一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法.pdf

本发明涉及一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法，属于机械加工技术领域；本发明方法首先记录与目标弹簧加工及工艺调整相关的参数数据，并根据材料性质及目标弹簧尺寸要求初步确定加工尺寸；然后根据初定加工尺寸及目标弹簧参数计算接通角设定度数；最后根据计算结果以及目标弹簧参数调整自动卷簧机并试卷样件，当检测样件符合目标弹簧要求情况下进行批量生产。本发明方法与传统方法相比，具有节约样件试验材料、样件试制效率高等优点；能够使自动卷簧机广泛应用于多品种、少批量的弹簧制造中。

1.  一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)记录与目标弹簧加工及工艺调整相关的参数数据，并根据材料性质及目标弹簧尺寸要求初步确定加工尺寸(初定尺寸)；
(2)通过下述过程计算接通角设定度数：
(2.1)根据弹簧实际展开长L₀，在“送料长度表”查出与L₀接近的展开长度L₁,找到与L₁相对应的齿轮啮合位置；
(2.2)从“接通角每度送线长度表”查该系列接通角度数范围，并取其中间值作为θ°；
(2.3)粗略计算每度送线长度：L₁÷θ°(单位：mm/°)；
(2.4)计算接通角设定度数φ：φ＝L₀÷(L₁÷θ°)(单位：°)；
(2.5)计算弹簧节距t：t＝(H₀-1.5d)÷n(单位：mm)；
(3)按下述内容将操作过程程序化：
(3.1)按步骤(2.1)查到的齿轮啮合位置设置齿轮啮合手柄；
(3.2)按步骤(2.4)得到的接通角度数设置自动卷簧机主轴接通角度数值
(3.3)选择卷簧销、调整顶簧销位置，试卷1～2圈，确定弹簧外径；
(3.4)调整节距刀位置，试卷3～5圈，确定弹簧节距t；
(3.5)调整凸轮片，确定支承圈、过度圈数；
(3.6)试卷一样件，针对样件，检测外径、圈数、支承圈数、高度；
(3.7)记录样件外径、自由高。
(3.8)热处理，强压试验；
(3.9)检测并记录样件外径、自由高、荷重值；
(3.10)与目标弹簧参数值对照，根据对比结果，如果达到目标值要求，样件调试合格，按照本步骤自动卷簧机设定进行批量生产；如果未达到目标值，根据对比结果调整样件参数，转步骤(2)进行下一个样件试验。

2.  根据权利要求1所述的一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法，其特征在于：所述目标弹簧参数包括：钢丝直径(d)、弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)、总圈数(n₁)、有效圈(n)。

3.  根据权利要求1所述的一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法，其特征在于：对应于每一个目标弹簧需要记录的工艺试验参数包括：材料牌号及规格：材料名称、钢丝直径(d)、展开长度(L₀)；图定尺寸：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)；初定尺寸：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)；热处理及强压后参数：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)、工作负荷测试值(P₂)；调整参数：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)。

4.  根据权利要求1-3任一所述的一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法，其特征在于：所述步骤(3.10)调整样件参数为调整弹簧外径(D₁)和弹簧自由高(H₀)。

一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法
技术领域：
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法。
背景技术：
螺旋压缩弹簧是机械制造中应用较多且非常重要的零件，采用自动卷簧机与传统的车床卷簧相比，具有卷簧效率高、制簧工序少等优点，在螺旋压缩弹簧制造中得到广泛的应用。
无论采用自动卷簧机或是车床卷簧，批量生产前必须进行样件调试、热处理、弹簧强压处理工序，确认样件符合设计图样要求后，方可按照设定的设备参数进行批量生产。
但在自动卷簧机操作中由于弹簧样件调试效率低、弹簧钢丝材料试验用量大，所以仅局限于大批量、少品种弹簧加工。而多数非专业弹簧制造厂家的生产特点是多品种、小批量弹簧加工，不符合卷簧机制造特点。按照现代制造业快速制造、制造工序简单化、工艺参数稳定化、制造设备的自动化制造要求，需发明一种提高弹簧样件调试方法，以解决这种卷簧机使用的局限性。
现有使用自动卷簧机进行大批量、少品种弹簧加工的加工方法为：根据设计图纸要求初步设定卷簧机设备参数→试卷样件→测量样件尺寸→热处理→强压→检验→确定样件新参数→调整卷簧机参数→试卷样件→测量样件尺寸……，反复试卷→以此类推。直到满足图纸要求。
其缺点为：
1)试卷参数不做记录，前后样件不形成对比，前后操作参数调整无依据；
2)接通角度数随意设置，不做计算，只根据卷出的弹簧尺寸与形状进行调 整，试验次数加大，效率降低；
3)样件弹簧卷制尺寸调试无次序，自由高、节距、弹簧外径同时控制。整簧卷制完成后，通过测试，发现偏离后继续卷下一个弹簧，导致钢丝用量大，浪费严重。
发明内容：
本发明的目的是为解决现有弹簧加工方法仅适用于大批量、少品种弹簧加工，材料浪费严重、试制效率低的问题，提出一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法，应用本方法能够使自动卷簧机亦可适用于多品种、小批量弹簧加工。
本发明方法的目的是通过下述技术方案实现的：
一种基于自动卷簧机的压缩弹簧卷簧方法，其基本实施过程如下：
1.记录与目标弹簧加工及工艺调整相关的参数数据，并根据材料性质及目标弹簧尺寸要求初步确定加工尺寸(初定尺寸)；
作为优选，目标弹簧参数包括：钢丝直径(d)、弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)、总圈数(n₁)、有效圈(n)；
作为优选，对应于每一个目标弹簧需要记录的工艺试验参数包括：材料牌号及规格：材料名称、钢丝直径(d)、展开长度(L₀)；图定尺寸：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)；初定尺寸：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)；热处理及强压后参数：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)、工作负荷测试值(P₂)；调整参数：弹簧外径(D₁)、弹簧自由高(H₀)；如表1和表2所示。
表1为《目标弹簧参数记录表》，表2为《弹簧工艺试验参数记录表》。
表1目标弹簧参数记录表


表2弹簧工艺试验参数记录表

按表2中的“初定尺寸”确定弹簧卷制参数外径及高度，初定尺寸时，一般碳素弹簧钢丝及合金弹簧钢丝去应力退火后外径收缩，强压后弹簧高度缩短，确定试卷弹簧时，此两项参数要比设计图样尺寸放大；
2.计算接通角设定度数：
(1)根据弹簧实际展开长L₀，在“送料长度表”查出与L₀接近的展开长度L₁,找到与L₁相对应的齿轮啮合位置；
(2)从“接通角每度送线长度表”查该系列接通角度数范围，并取其中间值作为θ°；
(3)粗略计算每度送线长度，L₁÷θ°(单位：mm/°)；
(4)计算接通角设定度数，(单位：°)；
(5)计算弹簧节距t,t＝(H₀-1.5d)÷n(单位：mm)；
3.操作过程程序化：
(1)按“接通角每度送线长度表”查到的齿轮啮合位置设置齿轮啮合手柄，见第2条第(1)步；
(2)按第2条第(4)步得到的接通角度数设置自动卷簧机主轴接通角度数值(据第2条计算结果)；
(3)选择卷簧销、调整顶簧销位置，试卷1～2圈，确定弹簧外径；
(4)调整节距刀位置，试卷3～5圈，确定弹簧节距t；
(5)调整凸轮片，确定支承圈、过度圈数；
(6)试卷一样件，针对样件，检测外径、圈数、支承圈数、高度；
(7)记录样件外径、自由高。
(8)热处理，强压试验；
(9)检测并记录样件外径、自由高、荷重值。
(10)与目标弹簧参数值对照，根据对比结果，如果达到目标值要求，样件调试合格，可进行批量生产；如果未达到目标值，可根据对比结果调整样件参数，进行第2个样件试验。
有益效果
采用本发明方法进行弹簧加工，与传统方法比较，其卷制方法的不同点为：
1)设定表格进行工艺参数记录，并进行对比计算，可试验一次能找到变形规律，减少盲目性。
2)主轴接通角度数通过在选定的齿轮啮合位置下，选取按设备规定的弹簧展开长度及需制作的弹簧展开长度，计算接通角度数，避免接通角设置的随意性导致的多次操作试验。
3)弹簧卷制尺寸调试采用程序：调外径(卷2～3圈)→调节距(卷3～5圈)→调凸轮定支撑圈与过渡圈→样件整簧→检测。仅用一个半弹簧材料制成一个样件。
本发明方法与传统方法相比，具有节约样件试验材料、样件试制效率高等优点；能够使自动卷簧机广泛应用于多品种、少批量的弹簧制造中。
附图说明
图1为螺旋压缩弹簧的结构参数示意图；
图2为螺旋压缩弹簧各组成圈示意图；
图3为凸轮片重叠度数与节距刀运动曲线关系示意图；
图4为本发明实施例一种待加工弹簧技术要求示意图；
图5为本发明实施例一种弹簧加工方法流程示意图。
具体实施方式
在介绍压缩弹簧的加工方法前首先对弹簧的相关参数做一下说明，如图1所示，螺旋压缩弹簧参数如下：钢丝直径—d，弹簧中径—D，弹簧外径—D₁，弹簧自由高度—H₀，工作负荷—P₂，工作负荷下压缩到的高—H₂，弹簧总圈数—n₁，弹簧有效圈数—n，弹簧节距—t，弹簧旋绕比—C，旋向—左旋或右旋。
下面介绍一下螺旋压缩弹簧参数与使用自动卷簧机制造螺旋压缩弹簧时部件调整的关系：
如图2所示为螺旋压缩弹簧各组成圈示意图，当使用自动卷簧机制造螺旋压缩弹簧时，调整支承圈、过度圈、工作圈，采用的方法是调节凸轮片的重叠度数，调整的方法采用观察试件，数支承圈数量，采用计算法或经验法，调整凸轮片的开合度数。
如图3所示为凸轮片重叠度数与节距刀运动曲线关系示意图，图中，“0～40°”为节距刀未插入弹簧钢丝圈内部的运动，“40～86°”节距刀进入钢丝圈内使钢丝由压并到分离的过度运动，“86～135°”为节距刀停留在钢丝圈内部形成弹簧的工作圈。
通过上述示意图分析，可找到设置弹簧凸轮片的规律，图3中度数设定仅为示意图，由于凸轮片未标注度数，实际操作中只能凭经验调整。
卷制配套零件选取：
钢丝直径(d)-选取滚轮、压线板、顶簧销；
弹簧内径(D2)-选取心轴；
弹簧节距(t)-设置节距刀或推刀位置；
设置凸轮片位置：
如图3所示，凸轮片的重叠度数决定了弹簧支承圈与过度圈的圈数，在弹簧试卷中，观察支承圈与过度圈的圈数，如果支承圈与过度圈的圈数多，可打开凸轮片；反之，可闭合凸轮片。开合的度数也可以采用经验法。
实施例
一种弹簧加工方法，其具体步骤包括：
下面以图4所示某弹簧、以洛阳机床厂生产的Z53-14型自动卷簧机为例，说明本发明方法的具体实施步骤，其方法过程如图5所示。
1.记录目标弹簧相关参数数据，具体数据如表1所示：
表1目标弹簧参数记录表

2.根据目标弹簧参数及材料规格记录弹簧工艺试验参数，参数内容如表2所示；
表2弹簧工艺试验参数记录表

按表2中的“初定尺寸”确定弹簧卷制参数外径及高度，初定尺寸时，根据材料性质对图定尺寸适当放大或缩小。本实施例中，由于一般碳素弹簧钢丝及合金弹簧钢丝去应力退火后外径收缩，强压后弹簧高度缩短，确定试卷弹簧时，此两项参数要比设计图样尺寸放大。上表中，弹簧外径：弹簧自由高：66→80。
3.计算接通角设定度数。
(1)弹簧实际展开长L₀＝3.14×25(按弹簧外径28.5计算弹簧中径)×9＝706.5，在“送料长度表”查出与L₀接近的展开长度L₁＝748,找到与L₁相对应的齿轮啮合位置(1、0、0、7、0、12)。
(2)据齿轮啮合位置从“送料长度表”查该系列接通角度数范围230～260°，并取其中间值(245°)。
(3)粗略计算每度送线长度，748÷245°＝3.053：mm/°。
(4)计算接通角设定度数，
(5)计算弹簧节距t,t＝(80-1.5×3.5)÷7(弹簧有效圈)＝10.68mm。
4.操作过程程序化。
(1)按“送料长度表”查到的齿轮啮合位置设置齿轮啮合手柄(1、0、0、7、0、12)；
(2)设置自动卷簧机主轴接通角度数值232°；
(3)选择卷簧销、调整顶簧销位置，试卷1～2圈，确定弹簧外径
(4)调整节距刀位置，试卷3～5圈，确定弹簧节距t＝10.39mm；
(5)调整凸轮片，确定支承圈、过度圈数；
(6)试卷一样件，检测外径、高度、总圈数、支承圈数、端头形状，并做记录；
(7)热处理，强压试验；
(8)检测并记录热处理、强压处理后的样件外径、自由高、荷重值；
(9)与目标弹簧参数值对照，并在样件某些指标不满足图纸要求情况下根据自动卷簧机各部件与目标弹簧参数间关系调整工艺参数，直到满足设计图纸要求为止。
强压后工作负荷P₂＝503MPa，如图4，超过上限值451+44＝495MPa，调整初定弹簧自由高度80→78，计算此时弹簧节距t,t＝(78-1.5×3.5)÷7(弹簧有效圈)＝10.39mm。重复步骤(3)(4)后检测到样件强压后工作负荷P₂＝475MPa，自由高68，外径均满足图纸要求，结束。如果此时某项参数还不满足图纸要求的话，则继续调整弹簧外径或自由高度直到满足要求。
此后，即可按照该样件生产工艺进行批量化生产。
试验结果
采用该自动卷簧机，操作工人熟练程度相同、同一个目标弹簧图纸要求条件下，采用传统的弹簧样件试制方法需用时2～3天(不包括强压与热处理时间)，材料消耗是该弹簧钢丝展开长度的15～25倍；而采用本发明方法进行样件试制仅需约1小时，1～2.5倍弹簧钢丝展开长度即可；并且随着目标弹簧加工种类的增多，当有新的弹簧品种需要加工时仅需对照已有加工弹簧种类参数，寻找参数相近的目标弹簧做一下参数微调即可，一般来说，只需一次试制即可成功。
因此，有上述内容可知，采用本发明方法进行弹簧加工，与传统方法相比，具有节约样件试验材料、样件试制效率高等优点；因此，可以使自动卷簧机广泛应用于多品种、少批量的弹簧制造中。