CN114178434B - 一种弹簧垫圈的加工方法及缠绕装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹簧垫圈的加工方法及缠绕装置，该加工方法选用梯形丝材，通过将梯形丝材等效于圆钢丝，计算出芯轴直径，选择合适的芯轴，将梯形丝缠绕在芯轴上，将芯轴固定在加工装置上进行梯形丝的加工，调整加工后弹簧的内径尺寸后，通过线切割加工缺口，通过振动光饰后，进行回火处理，通过振动光饰能够去除缺口及钳加工部位毛刺和重熔层，解决了手工打磨造成零件变形的难题，提高产品合格率，降低劳动强度，缩短生产周期。

Description

一种弹簧垫圈的加工方法及缠绕装置
技术领域
本发明属于弹簧垫圈制造技术领域，涉及一种弹簧垫圈的加工方法及缠绕装置。
背景技术
对于使用1Cr18Ni9奥氏体不锈钢冷拔梯形丝材制造的弹簧，此类弹簧的加工难度大，具体表现在：1.宽厚比大：该类弹簧内径小(最小为4.95+0.1mm)，宽厚比大(最大可达4)，同规格标准弹簧垫圈宽厚比在1.3～2.0。2.平面度要求高：标准弹簧垫圈仅要求弹簧厚度公差在±0.1mm即可，弹簧垫圈要求平面度≤0.051mm。3.成型困难，缠绕时易变形为碟形；4.打磨操作难度大：目前弹簧毛刺、重熔层去除和锐边倒圆采用手工打磨的方式，其缺点是操作难度大，且打磨时需将零件缺口掰开，弹簧易变形。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种弹簧垫圈的加工方法及缠绕装置，以解决现有的弹簧垫圈加工难度大，加工过程中易于碟状变形和成品难以倒圆角的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种弹簧垫圈的加工方法，包括以下步骤：
步骤1，选用梯形丝材；
步骤2，将梯形丝材的截面积等同于圆钢丝的直径，通过圆钢丝的直径计算缠绕比，通过缠绕比计算出第一芯轴直径；
步骤3，将缠绕装置固定在车床或虎钳上，将第一芯轴固定在缠绕装置上，通过缠绕装置将梯形丝缠绕在第一芯轴上，缠绕后获得第一过程件；
步骤4，调整第一过程件的内径尺寸，获得第二过程件；
步骤5，通过线切割加工第二过程件，获得带有缺口的第三过程件；
步骤6，通过振动光饰去除毛刺和重熔层，获得第四过程件；
步骤7，对第四过程件进行回火处理，回火处理后空冷，所述弹簧垫圈加工结束。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述梯形丝材由1Cr18Ni9奥氏体不锈钢冷拔制成，所述梯形丝材的抗拉强度为1300～1500Mpa。
优选的，步骤2中，所述圆钢丝直径的计算公式为：
所述缠绕比的计算公式为：
C＝D2/d(2)
从而得出芯轴直径：
式中，D0为芯棒直径，D1为实际弹簧内径，σb为抗拉强度，E为弹性模量，D2为弹簧中径，C为缠绕比。
优选的，步骤3中，将缠绕装置固定在车床上时，将第一芯轴固定在缠绕装置中，将梯形丝穿过缠绕装置的第一压板，将梯形丝的端部压弯后，通过车床带动缠绕装置的第一本体转动，使得梯形丝缠绕在第一芯轴上。
优选的，步骤3中，将缠绕装置固定在虎钳上，将第一芯轴固定在缠绕装置中，将梯形丝穿过缠绕装置的第二压板，将梯形丝的端部压弯后，手动旋转缠绕装置的第二转块，同时带动第二压板转动，使得梯形丝缠绕在第一芯轴上。
优选的，步骤5中，将第二过程件放置在线切割加工装置中，沿第二过程件的长度方向，线切割装置从第二过程件的顶端向底端切割，到达底端后转向向上切割，切割至第二过程件顶端，完成切割过程。
优选的，步骤5中，所述线切割加工装置包括第三本体，第三本体中开设有若干个圆形孔洞，圆形孔洞的前端面开设有竖向的豁口，圆形孔洞的上端设置有垫片，垫片的上部设置有第三压板。
优选的，步骤5中，回火温度为350℃，回火时间为30s～40s。
一种用于实现上述的加工方法的缠绕装置，包括第一本体，第一本体转动连接有第一转体，第一转体的上端连接有第一压板，第一压板的前部分抵在第一转体上端面上；第一本体沿其轴线开设有第一孔洞，第一孔洞中***有第一芯轴；第一压板的前端抵住第一芯轴，第一压板的下端面开设有第一通孔，第一通孔的长度方向中心线和第一芯轴的外侧壁相切。
一种用于实现上述的加工方法的缠绕装置，包括第二本体，第二本体转动连接有第二转块，第二转块上设置有手柄；第二本体中沿其轴线开设有第二孔洞，第二孔洞中***有第一芯轴，第二转块的上端设置有第二压板，第二压板的前端面抵住第一芯轴，第二压板的下端开设有第二通孔，第二通孔的长度方向中心线和第一芯轴的外侧壁相切。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种弹簧垫圈的加工方法，该加工方法选用梯形丝材，通过将梯形丝材等效于圆钢丝，计算出芯轴直径，选择合适的芯轴，将梯形丝缠绕在芯轴上，将芯轴固定在加工装置上进行梯形丝的加工，调整加工后弹簧的内径尺寸后，通过线切割加工缺口，通过振动光饰后，进行回火处理，通过振动光饰能够去除缺口及钳加工部位毛刺和重熔层，解决了手工打磨造成零件变形的难题，提高产品合格率，降低劳动强度，缩短生产周期。本发明的方法满足零件高平面度的要求，解决碟状变形和成品无法倒圆的问题，同时减少毛刺产生，降低操作难度，消除弹簧变形倾向。解决了小尺寸大宽厚比弹簧垫圈加工难题，确保弹簧满足设计要求。
进一步的，对原材料提出要求，要求降低抗拉强度至1300～1500Mpa，同时锐边倒圆R0.64-0.25，解决加工成品后，内径小无法倒圆的问题，防止零件在使用过程中发生永久变形。
进一步的，本发明提出一种芯棒尺寸的计算方法，解决原材料丝材截面由梯形转变为矩形，同时保证平面度的要求。
进一步的，本发明设计线切割装置，解决了线切割时零件因缠绕应力释放而旋转造成的缺口不齐、毛刺较多的问题。
本发明还公开了两种缠绕装置，控制导丝槽长度，解决了绕制后零件变形成碟状的问题。
附图说明
图1是单独的弹簧垫圈的结构示意图；
其中，(a)图为主视图；(b)图为侧视图；(c)图为剖视图；
图2是机械缠绕装置结构的主视图；
图3是机械缠绕装置结构的俯视图；
图4是手工缠绕装置结构的主视图；
图5是手工缠绕装置结构的俯视图；
图6是线切割加工装置结构的俯视图；
图7是线切割加工装置的侧面剖视图；
其中，1-第一本体；2-第一转体；3-第一螺钉；4-第一压板；5-第二螺钉；6-第一芯轴；7-第一圆柱销；8-第二本体；9-第二转块；10-第二压板；11-第三螺钉；12-第四螺钉；13-第二圆柱销；14-手柄；15-第三本体；16-第三压板；17-垫片；18-圆形孔洞；19-第二连接部分；20-第二孔洞；21-第二通孔；23-第一连接部分；24-第一孔洞；25-第一通孔；26-豁口；27-螺栓；28-第二芯轴；1-1-第一上部分；1-2-第一中部分；1-3-第一下部分；1-4-第一凹槽；8-1-第二上部分；8-2-第二下部分；8-3-第二凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种弹簧垫圈的加工装置及方法。本发明采用的工艺路线是：备料→芯棒尺寸计算→缠绕→钳加工→加工缺口→振动光饰→回火。
其步骤：
(1)备料：选用锐边倒圆R0.64-0.25的1Cr18Ni9奥氏体不锈钢冷拔梯形丝材，降低抗拉强度至1300～1500Mpa。目的是解决加工成品后，因内径小而无法倒圆的问题，防止零件在使用过程中发生永久变形；
(2)芯棒尺寸计算：
利用缠绕时梯形丝内外环受力不同，外圆受拉力，内圆受压力，从而使材料厚度发生变化，受拉力部分变薄，受压力部分变厚，截面逐件变为矩形。芯棒尺寸直接影响材料受力的大小，也就决定了矩形的平面度。因此本发明提出了一种芯棒尺寸的计算方式，如下：
把梯形丝的截面积等同于面积相同的圆钢丝截面积，计算出圆钢丝直径：
计算出缠绕比：
C＝D2/d(2)
从而得出芯轴直径：
式中：D0——芯棒直径，D1——实际弹簧内径，σb——抗拉强度，E——弹性模量，D2——弹簧中径，C——缠绕比。
(3)缠绕：本发明设计两种缠绕装置，一种适用于车床绕制，一种适用于手工绕制。车床绕制时，先将第一芯轴6固定在车床上，再把梯形丝压弯，然后用螺钉压紧，梯形丝通过螺旋面低点，旋转压板，由于本体和转体是通过螺旋连接的，螺距正好是梯形丝的高度，压板挡住梯形丝，防止在绕制过程中转体上升，带动梯形丝上升，从而完成绕制；手工绕制时，将缠绕装置本体固定在虎钳上，把梯形丝穿过导丝槽，旋转转体，由于本体和转体是通过螺旋连接的，螺距正好是梯形丝的高度，压板挡住梯形丝，防止在绕制过程中转体上升，带动梯形丝上升，从而完成绕制。该装置能够有效解决绕制后零件变形成碟状的问题；
(4)钳加工：缠绕后零件内孔缩小，可通过钳加工方式，利用铰刀调整零件内径尺寸；
(5)加工缺口：采用线切割的方式加工缺口，线切割时，由于弹簧本身存在缠绕应力，因此在切割至钢丝宽度三分之二位置时由于应力释放导致零件旋转，造成切割时缺口不齐的现象。本发明使用的线切割装置，采用压板、套筒、芯棒的组合方式，限制弹簧在线切割时的转动和跳动，达到缺口整齐，减少毛刺的效果；
(6)振动光饰：采用振动光饰方式去除缺口及钳加工部位毛刺和重熔层，避免因手工打磨造成的零件尺寸及形状偏差，提高产品合格率，降低劳动强度，缩短生产周期；
(7)回火：采用回火温度350℃保温30′～40′后空冷的方式，去除钳加工、振动光饰造成的加工应力，稳定零件尺寸。
上述步骤(3)中车床绕制中涉及的缠绕装置如图2和图3所示，包括第一本体1，第一本体1从上到下依次包括一体连接的第一上部分1-1、第一中部分1-2和第一下部分1-3，三者同轴线、第一上部分1-1的直径小于第一下部分1-3的直径，第一下部分1-3的直径小于第一中部分1-2的直径。第一上部分1-1沿其轴线，从上端面向内开设有第一孔洞24，第一上部分1-1的上端面开设有第一凹槽1-4，第一凹槽1-4的端部在第一上部分1-1的边部。第一中部分1-2的外侧壁螺纹连接有第一转体2，第一转体2的主体结构为环状圆柱体，第一转体2的一部分上端设置有第一连接部分23，第一连接部分23的上端***有第二螺钉5和第一圆柱销7，第二螺钉5和第一连接部分23为转动连接。第一压板4穿过第二螺钉5和第一连接部分23之间，第一压板4的前端抵在第一上部分1-1的上端面，第一压板4的前端面和第一芯轴6的径向之间的夹角小于90°，第一压板4的下端面开设有第一通孔25，第二通孔25的轴线和第一芯轴6的外侧壁相切。
缠绕梯形丝时，首先将第一芯轴6***在第一孔洞24中，通过车床固定连接第三部分1-3，将梯形丝穿过第一通孔25，将梯形丝弯折后，未弯折的部分卡装在第一凹槽1-4中，弯折的部分和第一上部分1-1的上端面垂直。第一压板4的前端的下表面抵在第一上部分1-1的上端面，同时第一压板4的前端面抵住第一芯轴6的侧壁。第一压板4固定不动，第一转体2也不动，车床带动第一下部分1-3转动，进而带动整个第一本体1转动，使得第一芯轴6转动，梯形丝不断缠绕在芯轴上，完成绕制，缠绕结束，将连体的弹簧垫圈从第一芯轴6卸下即可。
上述步骤(3)中手工绕制中涉及的缠绕装置如图4和图5所示，参见图4和图5，包括第二本体8、第二本体8为台阶状圆柱体，分为同轴线的第二上部分8-1和第二下部分8-2，第二上部分8-1的直径小于第二下部分8-2的直径，第二上部分8-1的上端面设置有第二凹槽8-3，沿第二本体8的轴线，第二本体8内开设有第二孔洞20；第二下部分8-2的外部螺纹连接有第二转块9，所述第二转块9为圆环形状，第二转块9的一部分上端设置有凸出的第二连接部分19，第二连接部分19的上端和第二压板10连接，第二压板10和连接部分19通过第四螺钉12和第二圆柱销13固定连接。第二转块9上设置有手柄14。第二压板10的前端面相对于第一芯轴6的径向为倾斜方向，第二压板10的前端面和第一芯轴6的径向之间的夹角小于90°，第二压板10的下端面设置有第二通孔21，所述第二通孔21的长度方向和第一芯轴6相切。
缠绕梯形丝时，首先将第一芯轴6***在第二孔洞20中，将梯形丝从第二通孔21的外端穿入，从通孔21的内端穿出，梯形丝从第二凹槽8-3向下弯折，限定梯形丝的移动，此时第二压板10在梯形丝的上端压住梯形丝，转动转动杆22进而转动第二转块9，第二转块9相对于第二本体8向上转动，同时带动第二压板10转动，第二通孔21梯形丝不断从通孔21的内端输出，围绕第一芯轴6向上运动的同时转动；第二转块9和第二本体8的螺距为弹簧垫圈长度，当第二转块9向上脱离第二本体8时，缠绕结束，将连体的弹簧垫圈从第一芯轴6卸下即可。
将连体的弹簧垫圈从第一芯轴6卸下后，放入在线切割加工装置中，进行上述的第(5)步，参见图6和图7，线切割加工装置包括第三本体15，第三本体15开设有若干个圆形孔洞18，所述圆形孔洞18用于放置连体的弹簧垫圈，圆形孔洞18的前端面开设有竖向的豁口26，圆形孔洞18的上端设置有垫片17和螺栓27，螺栓27的上部设置有第三压板16。
当连体的弹簧垫圈需要切割时，将弹簧垫圈套装在第二芯轴28上，连通弹簧垫圈和第二芯轴28共同放置在一个圆形孔洞18中，上端被垫片1设置有螺栓27，螺栓27和第二芯轴28螺纹连接，第三压板16将螺栓27压实，线切割装置从圆形孔洞18的顶端向底端切割，切割方向为竖直方向，到达最底端后，走刀路径少量偏移，再从下到上切割，完成一个“U”型的切割路线，使得连体的弹簧垫圈被切开。
实施例1：某弹簧垫圈加工工艺
零件尺寸如图1所示：
其中：D＝9.27，d＝4.95+0.1，H＝2.69±0.25，K＝1.32
(1)备料：选用抗拉强度为1400Mpa，锐边倒圆R0.64-0.25的1Cr18Ni9奥氏体不锈钢冷拔梯形丝材。
(2)芯棒尺寸计算：
实际弹簧内径D1＝4.95+0.1mm，抗拉强度σb＝1400Mpa，弹性模量E＝187000MPa。
计算出圆钢丝直径：
弹簧中经：D2＝7.11mm
计算出缠绕比：
C＝D2/d＝7.11/1.98＝3.59
得出第一芯轴6和第二芯轴28直径：
(3)缠绕：采用手工缠绕装置进行缠绕；
(4)钳加工：利用铰刀调整零件内径尺寸；
(5)加工缺口：采用线切割装置进行线切割，加工缺口；
(6)振动光饰：采用振动光饰方式去除毛刺和重熔层；
(7)回火：采用350℃保温30′后空冷的方式，消除加工应力；
实施例2：某弹簧加工工艺
零件尺寸如下图2所示：
其中：D＝11.94，d＝6.60+0.13，H＝3.43±0.38，K＝1.42
(1)备料：选用抗拉强度为1400Mpa，锐边倒圆R0.64-0.25的1Cr18Ni9奥氏体不锈钢冷拔梯形丝材。
(2)芯棒尺寸计算：
实际弹簧内径D1＝6.60+0.13mm，抗拉强度σb＝1400Mpa，弹性模量E＝187000MPa。
计算出圆钢丝直径：
弹簧中经：D2＝9.27mm
计算出缠绕比：
C＝D2/d＝9.27/2.27＝4.08
得出芯轴直径：
(3)缠绕：采用手工缠绕装置进行缠绕；
(4)钳加工：利用铰刀调整零件内径尺寸；
(5)加工缺口：采用线切割装置进行线切割，加工缺口；
(6)振动光饰：采用振动光饰方式去除毛刺和重熔层；
(7)回火：采用350℃保温32′后空冷的方式，消除加工应力；
实施例3：某弹簧加工工艺
零件尺寸如图1所示：
其中：D＝14.35，d＝8.13+0.15，H＝4.19±0.38，K＝1.52
(1)备料：选用抗拉强度为1400Mpa，锐边倒圆R0.64-0.25的1Cr18Ni9奥氏体不锈钢冷拔梯形丝材。
(2)芯棒尺寸计算：
实际弹簧内径D1＝8.13+0.13mm，抗拉强度σb＝1400Mpa，弹性模量E＝187000MPa。
计算出圆钢丝直径：
弹簧中经：D2＝11.24mm
计算出缠绕比：
C＝D2/d＝11.24/2.52＝4.46
得出芯轴直径：
(3)缠绕：采用手工缠绕装置进行缠绕；
(4)钳加工：利用铰刀调整零件内径尺寸；
(5)加工缺口：采用线切割装置进行线切割，加工缺口；
(6)振动光饰：采用振动光饰方式去除毛刺和重熔层；
(7)回火：采用350℃保温35′后空冷的方式，消除加工应力；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种弹簧垫圈的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选用梯形丝材；
步骤2，将梯形丝材的截面积等同于圆钢丝的截面积，通过圆钢丝的截面积计算缠绕比，通过缠绕比计算出第一芯轴(6)直径；
所述圆钢丝直径的计算公式为：
所述缠绕比的计算公式为：
C＝D2/d (2)
从而得出第一芯轴(6)的直径：
式中，D0为第一芯轴(6)直径，D1为实际弹簧内径，σb为抗拉强度，E为弹性模量，D2为弹簧中径，C为缠绕比；
步骤3，将缠绕装置固定在虎钳上，将第一芯轴(6)固定在缠绕装置上，通过缠绕装置将梯形丝材缠绕在第一芯轴(6)上，缠绕后获得第一过程件；
具体的，将缠绕装置固定在虎钳上，将第一芯轴(6)固定在缠绕装置中，将梯形丝材穿过缠绕装置的压板(10)，将梯形丝材的端部压弯后，手动旋转缠绕装置的转块(9)，同时带动压板(10)转动，使得梯形丝材缠绕在第一芯轴(6)上；
所述缠绕装置包括本体(8)，本体(8)转动连接有转块(9)，转块(9)上设置有转动杆(22)；本体(8)中沿其轴线开设有孔洞(20)，孔洞(20)中***有第一芯轴(6)；本体(8)为台阶状圆柱体，分为同轴线的上部分(8-1)和下部分(8-2)，上部分(8-1)的上端面设置有凹槽(8-3)，转块(9)为圆环形状，下部分(8-2)的外部螺纹连接有转块(9)；转块(9)的上端设置有压板(10)，压板(10)的前端面抵住第一芯轴(6)，压板(10)的下端开设有通孔(21)，通孔(21)的长度方向中心线和第一芯轴(6)的外侧壁相切；将梯形丝材从通孔(21)的外端穿入，从通孔(21)的内端穿出；
压板(10)在梯形丝的上端压住梯形丝，转动转动杆(22)进而转动第二转块(9)，第二转块(9)相对于第二本体(8)向上转动，同时带动第二压板(10)转动，梯形丝不断从通孔(21)的内端输出，围绕第一芯轴(6)向上运动的同时转动；
步骤4，调整第一过程件的内径尺寸，获得第二过程件；
步骤5，通过线切割加工第二过程件，获得带有缺口的第三过程件；
将第二过程件放置在线切割加工装置中，沿第二过程件的长度方向，线切割装置从第二过程件的顶端向底端切割，到达底端后转向向上切割，切割至第二过程件顶端，完成切割过程；
所述线切割加工装置包括线切割加工装置本体(15)，线切割加工装置本体(15)中开设有若干个圆形孔洞(18)，圆形孔洞(18)的前端面开设有竖向的豁口(26)，圆形孔洞(18)的上端设置有垫片(17)，垫片(17)的上部设置有线切割加工装置压板(16)；
步骤6，通过振动光饰去除毛刺和重熔层，获得第四过程件；
步骤7，对第四过程件进行回火处理，回火处理后空冷，所述弹簧垫圈加工结束。
2.根据权利要求1所述的一种弹簧垫圈的加工方法，其特征在于，所述梯形丝材由1Cr18Ni9奥氏体不锈钢冷拔制成，所述梯形丝材的抗拉强度为1300～1500Mpa。
3.根据权利要求1所述的弹簧垫圈的加工方法，其特征在于，步骤5中，回火温度为350℃，回火时间为30s～40s。
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