多股圆柱螺旋弹簧加工制造工艺技术

　　多股圆柱螺旋弹簧是由2～7股直径为0.4～3 mm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[1-4]。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。

　　根据加工工艺出现的缺陷，对加工工艺过程进行调整，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)→…，加工工艺调整为先进行回火，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。该加工工艺方法提高了成型的质量，保证了零件的性能。

　　【作者单位】内蒙古北方重工业集团有限公司,内蒙古包头014030;内蒙古北方重工业集团有限公司,内蒙古包头014030;内蒙古北方重工业集团有限公司,内蒙古包头014030;内蒙古北方重工业集团有限公司,内蒙古包头014030

　　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。采用该加工工艺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。

　　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。

　　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。缠绕装置结构简图如图2所示。

　　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，中心线根钢丝穿过支架轴的中心孔，与周围线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。

　　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→…。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，端头钢丝炸开等缺陷出现，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。

　　[1] 徐灏. 机械设计手册[M]. 2版. 北京：机械工业出版社，2000.

　　[2] 张东文. 弹簧设计与制造工艺新技术及质量监控实用手册[M]. 北京：中国科学文化音像出版社，2003.

　　[3] 刘祥云,等. 最新弹簧生产工艺优化设计与新技术新标准材料应用及产品质量检验实用手册[M]. 广州：广东音像出版社，2004.