淺析彈簧數(shù)控卷繞成型及回彈數(shù)值

金雷

摘 要：對彈簧彈塑性彎曲的成型過程、工藝和模具參數(shù)的變化進(jìn)行了研究，對彈簧成型以及回彈產(chǎn)生的變化進(jìn)行了分析，并探析了提升彈簧成型質(zhì)量、優(yōu)化彈簧數(shù)控卷繞成型技術(shù)的手段。

關(guān)鍵詞：數(shù)控卷簧機；彎曲成型；彈簧；鋼絲

中圖分類號：TG306 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.106

數(shù)控卷簧機的高度自動化在提升生產(chǎn)效率、工藝水平等方面發(fā)揮了巨大的作用。同時，在彈簧數(shù)控卷繞成型的過程中，多種參數(shù)易對其產(chǎn)生影響，使生產(chǎn)有效性受到影響。在實際加工彈簧的過程中，需要對不同規(guī)格的彈簧進(jìn)行試驗，從而確認(rèn)加工工藝的方法，但這加大了生產(chǎn)生本，也無法保證彈簧的精度。鋼絲卷繞成型后存在回彈現(xiàn)象，需要根據(jù)不同的工藝參數(shù)，對彈簧成型和回彈造成的影響進(jìn)行研究。

1 彈簧數(shù)控卷繞成型及回彈數(shù)值分析

彈簧旋繞比，即彈簧指數(shù)，是表示彈簧中徑與鋼絲直徑比值的單位。彈簧的穩(wěn)定性、剛度、強度和是否容易卷制，受到旋繞比的影響。彈簧在旋繞比較大時，較為容易卷制，但同時其剛性也較小，極易發(fā)生變形現(xiàn)象。旋繞比較小時則相反，保證了彈簧的剛性，卷制也變得較為困難。通過對旋繞比不同情況下的彈簧成型及回彈數(shù)值進(jìn)行研究，提升了卷簧機構(gòu)的設(shè)計水平以及工藝流程的編制水平。

設(shè)置6 mm的彈簧節(jié)距，50 N的送料滾輪壓力，1.5 rad/s的送料滾輪角速度。圓錐形的第一段包括15 mm的起始外徑、25 mm的結(jié)束外徑、4圈的有效卷繞圈數(shù)；圓柱形的第二段包括25 mm的起始外徑和結(jié)束外徑3圈的有效卷繞圈數(shù)，分別模擬2 mm、2.5 mm、3 mm鋼絲直徑情況下的彈簧成型過程。

經(jīng)分析得知，彈簧成型在鋼絲直徑不同情況下的等效應(yīng)力分布大致相同，但每部分存在應(yīng)力值不同的情況，其原因主要是除了鋼絲直徑不一致外，其他參數(shù)相同時，彈簧在理論集合形狀上存在相同的情況。此外，在鋼絲與頂簧桿的相接處，牽引力、摩擦力、彎曲變形力對鋼絲共同作用，其應(yīng)力陡然增加。

經(jīng)過分析彈簧回彈位移云圖得知，在加大簧圈直徑的情況下，其回彈位移程度也在增加。同時，在增大鋼絲直徑時，彈簧總的回彈位移數(shù)值在不斷減小?；貜椓颗c彈簧旋繞比成正比，旋繞比數(shù)值越小，鋼絲變形越大，這會導(dǎo)致更大區(qū)域鋼絲截面內(nèi)的塑性變形，卸載后產(chǎn)生了較小的回彈量。

通過繪制隨時間變化內(nèi)應(yīng)力的變化曲線以及回彈位移的變化曲線，更加直觀地了解了彈簧成型及回彈數(shù)值在鋼絲直徑不同時所受到的影響。經(jīng)過分析得知，鋼絲直徑在增大時，彈簧環(huán)繞比減小，平均內(nèi)應(yīng)力在成型過程中越來越大，變化程度趨于穩(wěn)定，導(dǎo)致回彈量越來越小?？梢姡ㄟ^合理設(shè)置旋繞比，可以維持彈簧的應(yīng)力狀態(tài)，從而達(dá)到提升彈簧成型質(zhì)量的目的。

2 不同節(jié)距情況下的分析

通過設(shè)置相同彈簧鋼絲直徑和不同的彈簧節(jié)距，并研究彈簧的成型及回彈數(shù)值后得知了成型后彈簧的等效應(yīng)力分布情況。在其他參數(shù)一致的基礎(chǔ)上，數(shù)值較為相似，但彈簧成型之后的平均內(nèi)應(yīng)力在彈簧節(jié)距增加的情況下，會出現(xiàn)減小的情況；在其他參數(shù)數(shù)值相同時增加彈簧節(jié)距，回彈量會出現(xiàn)增大的現(xiàn)象，尤其是軸向回彈量、節(jié)距的變化對其造成的影響較大，導(dǎo)致彈簧在成型之后較易產(chǎn)生歪斜、松散等情況，彈簧質(zhì)量得不到保障。

通過研究節(jié)距不同情況下，彈簧相同簧圈截面的最外層隨時間變化的成型過程中的內(nèi)應(yīng)力變化曲線以及回彈合位移變化曲線得知，在其他條件不變的基礎(chǔ)上，簧圈節(jié)距越大，彈簧在成型時存在越小的平均內(nèi)應(yīng)力，其變化數(shù)值較大，不穩(wěn)定，導(dǎo)致最終回彈量變大。除此之外，分析隨時間變化的回彈合位移變化曲線得知，彈簧節(jié)距越大，對成型之后的彈簧回彈量的影響也就越大，這決定了在彈簧節(jié)距較大的情況下進(jìn)行卷繞時，需要著重注意工序之間的配合，使得卷繞速度較為理想，保證彈簧產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 不同滾輪壓力情況下的分析

鋼絲伸出長度以及速度對彈簧數(shù)控卷繞成型過程中的形狀、尺寸有直接影響。送線滾輪所形成的摩擦力是數(shù)控卷簧機在鋼絲進(jìn)給的主要依賴形式，滾輪壓入量在實際生產(chǎn)過程過大或過小都會使得鋼絲出現(xiàn)壓扁的情況，導(dǎo)致長度不足、成型速度波動大等問題出現(xiàn)，也會對彈簧的生產(chǎn)效率、質(zhì)量造成的較大的影響。

通過對不同滾輪壓力下的彈簧成型及回彈數(shù)值進(jìn)行研究得知，在滾輪壓力不同的情況下，應(yīng)力在彈簧成型過程中的分布大致相同，彈簧回彈位移在每圈的變化趨勢大體相似，存在差異的主要表現(xiàn)為：隨著滾輪壓力的增大，平均內(nèi)應(yīng)力在彈簧的成型期也增大，回彈合位移的數(shù)值卻存在減小的現(xiàn)象。在時間變化的情況下，對內(nèi)應(yīng)力的變化曲線、回彈合位移變化曲線的研究分析得知，彈簧在最終成型后的回彈量受到滾輪壓力變化的影響較大。因此，在對這一類型的彈簧進(jìn)行卷繞時，針對其他數(shù)值的不可變動性，可利用加大滾輪壓力的方式提升彈簧的成型速度和成型應(yīng)力，這對彈簧成型精度的提升有巨大的幫助。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的過程中，彈簧扮演的角色越來越重要，數(shù)控卷簧技術(shù)在廣泛應(yīng)用的同時，存在著非線性問題，回彈現(xiàn)象也較為嚴(yán)重，通過對不同的旋繞比、鋼絲直徑、彈簧節(jié)距、滾輪壓力等因素的分析，尋求合理科學(xué)的參數(shù)設(shè)置，以其達(dá)到提升彈簧成型質(zhì)量，提高彈簧生產(chǎn)效率的目的。

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〔編輯：張思楠〕