下產(chǎn)生形變，卸載時(shí)釋放能量恢復(fù)原形；加載變

3、形過程遵循一定的規(guī)律。 1：彈簧的特性線： 其特性就是：載荷P(M）與變形F(j)之間的關(guān)系曲線成為彈簧的特性線，如圖4-1所示。彈簧的特性線大致有三種類型：①直線型；②漸增型；③漸減型。 有些彈簧的特性線是上述兩種或三種的組合（圖4-2），稱為組合型特性線。如壓縮彈簧的特性線（圖4-2a）在開始加載時(shí)為漸減型，當(dāng)變形在整個(gè)工作區(qū)間的30%～70%時(shí)為直線性,在最后的30%時(shí)為漸增型.又如圓錐彈簧的特性線(圖4-2c),加載開始為直線,到一定程度后,變?yōu)闈u增型;蝶形彈簧的特性線(圖4-2b)開始為漸減型,后為漸增型,整個(gè)特性線呈S形;圖4-2d是兩個(gè)不同高度壓縮彈簧組合的特性線,

4、加載開始只有一個(gè)彈簧承受載荷,當(dāng)加載到一定程度時(shí),第二個(gè)彈簧也開始承受載荷,特性線成為兩個(gè)彈簧的特性線,因而其斜率發(fā)生了改變.拉伸彈簧的特性線基本上是一條直線,由于其線性好,故廣泛用于電器元件和計(jì)量器具中. 圖2 組合型特性 a)壓縮彈簧特性曲線,b)碟形彈簧特性c)圓錐彈簧特性d)兩個(gè)壓縮彈簧組合特性曲線 2.彈簧剛度（有兩種表述方法） 彈簧所受載荷P與變形量F之比,即產(chǎn)生單位變形量所需荷載稱為彈簧剛度. 對于壓縮和拉伸彈簧的剛度為 (4-1a)

5、 式中── 壓縮和拉伸彈簧剛度(); ── 彈簧所受負(fù)荷力(N); ── 彈簧的變形量(mm). 對于扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度為 (4-2a) 式中── 扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度(); ── 扭轉(zhuǎn)彈簧的扭矩(); j── 扭轉(zhuǎn)彈簧的扭轉(zhuǎn)角. 特性線為漸增型彈簧,其剛度隨著載荷的增加而增大;漸減型彈簧,其剛度隨著載荷的增加而減小.而對于直線型彈簧,其剛度不隨載荷變化而變化,即 或: (4-1b)

6、 (4-2b) 因此,對于具有直線型特性線的彈簧,其剛度也稱為彈簧常數(shù). 彈簧的特性線對于設(shè)計(jì)和選用彈簧的類型起著重要的指導(dǎo)作用.設(shè)計(jì)彈簧時(shí)可用分析計(jì)算及實(shí)驗(yàn)的方法找出它的特性線.但即使是最精確得計(jì)算,其結(jié)果和實(shí)際的數(shù)值也總會(huì)有一定的差異.這是由于彈簧在制造過程中不可避免的存在工藝差異,所用材料組織也并非絕對均勻之故.因此,在設(shè)計(jì)彈簧時(shí)必須經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),修改尺寸和參數(shù),使之達(dá)到理想的結(jié)果. 三:彈簧的分類 彈簧的類型很多，分類方法不一，按其形狀和結(jié)構(gòu)可分為以下幾種類型。 1:圓柱螺旋彈簧 這類彈簧多數(shù)由圓形截面材料制成，但在同樣空間條件下需要更大的剛度時(shí)，

7、可選用矩形截面材料。此中大致可分為三種類型： (1):圓柱螺旋壓縮彈簧（圖4-3） 這種彈簧結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，特性接近于直線型，剛度值較穩(wěn)定，（在電器產(chǎn)品中）應(yīng)用最廣，簡稱為壓縮彈簧。 (2):圓柱螺旋拉伸彈簧（圖4-4） 這種彈簧性能和特點(diǎn)與壓縮彈簧相同。重要承受拉伸載荷，其特性線是直線型。由于有初應(yīng)力和無初應(yīng)力的區(qū)別，故其特性線起點(diǎn)各異。多數(shù)由原形截面材料制成，簡稱為拉伸彈簧。 （3）:圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧（圖 4-5） 這種彈簧主要承受扭矩作用，用于壓縮、儲能及轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，特性線呈直線型。多數(shù)由圓形截面材料制成，簡稱為扭轉(zhuǎn)彈簧。 2.變徑螺旋彈簧

8、 包括錐形、雙錐形彈簧及不規(guī)則變直徑彈簧，后者應(yīng)用較少。 （1）:圓錐形螺旋彈簧（圖4-6） 這類彈簧的特點(diǎn)是穩(wěn)定性較好，結(jié)構(gòu)緊湊。其特性線開始是直線，隨著載荷的增加，逐漸變成漸增形，有利于緩和沖擊和共振。 （2）:中凸和中凹形彈簧（即雙錐簧）（圖4-7） 這類彈簧的特性相當(dāng)于圓錐形彈簧。中凸形彈簧在某些場合可以代替圓錐彈簧使用；中凹形彈簧主要用作坐墊和床墊。 3:懸臂梁式片狀彈簧 這類彈簧由薄片材料制成，結(jié)構(gòu)形狀繁多。主要用于儀表及繼電器電器元件中。 此外，還有空氣彈簧、液壓彈簧、橡膠彈簧、彈性觸頭及扭桿彈簧等。 第二節(jié)： 彈簧材料 一:彈簧性能對材料的要求

9、 彈簧主要在動(dòng)載荷作用下工作，要求材料具有高的抗拉強(qiáng)度極限、屈服極限、彈性極限及疲勞極限，同時(shí)還要求具有高的沖擊韌性和塑性。在特殊條件下還要求其材料具有耐熱、防腐、導(dǎo)電、防磁、耐低溫等性能。 金屬材料在高溫、長期載荷作用下，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生不同程度的變化。因此，在高溫條件下工作的彈簧，其材料應(yīng)具有足夠的熱穩(wěn)定性能。 在低溫下，一般金屬材料的抗拉極限、彈性極限均隨溫度下降而增大，沖擊韌性和塑性減小，變的冷脆。在低溫下工作的彈簧要選用具有穩(wěn)定的低溫性能和良好的低溫韌性的材料。 在腐蝕介質(zhì)中工作的彈簧，由于其表面受腐蝕介質(zhì)的作用而遭破壞，疲勞壽命將顯著下降，因此要求其材料具有較強(qiáng)的抗

10、腐蝕能力。 對于電器中的彈簧要求其具有導(dǎo)電、防磁和恒彈性等性能。 此外，彈簧材料還應(yīng)具有良好的加工工藝性。冷拉（軋）材料應(yīng)有均勻一致的強(qiáng)度和塑性，以便容易成型。對于熱成型的彈簧材料，應(yīng)在熱狀態(tài)下容易成型，不易脫碳，并具有良好的脆透性和低的熱敏感性。 二:常用彈簧材料的性能及用途 彈簧材料的種類按新的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1239—89_所列大致可以分為四大類： 碳素彈簧鋼絲，合金彈簧鋼絲，彈簧用不銹鋼絲和青銅線。 按交貨狀態(tài)，金屬彈簧材料也可分為兩大類。 一類是在成材過程中經(jīng)強(qiáng)化加工的絲（線）材和帶材，即通常所說的硬狀態(tài)。這種材料在彈簧成型后不需要淬火，只需要進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的回火處理

11、。電器產(chǎn)品中所用彈簧材料主要是這一類。 另一類是熱軋材及在成材后以退火或高溫狀態(tài)供貨的絲材或帶材。這種材料在彈簧成型后需要進(jìn)行淬火、回火處理。如合金鋼絲，異型鋼絲及馬氏體不銹鋼絲等。 下面介紹各種彈簧材料的性能和用途。 [1]:碳素彈簧鋼絲 它有四個(gè)品種，即碳素彈簧鋼絲，琴鋼絲，閥門用油淬火回火碳素彈簧鋼絲及油淬火回火碳素彈簧鋼絲。 這類材料可在 – 40～120℃條件下正常工作，其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度高，性能好，價(jià)格便宜，易于生產(chǎn)和加工，但是淬透性差，防腐性能差，使用時(shí)須經(jīng)表面電鍍或發(fā)藍(lán)處理。適合做小彈簧，在電器、儀表和機(jī)械中廣泛使用。 ① 碳素彈簧鋼絲GB4357-84(相當(dāng)于原標(biāo)準(zhǔn)

12、中的II組、III組) 按用途分為三組。 A組 用于一般彈簧 B組 用于低應(yīng)力彈簧，如手動(dòng)按紐等。 C組 用于較高應(yīng)力彈簧，如接觸器、繼電器等電器產(chǎn)品中的各種彈簧。 ② 琴鋼絲GB4358-84(相當(dāng)于原標(biāo)準(zhǔn)中的碳素彈簧鋼絲I組、IIa組)此鋼絲用于制造具有重要用途的，不經(jīng)熱處理或僅經(jīng)低溫回火處理的彈簧，在低壓電器元件中使用最廣。鋼絲按用途可以分為三組。 G1組 用于各種重要用途彈簧 G2組 用于各種高應(yīng)力彈簧，如低壓電器元件中的觸頭彈簧，反力彈簧等； F組 用于閥門彈簧。F組鋼絲顯微組織應(yīng)為索氏體和托氏體，允許有少量的鐵素體。其直徑一般在f2.0～6

13、.0mm之間。 ③ 閥門用油淬火回火碳素彈簧鋼絲GB4359-84。它相當(dāng)于原標(biāo)準(zhǔn)中的重要用途彈簧鋼絲。此種材料用于制造內(nèi)燃機(jī)閥門彈簧及其他類似條件所用的彈簧。 ④ 油淬火回火碳素彈簧鋼絲GB4360-84，這種材料適用于一般普通機(jī)械彈簧，在電器產(chǎn)品中僅在不太重要場合使用的彈簧。 [2].合金彈簧鋼絲 這種材料由于在鋼中加入了硅、錳元素，從而提高了強(qiáng)度、淬透性及回火穩(wěn)定性。其主要性能特點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐沖擊。適于制造高負(fù)荷及沖擊頻率較高的各種重要彈簧。 合金彈簧鋼絲主要有三種：即硅錳合金彈簧鋼絲、鉻硅合金彈簧鋼絲和鉻釩合金彈簧鋼絲。 [3]:彈簧用不銹鋼絲 彈簧用不銹鋼絲按組織可為三

14、大類。線徑在6mm以下的一般為奧氏體不銹鋼，較大直徑選用馬氏體及沉淀硬化不銹鋼。按冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB(T)11-83規(guī)定，鋼絲根據(jù)牌號和抗拉強(qiáng)度分為A、B、C三組?？筛鶕?jù)使用要求選用。 1Cr18Ni9 和0Cr19Ni10屬于奧氏體不銹鋼。這兩種材料耐腐蝕性能比較好，而且具有耐高溫及耐低溫的特點(diǎn)，可以在300℃以下正常工作。其強(qiáng)度取決于冷拉時(shí)的減面率，減面率越大強(qiáng)度越高。由于上述特點(diǎn)，使其在低壓電器產(chǎn)品及儀器儀表中被廣泛使用。但由于其加工性能較差，故要求其材料在出廠時(shí)表面要加一層潤滑涂層。一般是涂樹脂或鍍鎳，以改善其卷繞性能。如果用裸線，需要在卷繞時(shí)加肥皂等作為潤滑劑，否則難以成形。 0C

15、r17Ni8Al鋼屬于超高強(qiáng)度沉淀硬化不銹鋼。具有很高的強(qiáng)度和足夠的韌性，可承受很高的應(yīng)力。這種鋼在奧氏體狀態(tài)下加工性能好，耐高溫、耐腐蝕可冷成型。但是由于含有較多貴重合金元素，熱處理工藝復(fù)雜，價(jià)格較昂貴，故一般多在兵器上使用。 [4]．青銅線 按國家標(biāo)準(zhǔn)主要分為三種類型：即硅青銅、錫青銅和鈹青銅。它們共同的性能特點(diǎn)是強(qiáng)度和彈性都比較好，無磁性，導(dǎo)電性能好，耐磨、耐蝕及耐低溫。 ①硅青銅線GB3123-82。硅青銅線具有較高的彈性、強(qiáng)度、耐磨性及無磁性，價(jià)格便宜，因而在制造彈簧時(shí)廣泛采用。但是這種材料也有不足，QSi3-1有應(yīng)力腐蝕破裂傾向，冷成型后長時(shí)間存放會(huì)自行開裂。因此在彈簧冷繞成

16、型后要及時(shí)進(jìn)行170～220℃低溫回火處理，以消除應(yīng)力裂紋傾向，并使其合金性能略有提高。 ②錫青銅線GB3124-82。錫青銅線具有較高的力學(xué)性能和減磨性。對過熱和氣體的敏感性小，撞擊時(shí)不產(chǎn)生火花，抗磁性和耐低溫性能也好，有良好的耐堿性、導(dǎo)電性、可焊性也比較好。但是在氯氣和酸溶液環(huán)境下，耐蝕能力較差。含錫量高的材料塑性較差，彈簧成型困難。旋繞比較小的彈簧最好選用含錫量低的線材。該種材料的使用溫度不應(yīng)高于120℃ ，適于制造儀表彈簧。 ③鈹青銅線GB3124-82。鈹青銅線具有優(yōu)良的物理、化學(xué)、工藝和力學(xué)性能。經(jīng)調(diào)質(zhì)后，有較高的強(qiáng)度、硬度、彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒性和疲勞強(qiáng)度。此外，有良好

17、的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、無磁性、撞擊時(shí)不產(chǎn)生火花，在大氣、海水和淡水中有較高的耐蝕性。如經(jīng)過鈉鹽鈍化，耐蝕性可以成倍提高，在低溫下無脆性。但是鈹有毒，而且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格較貴，故使用上受到限制。主要用于制造各種重要用途的彈簧。如繼電器、精密儀表及載荷變化幅度較大的彈性元件。這種材料常用的型號時(shí)QBe2。 此外，片狀彈簧材料為帶材，低壓電器和繼電器都采用片狀彈簧片。 第三節(jié)：彈簧的結(jié)構(gòu)型式與參數(shù) 一：壓縮彈簧 圓柱螺旋壓縮彈簧由于容易生產(chǎn)、工藝簡單，所以廣泛應(yīng)用。這種彈簧多數(shù)由園截面材料制成。但是，有時(shí)為了提高其剛度，在一定條件下，采用矩形截面材料。還有其它類型。 1：壓縮彈簧的端部

18、結(jié)構(gòu) 壓縮彈簧端部結(jié)構(gòu)型式較多，根據(jù)條件自行設(shè)計(jì)。一般常用的有三種：見表4-1所示。 2：彈簧的直徑 彈簧的中徑是彈簧的公稱尺寸，也是各參數(shù)計(jì)算的依據(jù)。生產(chǎn)和設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格控制外徑的偏差，其偏差可由國標(biāo)中查出。 ①：當(dāng)彈簧兩端固定時(shí)，從自由長度壓到并緊時(shí)，直徑的增大值為： =0.05 （4-3a） ②：當(dāng)兩端面與支承座間可以自由回轉(zhuǎn)，摩擦力比較小時(shí)，直徑的增大值為： =0.1 式中，——彈簧中徑（mm）; ——彈簧節(jié)距（mm）; ——彈簧材料直徑（mm）。 ③：彈簧的旋繞比,彈簧的中徑與材料的直徑之比稱為彈簧的旋繞比，即彈簧指數(shù)。 即 =

19、 （4-4） 表4－2（8－38 ） 彈簧指數(shù)的參考值 鋼絲直徑d（mm） 0.2～0.4 0.5～1 1.1～2.2 2.5～6 7～16 16～50 彈簧旋繞比 7～14 5～12 5～10 4～9 4～8 4～6 3：彈簧的圈數(shù) =+ 式中，——彈簧的有效圈數(shù)； ——彈簧的總?cè)?shù)； ——彈簧的支承圈數(shù)。 4：彈簧的螺旋角和節(jié)距 彈簧的旋轉(zhuǎn)角一般取5～10，>10時(shí)，則計(jì)算彈簧變形應(yīng)考慮螺旋角的影響。螺旋角由下式計(jì)算： = （4-6） 相鄰彈簧兩圈中心沿彈簧軸線之間的距

20、離稱為彈簧的節(jié)矩。對于正常節(jié)矩的壓縮彈簧，要求當(dāng)壓縮到其整個(gè)變形區(qū)間的80％時(shí)，彈簧圈間不應(yīng)接觸。 5：彈簧的高度 （1）：自由高度 壓縮彈簧的自由高度是指彈簧在不受外力的情況下彈簧高度，其值如下： 對于兩端并緊并磨平的壓縮彈簧： 當(dāng)＝1.5時(shí) ＝＋ （4－7a） 當(dāng)＝2時(shí) ＝＋1.5 （4－7b） 當(dāng)＝2.5時(shí) ＝＋2 （4-7c） 對于兩端并緊不磨的壓縮彈簧 當(dāng)＝1.5時(shí)

21、 ＝＋2.5 （4-7d） 當(dāng)＝2時(shí) ＝＋3 （4-7e） 當(dāng)＝2.5時(shí) ＝＋3.5 （4-7f） （2）：壓并高度 壓并高度是指壓縮彈簧壓至各圈接觸時(shí)的理論高度。其值如下： 兩端磨平的壓并后 ≈（－0.5） （4－8a） 兩端不磨平的壓并后 ≈（－0.5） （4－8b） 6：彈簧的展開長度 壓縮彈簧絲的展開長度可按下式計(jì)算： ＝≈

22、 （4－9） 7：彈簧剛度 彈簧剛度是指使彈簧產(chǎn)生單位變形所用的載荷，即＝/，剛度由下式計(jì)算： ＝ （4－10） 式中，－彈簧材料切變模量（）； －彈簧絲直徑（㎜）； －彈簧的有效圈數(shù)； －彈簧中徑（㎜）； —彈簧的變形量（有時(shí)也用此符合表示）。 8：彈簧的負(fù)荷計(jì)算 彈簧所受負(fù)荷（彈簧力）等于其剛度與變形量的乘積。如下式： ＝ （4－11） P1 P2 Pm d t H0 9：壓縮彈簧工作圖

23、 圖4-8 壓縮彈簧工作圖 －初壓力；－終壓力；－極限壓力； －初壓力變形量；－終壓力變形量；－極限變形量 二：拉伸彈簧 由于其工作時(shí)線性比較好，因而在計(jì)量器和電器中得到廣泛應(yīng)用。但由于端部鉤環(huán)加工較難，且易損壞影響壽命，使用時(shí)又受到限制，故盡可能采用壓縮彈簧代替。 拉伸彈簧采用材料多為圓鋼絲。 1：拉伸彈簧的端部結(jié)構(gòu) 其端部結(jié)構(gòu)主要時(shí)鉤環(huán)形狀。一些常用的已經(jīng)納入國際標(biāo)準(zhǔn)，見表4－2。在設(shè)計(jì)和選用端部結(jié)構(gòu)型式時(shí)，主要考慮彈簧在機(jī)構(gòu)中的安裝方式，空間條件及載荷性質(zhì)等因素。在滿足使用的前提下，盡量選用簡

24、單的結(jié)構(gòu)型式。 由于LI、LII、LIII型式結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，故在允許的條件下，盡量推薦選用。 2：彈簧的圈數(shù) 拉伸彈簧的總?cè)?shù)就是有效圈數(shù)，工作圈數(shù)一般最少為2。 拉伸彈簧的變形量除考慮彈簧變形量外，還應(yīng)考慮到鉤環(huán)的變形量。一般半圓鉤環(huán)每端考慮0.2圈，整圈鉤環(huán)每端考慮0.5圈，對于圈數(shù)較多的可不考慮。 3：彈簧的自由長度 拉伸彈簧的自由長度是指兩端鉤環(huán)內(nèi)側(cè)的距離，見式（4－12）。 端部為半圓鉤環(huán)時(shí)： ＝（＋1） ＋ （4－12a） 端部為圓鉤環(huán)時(shí)： ＝（＋1） ＋2 （4-12b） 端部為圓鉤環(huán)壓

25、中心時(shí)： ＝（＋1.5）＋2 （4-12c） 4：彈簧的螺旋角及節(jié)矩 拉伸彈簧的節(jié)矩≈，因而螺旋角很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)。 5：展開長度 5：展開長度 拉伸彈簧材料的展開長度式（4－13）： ＝＋鉤環(huán)部分展開長度 （4－13） 式中，－彈簧中徑（㎜）； －彈簧圈數(shù)。 6：拉伸彈簧的工作圖，如圖4-9所示。 7：拉伸彈簧的負(fù)荷計(jì)算 拉伸彈簧的負(fù)荷等于其剛度與變形量的乘積，見式（4－14）： ＝（-） （4－14） 式中，－拉伸彈簧的剛度（）； －拉伸彈簧的工作長

26、度（㎜）； -拉伸彈簧的自由長度（㎜）。 三：扭轉(zhuǎn)彈簧 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧也是一種應(yīng)用較廣的彈簧。 扭轉(zhuǎn)彈簧所用的材料截面多為圓形。 1：扭轉(zhuǎn)彈簧的結(jié)構(gòu)型式 2：彈簧受載后直徑的變化 4：彈簧的節(jié)距和螺旋角 6：展開長度 8：扭轉(zhuǎn)彈簧工作圖 9：扭轉(zhuǎn)彈簧扭矩的計(jì)算 第四節(jié)：彈簧制造工藝 重點(diǎn)介紹冷卷彈簧的制造工藝。線徑在0.1～14mm線材所制彈簧，多數(shù)采用冷卷的方法。根據(jù)生產(chǎn)批量及設(shè)備條件可采用機(jī)械繞制和手工繞制。機(jī)械繞制有分為有芯卷繞及無芯卷繞兩種。 一:冷成型彈簧的制造工藝 彈簧線材在常溫下加工成型為冷成型

27、。所用材料一般分為兩大類。一類為硬狀態(tài)材料, 冷成型后只需進(jìn)行消除因冷成型時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；另一類為軟狀態(tài)材料,即在冷成型后需進(jìn)行淬火和回火處理。 冷成型彈簧加工大致可分為下列幾個(gè)工藝過程。 當(dāng)用成型后不需淬火處理的材料生產(chǎn)彈簧時(shí),工藝過程為: 第一類：卷簧（即繞制)、低溫回火、端部加工、二次回火(壓縮彈簧不需進(jìn)行)、機(jī)械強(qiáng)化處理(有特殊要求時(shí)進(jìn)行)、檢驗(yàn)、表面防腐處理等。 第二類：當(dāng)用成型后需進(jìn)行淬火處理的材料生產(chǎn)彈簧時(shí),與上不同的只是彈簧成型后要進(jìn)行淬火、回火處理,其它工序基本相同。 下面主要介紹用成型后不需淬火處理的材科生產(chǎn)彈簧的各種工藝。 (一):圓柱螺旋彈簧的繞制工藝

28、 彈簧的繞制是彈簧生產(chǎn)過程中的主要工序。彈簧的繞制分為無芯卷繞和有芯卷繞兩種。 1:無芯繞制.－ 無芯繞制就是不用芯軸,而使彈簧成型的加工方法。它主要由萬能自動(dòng)卷簧機(jī)完成?，F(xiàn) 代化自動(dòng)卷簧機(jī)精度高,功能全,生產(chǎn)效率高,適合于大批量專業(yè)化生產(chǎn)。 其萬能自動(dòng)卷簧機(jī)的工作原理,見圖4-11。彈簧鋼絲從線架上引出后,首先經(jīng)過鋼絲清潔器1, 由毛氈清除鋼絲表面的各種臟物；再進(jìn)入校直器2, 進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方向的校直；再經(jīng)輸入導(dǎo)軸3進(jìn)入送料輥輪4；由送料輥輪將鋼絲經(jīng)由輸出導(dǎo)軌5推向兩個(gè)互成60?！?0。的卷簧擋銷8,使鋼絲在擋銷糟中彎卷成圓形；節(jié)距斜鐵6的上下移動(dòng)(或節(jié)距爪沿彈簧軸向的前后移動(dòng))

29、開出彈簧的節(jié)距；彈簧卷繞成型后,由切斷刀7下移與芯軸刀9將卷好的彈簧切掉。一個(gè)工作循環(huán)完成了一個(gè)彈簧的生產(chǎn)。 節(jié)距斜鐵(爪)的移動(dòng)距離及速度由機(jī)內(nèi)節(jié)距凸輪及支架控制。如將節(jié)距凸輪制成特殊曲線,可加工變節(jié)距彈簧。兩個(gè)卷簧擋銷裝在繞制板的兩個(gè)滑塊上。如果在繞制板上加裝所需凸輪,控制滑塊移動(dòng)，則可生產(chǎn)出變直徑的錐形、雙錐形等彈簧。 圖4-11 自動(dòng)卷黃機(jī)工作原理圖(參看錄像) 上述全部過程均由機(jī)內(nèi)凸輪軸上的各種凸輪控制完成。凸輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,就完成一個(gè) 工作周期,繞制成一個(gè)彈簧。如此往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)就實(shí)現(xiàn)了彈簧的自動(dòng)化成型。 在無芯自動(dòng)化卷簧過程中，影響彈簧質(zhì)量的因素是多方面的。第一是彈簧材料

30、的力學(xué)性能，內(nèi)部組織的均勻性、表面狀況及尺寸精度等。第二是機(jī)床設(shè)備的精度,各類機(jī)床工具如 導(dǎo)軌、送料軸、擋銷、斜鐵等的硬度與金屬絲接觸部位的粗糙度等。設(shè)備的工具大都由碳化鎢材料經(jīng)精加工制成。第三個(gè)因素就是操作工人的技術(shù)水平。 2:有芯繞制 有芯繞制是將金屬絲纏繞在芯軸上,使彈簧成型的生產(chǎn)方法。主要用于中、小批量及有 特殊要求的場合。當(dāng)然現(xiàn)代化扭轉(zhuǎn)彈簧繞制機(jī)也屬于有芯繞制,它適用于大批量生產(chǎn)。一般的有芯繞制屬于落后的生產(chǎn)方式。由于這種方法投資少,能及時(shí)解決問題。 （l）:繞制過程 在有芯繞制彈簧過程中,彈簧直徑取決于材料直徑和和芯軸的尺寸；而節(jié)距和拉伸彈簧初拉力的大小取決于繞制

31、時(shí)進(jìn)線角度的大小。 機(jī)械有芯繞制過程見圖4-l2。首先將罐繞芯軸5固定在機(jī)床卡盤1上；彈簧鋼絲經(jīng)由套在芯軸上的手動(dòng)送料裝置4卡在芯軸擋銷2上(或夾在卡盤上)；隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng),送料裝置在芯軸上作軸向轉(zhuǎn)動(dòng),彈簧毛坯3就繞成了。主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,送料裝置沿軸向移動(dòng)的距離就等于彈簧的節(jié)距。改變該參數(shù),就可繞出所需要的節(jié)距。 (2):回彈的影響因素 用芯軸繞制出的彈簧,內(nèi)徑均大于芯軸直徑,這種現(xiàn)象稱為回彈。影響回彈量大小的因 素教多，主要有材料的力學(xué)性能、旋繞比及工藝裝置等。 1):材料力學(xué)性能的影響 回彈量與材料的抗拉極限強(qiáng)度sb成正比,與彈性模量E成反比。也就是sb/ E的值愈大,則回彈量

32、愈大。當(dāng)材料的力學(xué)性能不穩(wěn)定時(shí),回彈量的大小也不一樣,導(dǎo)致整個(gè)彈簧外徑不均勻。 2):彈簧指數(shù)的影響 回彈與彈簧指數(shù)(即旋繞比)成正比。即旋繞比越小,回彈量亦越小。這是因?yàn)殇摻z彎曲程度越大,在其截面內(nèi)塑性變形比重越大,導(dǎo)致回彈量變小。 3):工裝及繞制方向的影響 工裝對回彈量的影響有二：一是導(dǎo)向裝置距離繞桿(芯軸)的遠(yuǎn)近,遠(yuǎn)則回彈量大,近則回彈量??；二是繞制時(shí)鋼絲所受拉力的大小,拉力大時(shí)回彈量減小,拉力小時(shí)回彈量增大。 另外與進(jìn)線方向也有關(guān),如果按鋼絲原有的彎曲方向繞制,回彈量較大，反之則教小。 (3):冷繞彈簧芯軸尺寸的計(jì)算 計(jì)算冷繞彈簧回彈量大小的實(shí)質(zhì)就是要確定繞制芯軸的直徑

33、。由于影響回彈量的因素較多，只能用經(jīng)驗(yàn)公式加以計(jì)算，芯軸直徑D0的計(jì)算見式（4-22）或式（4-23）； （4-22） 式中 D0----芯軸直徑（mm）; D1----彈簧內(nèi)徑（mm）; C ----旋繞比； sb----材料的抗拉極限強(qiáng)度（N/mm2）; E ----材料的彈性模量（N/mm2）。 或 （4-23） 式中 D----彈簧中徑（mm）; d----彈簧鋼絲直徑（mm）. 芯軸的精度直接影響彈簧的繞制質(zhì)量。所以芯軸所用材料應(yīng)為彈簧鋼或碳

34、素工具鋼，經(jīng)熱處理后表面應(yīng)磨光。表面粗糙度應(yīng)不低于Ra3.3mm,表面硬度不低于45HRC。 （二）:冷卷彈簧的熱處理工藝 對于直徑小于8mm，且經(jīng)過強(qiáng)化處理的硬狀態(tài)鋼絲，冷卷成型的中、小型彈簧，因其性能已經(jīng)基本達(dá)到技術(shù)條件的要求，故不需要進(jìn)行高溫淬火及中溫回火處理。但應(yīng)進(jìn)行低溫回火，以消除因冷成型所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，并起到定型的作用，還可使其彈性極限和強(qiáng)度有所提高。 1:回火規(guī)范 回火的溫度及保溫時(shí)間要根據(jù)材料的種類及直徑的大小而定。 ①：碳素彈簧鋼絲及琴鋼絲的回火溫度一般在250℃300℃之間。鋼絲直徑較小時(shí)，要用較低的溫度及較少的保溫時(shí)間，規(guī)范見表4-4。 表4-4 碳

35、素彈簧鋼絲回火規(guī)范 鋼絲直徑 加熱溫度（℃） 保溫時(shí)間（min） ≤0.8 220--250 17 >0.8—1.2 >1.2—2.0 >2.0—4.0 >4.0—6.0 270--280 20 25 35 45 對于拉伸彈簧回火時(shí)，要考慮是否有初應(yīng)力要求。有初應(yīng)力要求的拉伸彈簧在回火時(shí)，溫度要按上表規(guī)范降低10—30℃。 ②：油淬火回火合金彈簧鋼絲冷卷成彈簧后也要進(jìn)行消除應(yīng)力的回火，規(guī)范見表4-5。 表4-5 油淬火回火合金鋼絲回火規(guī)范 材料牌號 鋼絲直徑（mm） 加熱溫度（℃） 保溫時(shí)間（min） 50CrVA ≤2.0 3

36、60—380 20 50CrVA >2.0 380—400 30 60Si2MnA ≤2.0 380—400 20 60Si2MnA >2.0 400-420 30 65Si2MnWA ≤2.0 420-440 20 65Sin2MnWA >2.0 440-460 30 ③奧氏體不銹鋼鋼絲的強(qiáng)度取決于拉拔時(shí)減面率的大小。鋼絲直徑愈小，拉拔次數(shù)愈多，強(qiáng)度就愈高。當(dāng)直徑大于6mm時(shí)，由于拉撥次數(shù)少、減面率小，強(qiáng)度較低。因此，直徑較大的彈簧一般不選用奧氏體不銹鋼。用冷拉奧氏體不銹鋼絲冷繞成彈簧后，需要進(jìn)行消除應(yīng)力的回火處理。回火后強(qiáng)度可提高8%，回火規(guī)

37、范見表4-6。 表4-6奧氏體不銹鋼絲回火規(guī)范 鋼絲直徑（mm） 加熱溫度（℃） 保溫時(shí)間（min） ≤3.0 >3.0 340-380 380-400 30 30 目前國內(nèi)市場進(jìn)口奧氏體不銹鋼絲較多；由于各國工藝條件不同，所以在確定回火規(guī)范時(shí)要根據(jù)具體情況而區(qū)別。如日本進(jìn)口的SUB-304鋼絲用350℃回火為宜；瑞典的177PH,用380℃回火溫度適合。國產(chǎn)奧氏體不銹鋼絲的回火溫度低于340℃，線徑在1mm以下的小線徑鋼絲，其回火溫度應(yīng)在280-310℃之間。 ④銅合金線（錫青銅、硅青銅）供貨時(shí)均已經(jīng)過冷拉強(qiáng)化加工。冷卷成彈簧后，只需要進(jìn)行消除應(yīng)力的回火處理?；鼗鸷螅?/p>

38、強(qiáng)度稍有提高，但回火溫度高于220℃時(shí)強(qiáng)度將下降。回火規(guī)范見表4-7。 表4-7 銅合金線回火規(guī)范 銅線直徑（mm） 加熱溫度（℃） 保溫時(shí)間（min） ≤2.0 >2.0 180-200 180-220 40-60 60-90 ⑤沉淀硬化不銹鋼和鈹青銅冷卷彈簧后要進(jìn)行時(shí)效處理，從而提高其強(qiáng)度并獲得較高的綜合力學(xué)性能。規(guī)范見表4-8和4-9。 表4-8沉淀硬化不銹鋼時(shí)效處理規(guī)范 材料牌號 時(shí)效溫度（℃） 保溫時(shí)間（h） Ni36CrTiAl OCr17Ni7Al OCr15Ni7Al Ni42CrTi Co40CrNiMo NCu28-2.5-1

39、.5 Ni42CrTi Cr15Ni36W3Ti Cr14Ni25Mo 600～650 480～500 480～500 550～600 450～550 300～340 600～650 一次780～790，二次730～740 650～700 2～4 1～2 1～2 2～4 ４ １～２ ２～４ ８～２５ ８～１６ 表4-９鈹青銅線時(shí)效處理規(guī)范 供貨狀態(tài) 時(shí)效溫度（℃） 保溫時(shí)間（min） 軟(M) 硬(Y) (Y)硬 31515 180 120 60 經(jīng)回火后的彈簧如再經(jīng)幾何尺寸休整，則必須進(jìn)行二次回火。二次回火時(shí)加熱溫度不

40、變，而保溫時(shí)間要縮短為原規(guī)范的1/3。如拉伸彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧一般均要在鉤、臂加工完成后進(jìn)行二次退火。 2:回火設(shè)備 目前采用的回火設(shè)備主要有兩種：硝鹽爐和高溫鼓風(fēng)電路。 (1):硝鹽爐即鹽浴爐 這是目前國內(nèi)各彈簧廠廣泛使用的彈簧回火設(shè)備。它由熱電偶及溫度計(jì)自動(dòng)控制硝鹽溶 液的溫度。溶液由55%的硝酸鉀和45%的硝酸鈉混合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加熱溫度均勻、控溫準(zhǔn) 確、投資少。缺點(diǎn)是硝鹽蒸汽對人體有害、污染環(huán)境,另外還要配有沖冼的熱水槽、冷水 槽、烘干箱等輔助設(shè)備。在沖洗不徹底時(shí),彈簧表面附著的硝鹽影響表面防腐處理的質(zhì)量. (2):高溫鼓風(fēng)電爐 這是國內(nèi)目前新近采用的回火設(shè)備,加熱最高濕

41、度為500℃。這種設(shè)備是在原普通電熱 干燥箱的基礎(chǔ)上,加裝鼓風(fēng)裝置,促使?fàn)t內(nèi)熱空氣流動(dòng),保證零件受熱均勻。爐內(nèi)上、中、 下三點(diǎn)分裝三個(gè)控溫元件,(現(xiàn)在多數(shù)為上部-個(gè)),由水銀溫度計(jì)控制溫度。這種設(shè)備的特 點(diǎn)是使用操作方便梗,不污染環(huán)境,處理后的彈簧短時(shí)間存放不易腐蝕并容易進(jìn)行表面處理。 缺點(diǎn)是開門散熱快,彈簧回火保溫時(shí)間要相應(yīng)延長。 (三):彈簧的端部加工 彈簧的端部加工一般在彈簧冷卷成型,經(jīng)一次低溫回火后進(jìn)行。除非是由一次成型的現(xiàn) 代化設(shè)備加工的彈簧不需再經(jīng)端部加工。 彈簧端部加工包括壓縮彈簧兩端面的磨削加工,拉仲彈黃兩端(或一端)鉤環(huán)的加工及 扭轉(zhuǎn)彈簧兩支承臂的加工。

42、1:壓縮彈簧端面的磨削加工 YI型彈簧兩端面要進(jìn)行磨削加工。目的是增加彈簧使用時(shí)的穩(wěn)定性,并改善垂直度。 現(xiàn)在部分大工廠多數(shù)已采用彈簧端面磨平機(jī)進(jìn)行。這種設(shè)備能一次同時(shí)將彈簧兩端面磨好. 經(jīng)磨平機(jī)磨削的彈簧兩端面平面度好,平行度亦好,兩端面與彈簧軸線的垂直度也比較好。 在不具備條件的中、小企業(yè),一般采用砂輪、手工磨削。手工磨削的質(zhì)量差,效率低,只能 適用于中、小批量生產(chǎn)。 彈簧磨平要選擇適當(dāng)?shù)纳拜?包括磨料及粒度等。磨削時(shí)應(yīng)注意吃刀量不宜過大,以防 過熱導(dǎo)致端圈變形。 壓縮彈簧端面磨平部分應(yīng)不少于圓周的3/4,端頭厚度一般為線徑的1/3～1/4,最薄不 少于l/8d,端面粗糙

43、度不大于Ra12.5μm。 2:拉伸彈簧的端部加工 拉伸彈簧端部的鉤環(huán)一般均由手工工裝完成。目前國內(nèi)只有少數(shù)幾家工廠擁有現(xiàn)代化進(jìn) 口的拉伸彈簧自動(dòng)繞制機(jī)及萬能加工中心。在這兩種設(shè)備上,拉伸彈簧可一次成型,無需手 操作。 在一般條件下,拉伸彈簧先由萬能自動(dòng)卷簧機(jī)繞制成圓柱形的彈簧體,經(jīng)回火處理后再 加工兩端鉤環(huán)。常見的鉤環(huán)有半圓鉤環(huán)、圓鉤環(huán)及長臂半圓鉤環(huán)。長臂半圓鉤環(huán)需用工具將 彈簧體兩端圈展成直線、彎起,再彎成半圓鉤環(huán)。 3:扭轉(zhuǎn)彈簧的端部加工 目前有兩種方式,一種是由扭轉(zhuǎn)彈簧繞制機(jī)繞出兩端帶直尾的彈簧(也可借助附件一次 成型),然后借助彎形工具將兩臂彎成所需形狀;另一種是

44、先由普通萬能自動(dòng)卷簧機(jī)卷出彈 簧體,再用工裝或手工將兩端展成直線,然后按要求彎制兩臂。當(dāng)然也可用芯軸繞出兩端 帶直尾的彈簧,再由工具或手工來加工兩臀。 目前國內(nèi)扭轉(zhuǎn)彈簧的生產(chǎn),絕大多數(shù)仍采用有芯卷繞、工裝手工彎形的辦法,其效率很 低,質(zhì)量較差。 二:熱成型彈簧的制造工藝 當(dāng)彈簧所用材料直徑大于12mm時(shí),由于冷繞成型困難,多數(shù)用熱繞工藝。對于線徑5～ 10mm,旋繞比比較小的彈簧,有時(shí)也采用熱繞的方法。 熱繞彈簧的工藝流程一般為：下料、端頭、鍛扁、加熱、用芯軸繞制成型(開節(jié)距及整 形)、熱處理(淬火、回火)、端部加工、機(jī)械強(qiáng)化處理、檢驗(yàn)、表面防腐處理等。這些工藝 過程可根據(jù)

45、材料狀態(tài)、設(shè)備條件、設(shè)計(jì)要求及加工方法等情況適當(dāng)調(diào)整和采用。 (一):下料 下料可根據(jù)事先計(jì)算好的尺寸,采用沖床或鋸床下料。下料的長度應(yīng)根據(jù)加工方法來確 定。當(dāng)采用兩端鍛扁工藝時(shí),下料長度應(yīng)短于彈簧的展開長度。下料長度L計(jì)算見式(4- 24): (4-24) 式中D—彈簧中徑(mm)s n1—彈簧總?cè)?shù). (二):加熱卷繞成型 加熱卷繞主要是利用材料在高溫下強(qiáng)度低、塑性好的特點(diǎn),使之容易成型。加熱溫度應(yīng) 按所用材料的熱處理規(guī)范選擇。加熱時(shí)要保證燒透,并使其受熱均勻。繞制芯軸要比彈簧內(nèi) 徑小0.

46、3～1mm,具體尺寸由試?yán)@確定。 (三):開節(jié)距和整形 這道工序是經(jīng)人工對彈簧的各幾何尺寸進(jìn)行修整,以使其達(dá)到圖樣要求。 (四):熱卷彈簧的熱處理 熱卷彈簧經(jīng)幾何尺寸修整后,均需進(jìn)行淬火、回火處理。最好是在熱成型后,利用余熱 立即淬火,這樣可省去部分加熱時(shí)間,并減少表面氧化脫炭的程度,既經(jīng)濟(jì)又改善了彈簧表面的質(zhì)量。 彈簧的淬火溫度可根據(jù)材料的臨界溫度而定。一般碳素彈簧鋼絲淬火加熱溫度在780～830℃；硅錳鋼絲如60Si2Mn，淬火加熱溫度為860～880℃；65Mn鋼絲淬火加熱溫度為810～830℃。 目前淬火加熱設(shè)備多為煤氣火焰爐、電爐、或鹽浴爐。為了防止彈簧淬火加熱變形，有

47、時(shí)可采用各種專用的淬火夾具。 彈簧淬火后，要進(jìn)行中溫回火。目的是要得到較高的彈性極限、強(qiáng)度極限和疲勞強(qiáng)度，并保持適當(dāng)?shù)捻g性。各類彈簧在淬火、回火后的硬度值為45～50HRC.常用彈簧材料熱處理規(guī)范見表4-10。 表4-10 常用彈簧材料熱處理規(guī)范 材料型號 淬 火 回 火 適用范圍 加熱溫度（℃） 冷卻介質(zhì) 硬 度 HRC 加熱溫度（℃） 硬度HRC 65 780～830 水或油 — 400～600 — 材料直徑小于15mm的螺旋 75 780～830 水或油 — 400～600 — 彈簧，彈簧墊圈 85 780～820

48、水或油 — 380～460 36～40 載荷較小的小螺旋彈簧、片彈簧 65Mn 810～830 油或水 >60 400～500 42～45 板簧，5～10mm的簧片及材料直徑在7～15mm的螺旋彈簧 55Si2Mn 860～880 油 >58 400～450 45～50 材料直徑在10～25mm的螺旋彈簧 60Si2MnA 860～880 油 >60 400～440 45～50 55Si2Mn 860～880 油 >58 480～500 363～444HBS 厚度8～12mm的板彈簧 60Si2MnA 860～880

49、油 >60 500～520 70Si3MnA 840～860 油 >62 420～480 48～52 大截面的重載彈簧 65Si2MnWA 840～860 油 >62 430～480 48～52 大截面的重載彈簧 50CrMn 840～860 油 >58 400～550 ___ 截面較大，較重要的板簧及螺旋簧 50CrVA 850～870 油 >58 400～450 388～415HBS 大截面重要彈簧 370～420 45～50 300℃以下工作的高溫彈簧 60Si2CrVA 850～870 油 >60 430～48

50、0 45～52 — 50CrMnVA 840～860 油 >58 420～450 ___ — 55SiMnMoV 860～880 油 — 440～460 45～52 大截面的重載彈簧 55SiMnMoVB 55SiMnMoVNb 三:彈簧的機(jī)械強(qiáng)化處理 彈簧機(jī)械強(qiáng)化處理的目的是用機(jī)械的方法使彈簧材料內(nèi)部產(chǎn)生與工作應(yīng)力方向相反的應(yīng)力，從而提高彈簧的承載能力，并提高彈簧的使用壽命。目前所用的強(qiáng)化處理工藝主要有兩種：強(qiáng)壓處理和噴丸處理。 1:強(qiáng)壓處理 強(qiáng)壓處理包括強(qiáng)壓、強(qiáng)拉和強(qiáng)扭。對于工作應(yīng)力較大,比較重要及節(jié)距較大的壓縮彈簧 應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)壓處理。如閥門

51、彈簧、兵器上使用的撞針、引信彈簧等。 強(qiáng)壓處理就是將彈簧成品用機(jī)械的方法,從自由狀態(tài)強(qiáng)制壓縮到最大工作載荷高度(或 壓并高度)3～5次,使金屬表面層產(chǎn)生塑性變形,從而得到與彈簧工作應(yīng)力相反的應(yīng)力。（這 樣使彈簧在工作時(shí),應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)從金屬絲表面移到內(nèi)部,從而達(dá)到提高彈簧材料彈性極限的 目的。 2:噴丸處理 噴丸處理是提高機(jī)械零件疲勞壽命的有效方法之一,在彈簧制造中應(yīng)用較廣。 噴丸處理就是用高速彈丸轟擊彈簧表面,使其形成一定厚度的表面強(qiáng)化層。強(qiáng)化層內(nèi)形 成較高的應(yīng)力。這種應(yīng)力在彈簧工作時(shí)能抵消一部分變載荷作用下的最大拉應(yīng)力,從而提高 彈簧的疲勞強(qiáng)度。 另外,通過噴丸處理還可清除

52、彈簧表面的疪病。 噴丸的效果取決于彈丸的材料、硬度、尺寸、形狀及噴射的持續(xù)時(shí)間。噴丸處理主要應(yīng) 用于大、中型彈簧,特別是熱成型彈簧。 四:彈簧的表面防腐處理 大多數(shù)彈簧均在不同程度的腐蝕性環(huán)境中工作。由于化學(xué)和電化學(xué)的作用,金屬表面受 到腐蝕,使彈簧過早損壞。因此,彈簧必須進(jìn)行防腐處理。 彈簧的防腐處理就是用抗腐蝕材料覆蓋于彈簧表面,形成保護(hù)層。這層保護(hù)層把彈簧與 腐蝕介質(zhì)隔開,達(dá)到防腐的目的。 目前常用的有三種方法：電鍍、氧化和涂漆。 1:電鍍 電鍍是獲得金屬表面保護(hù)層的有效方法,也是用于彈簧防腐處理的主要方法。它的特點(diǎn) 是鍍層附著力好,結(jié)晶細(xì)致緊密,孔隙率小,厚度均勻

53、,井有良好的物理、化學(xué)及力學(xué)性能。 電鍍有鍍鋅、鍍鎘、鍍銅、鍍鉻、鍍鎳、鍍錫等多種,應(yīng)用最普遍的是鍍鋅。 彈簧鍍鋅表面一般為白色或彩色。鋅在干燥的大氣中幾乎不發(fā)生變化。在潮濕的空氣或 含有二氧化碳的水中會(huì)生成氧化鋅白色薄膜,這層薄膜能起到緩蝕的作用。鍍鋅層適合各種 大氣條件下使用。但在含有酸、堿、鹽的水溶液中及在純海洋性大氣條件下,鋅的抗腐蝕能 力較差。鍍鋅的特點(diǎn)是成本低,工藝簡便,效果較好。被廠泛用于大氣中使用的中小型彈簧 的防腐。 彈簧鍍鋅后要經(jīng)過鈍化和去氫處理,以提高防腐能力和避免氫脆。特別是小彈簧更易發(fā) 生氫脆;在酸冼和電鍍時(shí)一定要特別汪意。 2:氧化處理 彈簧的表

54、面氧化處理也稱發(fā)蘭和發(fā)黑處理。氧化處理后,彈簧表面生成保護(hù)性的磁性氧 化鐵,厚度約為0.6～2μm。由于膜薄且多孔隙,保護(hù)能力較差。因此,氧化處理只能用于 在腐蝕性不強(qiáng)的介質(zhì)中工作的彈簧防腐。 由于氧化處理成本低,工藝配方簡單,生產(chǎn)效率高,不影響彈簧的特性,所以廣泛用于 冷成型小型彈簧的表面防腐。 除氧化處理外，還有磷化處理。磷化膜在一般大氣條件下較穩(wěn)定。其抗腐蝕能力比氧化處理高２～１０倍。 ３:涂漆 涂漆也是彈簧防腐的主要方法之一。多在大、中型彈簧中使用，特別是熱成型彈簧及板彈簧。 用于彈簧的油漆主要有：瀝青漆、酚醛漆和環(huán)氧漆。 對于重要的彈簧，為提高油漆的附著力和防腐能力

55、，也可采用先磷化后涂漆的工藝。 常用的涂漆方法是噴漆和浸漆。隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，為了提高工作效率、油漆的利用率和涂漆的質(zhì)量，應(yīng)推廣靜電噴涂和電泳涂漆工藝。 第五節(jié)：彈簧的檢驗(yàn)與質(zhì)量控制 彈簧的檢驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^各種試驗(yàn)方法和手段對彈簧各種幾何參數(shù)及性能進(jìn)行測定。對其質(zhì)量進(jìn)行正確的評估。從而把彈簧的質(zhì)量定量化和數(shù)據(jù)化。 按照工藝流程，彈簧檢驗(yàn)分為以下幾個(gè)步驟： 一：彈簧材料的檢驗(yàn) 這是彈簧生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的首要問題。包括外觀、幾何尺寸檢驗(yàn)和理化試驗(yàn)兩大部分。 1：外觀及幾何尺寸檢驗(yàn) 檢驗(yàn)人員首先根據(jù)有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)對材料的直徑、圓度單圈挑起的高度、表面缺陷等等。 2：彈簧材料的理化

56、檢驗(yàn) 此外，還要進(jìn)行對材料抽樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和化學(xué)成分分析試驗(yàn)。確定是否符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求，以確定其彈簧的生產(chǎn)工藝。 力學(xué)性能試驗(yàn)包括三項(xiàng)：抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)次數(shù)試驗(yàn)和彎折次數(shù)試驗(yàn)。 化學(xué)成分分析試驗(yàn)就是對材料組織成分進(jìn)行定量分析。 二：生產(chǎn)工藝過程中的檢驗(yàn) 內(nèi)容主要是有首件檢驗(yàn)、中間抽檢、序間檢驗(yàn)及完工檢驗(yàn)。 1：首件檢驗(yàn) 首件檢驗(yàn)至關(guān)重要。 2：中間抽檢 為確保彈簧在生產(chǎn)中質(zhì)量的穩(wěn)定，除操作者每10分鐘自檢一次外，檢查員要每隔0.5小時(shí)抽檢一次，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修正。 3：序間檢驗(yàn) 在生產(chǎn)過程中要進(jìn)行各工序的傳遞，在轉(zhuǎn)工序時(shí)要進(jìn)行按比例的抽樣檢查。確認(rèn)合格后方可轉(zhuǎn)入下道工

57、序。 4：完工檢驗(yàn)及包裝檢驗(yàn) 除不銹鋼絲、青銅線外其它鋼材所制彈簧，一般需進(jìn)行表明防腐處理。彈簧經(jīng)過酸和電鍍后不同程度發(fā)生特性的改變，小彈簧尤其明顯，因此包裝前必須再進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保合格成品包裝。 第六節(jié)：彈簧設(shè)備及生產(chǎn)自動(dòng)化 高精度、高效率、多功能的卷簧機(jī)在一些比較發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)很普遍。 一、 彈簧加工設(shè)備 彈簧加工設(shè)備種類繁多，發(fā)展也相當(dāng)快。特別市７０年代以來出現(xiàn)了扇形體送料機(jī)構(gòu)的卷簧機(jī)，８０年出現(xiàn)了CNC電子計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化卷簧機(jī)，使彈簧生產(chǎn)技術(shù)向著高精度、高效率發(fā)展。目前圓柱螺旋彈簧加工設(shè)備按用途和功能可分為四大類型。 (一)萬能自動(dòng)卷簧機(jī) 這是一種通用型圓柱螺旋彈簧

58、加工設(shè)備。如德國瓦菲奧斯(WAFIOS)公司的FS系 列、瑞士申克爾(SCHENKER)公司的FA系列、日本奧野(OKUNO)公司的M系列等 卷簧機(jī)都屬于這一類。這類機(jī)床能繞制圓柱、變節(jié)距、變直徑、密卷等各種圓柱螺旋彈簧。圖4-13為瑞士申克爾公司生產(chǎn)的FA-6S萬能自動(dòng)卷簧機(jī)示意圖。由于該機(jī)采用了扇形體及單向離合器結(jié)構(gòu),故使得送料精確,調(diào)整方便,生產(chǎn)效率高。FA-6S卷簧機(jī)最高速度為每小時(shí)生產(chǎn)彈簧3萬只。在這類機(jī)床上加裝自動(dòng)分選裝置可實(shí)現(xiàn)彈簧生產(chǎn)過程的自動(dòng)測量、分選、控制、調(diào)整,出現(xiàn)故障可自動(dòng)停機(jī)。圖4－l4為配備于FA-6S機(jī)床的MR_10自動(dòng)分選裝置工作原理圖。如果為機(jī)器配備自動(dòng)送線

59、線架,則可實(shí)現(xiàn)無人操作。 (二)拉伸彈簧繞制機(jī) 這類設(shè)備是由萬能自動(dòng)卷簧機(jī)與自動(dòng)彎鉤機(jī)組合而成。在該機(jī)上拉伸彈簧可直接成型。 以德國瓦菲奧斯公司生產(chǎn)的ZO2拉伸彈簧繞制機(jī)為例說明其原理和功能。.ZO2型拉伸彈簧繞制機(jī)由FO2卷簧機(jī)和FOA2彎鉤機(jī)組合而成。在FO2卷簧機(jī)上裝有慢速精進(jìn)給系統(tǒng)。在彈簧繞制結(jié)束前,機(jī)器變正常進(jìn)給為慢速精確進(jìn)給,從而避免快速慣性影響,以確保送料的精確性。另外,它還配有電子觸針及氣動(dòng)剎車離合器。當(dāng)彈簧端頭接觸到觸針時(shí),氣動(dòng)剎車離合器立刻動(dòng)作,停止送料。這個(gè)系統(tǒng)是作為慢速精進(jìn)給的一種補(bǔ)償,使彈簧端部停在準(zhǔn)確位置、以保證拉簧鉤環(huán)的精確。FOA2彎鉤機(jī)的主軸與FO2主軸

60、相連,機(jī)上裝有兩個(gè)彎鉤盤、兩個(gè)切余頭盤及8個(gè)彈簧抓手,8個(gè)抓手分裝在左右兩個(gè)轉(zhuǎn)盤上,每個(gè)轉(zhuǎn)盤上有4個(gè)抓手。抓手在一個(gè)工作循環(huán)中完成從卷簧機(jī)上抓取彈簧、送入彎鉤盤彎鉤、切余頭、換位、彎另一端鉤環(huán)、切頭、將成品送入容器7個(gè)動(dòng)作,如圖4-15所示。 在該機(jī)上,拉伸彈簧可直接成型。通過更換部件,可生產(chǎn)半圓鉤環(huán)、圓鉤環(huán)、圓鉤環(huán)壓中心、長臀半圓鉤環(huán)等多種拉伸彈簧。由這種設(shè)備生產(chǎn)的拉伸彈簧精度高,一致性好,效率高,一般情況下每小時(shí)可生產(chǎn)拉伸彈簧2500件左右。還可在機(jī)上加裝載荷自動(dòng)檢測裝置,實(shí)現(xiàn)拉簧的自動(dòng)檢驗(yàn)分類。 (三)扭轉(zhuǎn)彈簧繞制機(jī) 扭轉(zhuǎn)彈簧繞制機(jī)的種類也比較多,結(jié)構(gòu)原理大體相同?，F(xiàn)以瑞士申克爾公

61、司生的12T形扭轉(zhuǎn)彈簧繞制機(jī)為例,說明其原理。 該機(jī)由一臺交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),經(jīng)由頻數(shù)表(相當(dāng)于小型蘋果機(jī))實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，調(diào)速由電位器完成。電動(dòng)機(jī)經(jīng)由皮帶、軸、齒輪等部件,將轉(zhuǎn)動(dòng)傳給一偏心輪，偏心輪將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成齒條的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；齒條再將直線運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪變成主軸(纏繞軸)的正、反向轉(zhuǎn)動(dòng),使彈簧能在軸上順利的纏繞和放松。纏繞圈數(shù)的多少,通過調(diào)整偏心輪的偏心距完成，而放松多少則通過裝在主軸上的摩擦離合器和停擋來實(shí)現(xiàn)。在工作臺上,四周有4根由傘齒輪相連結(jié)的凸輪軸,同步運(yùn)轉(zhuǎn)。工作臺面上裝有與垂直方向成15的上、下兩塊滑板,水平方向可同時(shí)裝6塊滑板,一次工作循環(huán)可完成8個(gè)規(guī)定的動(dòng)作,可將扭轉(zhuǎn)

62、彈簧兩臀彎成所需形狀。彈簧螺旋升角的大小由導(dǎo)板的角度決定,導(dǎo)板的角度是可隨意調(diào)整的。 (四)CNC—系統(tǒng)卷簧機(jī) 這是一種80年代投放市場的,是由電子計(jì)算機(jī)控制的最新式的現(xiàn)代化卷簧機(jī)。它是由電氣、液壓傳動(dòng)裝置和高效的電子控制技術(shù)結(jié)合起來的產(chǎn)物,具有很強(qiáng)的調(diào)節(jié)性能的電液壓傳動(dòng)裝置,其反應(yīng)迅速、狀態(tài)穩(wěn)定,并能適應(yīng)高速的可逆操作。德國瓦菲奧斯公司的FUL系列就是個(gè)代表。它有很寬的工作范圍,可加工的鋼絲直徑最大可達(dá)16mm?；驹O(shè)備中的自化裝置已能生產(chǎn)具有任意節(jié)距和外形的左、右旋螺旋彈簧。配備附加裝置后也同樣能卷繞出各種各樣鉤環(huán)的拉伸彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧。 這種機(jī)床的鋼絲輸入裝置、切割裝置、彈簧成形裝

63、置及離合器等都配有分離的傳動(dòng)系統(tǒng)。對彈簧螺距(節(jié)距)進(jìn)行外部調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器(即彈簧長度調(diào)節(jié)器)由附加的伺服傳動(dòng)裝置來完成(用按鈕進(jìn)行手動(dòng)操作—設(shè)有數(shù)據(jù)輸入---或通過一個(gè)彈簧長度測量并調(diào)整)。 彈簧節(jié)距裝置和成形裝置的工具移動(dòng)由一個(gè)電液傳動(dòng)裝置來完成。 CNC-系統(tǒng)的可靠性和安全性是計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的起決定性作用的準(zhǔn)則。安全性由CNC—系統(tǒng)對參與生產(chǎn)加工過程的系統(tǒng)組成部分的監(jiān)視功能來保障。全部數(shù)據(jù)用鍵盤和顯示屏以對話的形式輸入。在送入系統(tǒng)參數(shù)、鋼絲參數(shù)和彈簧尺寸后,即可按兩個(gè)按鈕直接調(diào)用計(jì)算機(jī)程序。 機(jī)床用顯示操作數(shù)據(jù)(如每根彈簧的鋼絲輸入長度,最大可能輸入速度)來表示為生產(chǎn)單個(gè)或多個(gè)彈簧作

64、好了準(zhǔn)備。在對所生產(chǎn)的彈簧進(jìn)行預(yù)檢后,如需要進(jìn)行修正可呼叫圖象以輸入必需的修正值。當(dāng)顯示屏上出現(xiàn)“修正”標(biāo)志后,就能容易地輸入直徑、節(jié)距、送料長度的修正值。在重復(fù)加工中,可在1s內(nèi)調(diào)用已加工過的彈簧的輸入數(shù)據(jù),即自動(dòng)裝置在不需要再次輸入的情況下已作了加工準(zhǔn)備。這種設(shè)備為生產(chǎn)小批量、大批量、特殊形狀彈簧提供了方便。但由于價(jià)格昂貴,維修困難,目前國內(nèi)尚末采用。 二、彈簧檢測儀器 彈簧檢測儀器包括載荷檢測和扭矩檢測兩大類。儀器有指針盤式和電子控制、數(shù)字顯示兩種。前者精度、靈敏度均較低,屬落后的一種,但目前應(yīng)用較廣；后者精度高、靈敏度亦高,但由于目前國內(nèi)尚處于引進(jìn)試制階段,故應(yīng)用較少。下面重點(diǎn)介紹

65、電子控制、數(shù)字顯示的彈簧測試儀。 (一)電子控制數(shù)字顯示彈簧載荷測試儀 它由移動(dòng)距離施力裝量、距離和載荷數(shù)字顯示裝置、圖象顯示裝置及數(shù)據(jù)記錄打印裝置四部分組成。用以檢驗(yàn)拉伸彈簧,壓縮彈簧的剛度值及在指定高度下的載荷值. (二)電子控制數(shù)字顯示彈簧扭矩測試儀 它由角度轉(zhuǎn)動(dòng)施加扭矩裝置、數(shù)字顯示裝置、參數(shù)圖象顯示裝置及記錄打印裝置四部分組成。用以檢驗(yàn)扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度值及在指定轉(zhuǎn)角下的扭矩值。該設(shè)備的角度轉(zhuǎn)動(dòng)施加扭矩裝置由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(手動(dòng))、裝夾機(jī)構(gòu)、傳感器組成;數(shù)顯部分的上部顯示轉(zhuǎn)過的角度,單位為0.1。,下部顯示出扭矩值,單位為0.001N.cm。 三、彈簧生產(chǎn)的自動(dòng)化 彈簧的用量越來越

66、大,精度要求也越來越高,故迫使彈簧生產(chǎn)向大批量自動(dòng)化方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)彈簧生產(chǎn)自動(dòng)化有兩種途徑.-是單機(jī)自動(dòng)化、多機(jī)生產(chǎn)；二是裝備彈簧自動(dòng)生產(chǎn)線。 (-)單機(jī)自動(dòng)化 所謂單機(jī)自動(dòng)化,就是用現(xiàn)代化專用設(shè)備裝備工廠。同種類型設(shè)備安裝在一起,形成一個(gè)相對封閉的生產(chǎn)單元,實(shí)行1人多機(jī)生產(chǎn),一般以1人管理4～6臺設(shè)備為宜。由于各部機(jī)器均配有自動(dòng)控制、調(diào)整、分選裝置及自動(dòng)送線線架,故可實(shí)現(xiàn)無人操作。在20臺左右的機(jī)群中至少要配備1名技術(shù)熟練的操作工人作為調(diào)整工,負(fù)責(zé)機(jī)床的調(diào)整及較大故障的排除。 (二)彈簧自動(dòng)生產(chǎn)線 彈簧自動(dòng)生產(chǎn)線由多種設(shè)備有機(jī)結(jié)合在一起,形成彈簧生產(chǎn)各工序間的自動(dòng)化傳遞。它由彈簧繞制機(jī)、熱處理機(jī)(回火爐)、輸送設(shè)備、自動(dòng)包裝機(jī)組成,見圖4-l6。 它的基本工作原理是,彈簧由繞制機(jī)繞出經(jīng)檢驗(yàn)分選落入容器中,輸送系統(tǒng)將彈簧逐個(gè)送入圓桶狀臥式回火爐,回火后的彈簧經(jīng)空冷輸送到自動(dòng)包裝機(jī),包裝機(jī)將彈簧成品逐個(gè)壓合在兩片塑料薄膜中,再卷到圓盤上.圓盤卷滿由人工更換,如此實(shí)現(xiàn)彈簧生產(chǎn)的自動(dòng)化。當(dāng)然,如果生產(chǎn)需磨平的壓縮彈簧,則需在回火爐和包裝機(jī)間增加自動(dòng)喂料系統(tǒng)和彈簧端面