一種異形彈簧的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械制造領域，涉及一種利用數控技術與熱處理工藝相結合加工變截面異形彈簧的制造方法。
【背景技術】
[0002]目前，彈簧的加工方法主要是卷制成型法，所用到的設備主要是自動卷簧機、斷料機、磨簧機等。卷制成型法加工彈簧:把彈簧鋼絲送入已調好的自動卷簧機進行卷簧，根據所需彈簧的展開長度適時切斷彈簧鋼絲，然后進行彈簧斷頭磨削、彈簧整形、熱處理等工序。但對于具有變截面彈簧絲、變節距、不等徑彈簧圈特點的異形彈簧無法采用卷制成型法加工，如附圖1中所示的異形彈簧，該種類變截面異形彈簧的特點是:兩端部分為等螺距，中間部分變螺距，彈簧兩端部分的內、外徑相等且略大于中間部分的內外徑，其內、外徑變化量不相等、不同步，形成不等徑彈簧圈。
[0003]上述該種變截面異形彈簧可應用于離合器等產品，目前缺少一種低成本、高精度的生產此類異形彈簧的有效制造方法。

【發明內容】

[0004]本發明解決的技術問題是:針對變截面異形彈簧難加工、加工精度難保證的缺陷，提供一種結合數控加工和熱處理工藝的變截面異形彈簧的制造方法。
[0005]本發明采用如下技術方案實現:一種異形彈簧的制造方法，包括加工彈簧半成品以及對彈簧半成品進行熱處理強化、定型；其中彈簧半成品是指通過機加工形成的螺旋間隙大于工藝要求的彈簧螺旋間隙的螺旋狀工件；在完成彈簧半成品的加工后，先通過彈簧壓縮定型夾具將彈簧半成品壓縮，并在彈簧半成品的螺旋間隙放入定型薄片壓緊，所述定型薄片的厚度等于工藝要求的異形彈簧螺旋間隙，然后將彈簧半成品進行真空熱處理定型，熱處理步驟包括真空淬火和二次回火。
[0006]進一步的，所述彈簧半成品通過數控加工中心進行加工，具體步驟如下:
[0007](I)、加工彈簧坯料以及芯軸，根據異形彈簧的截面以及內、外徑尺寸加工筒形的彈簧坯料，根據異形彈簧的內徑截面加工芯軸，所述芯軸過盈裝配于彈簧坯料內孔中，用于裝夾彈費還料；
[0008](2)、生成模擬刀頭沿異形彈簧螺旋間隙運動的螺旋展開線，并根據該螺旋展開線生成數控刀路，選取直徑大于異形彈簧螺旋間隙的刀頭，編寫適合數控加工中心的加工程序;
[0009](3)、通過芯軸裝夾彈簧坯料于數控加工中心的工作臺上，選擇合適的刀具，同時輸入步驟(2)中的加工程序將彈簧坯料加工成彈簧半成品；
[0010]具體的，所述步驟(I)中首先根據異形彈簧的外徑和長度車削彈簧坯料，加工彈簧坯料外徑至尺寸，平端面加工彈簧坯料長度至尺寸；然后，根據異形彈簧截面及內徑，通過鉆孔或/和鏜孔，加工彈簧坯料內表面異型孔至尺寸；所述芯軸加工成分段式芯軸，從彈簧坯料的內孔兩端過盈裝入，所述芯軸兩端留有余量，芯軸端面鉆中心孔，作為彈簧半成品加工的支撐和裝夾定位。
[0011]具體的，所述步驟(2)中，模擬刀頭的是指刀頭沿著異形彈簧螺旋間隙的軌跡運動，具體過程如下，彈簧半成品繞軸線X軸旋轉，并沿X軸移動或刀頭在X軸方向移動，刀頭在彈簧半成品上加工出螺旋槽。
[0012]具體的，所述刀具選用銑刀。
[0013]進一步的，所述彈簧壓縮定型夾具包括同軸設置的兩個夾具體，兩個夾具體從彈簧半成品的內孔兩端裝入，并通過螺紋連接分別對彈簧半成品兩端面擠壓，實現調節壓縮距離。
[0014]進一步的，所述夾具體裝入異形彈簧內孔與彈簧半成品的內孔匹配契合。
[0015]進一步的，所述定型薄片為與工藝要求的異形彈簧螺旋間隙厚度和形狀匹配的弧形薄片。
[0016]在本發明中，所述真空熱處理是對彈簧半成品進行強化、定型，首先進行真空淬火，在790°C ±15°C預熱后，將零件在真空條件下加熱至1000-1030 °C，按1.2min/mm保溫一段時間后油淬；再將零件放入熔融鹽浴或空氣爐中進行兩次回火處理，回火溫度為530-560 0C，保溫一段時間后空冷。
[0017]根據變截面異形彈簧的使用性能選擇合適的彈簧鋼毛坯，將毛坯加工(包括車外表面、鉆孔、鏜孔)成待進一步切螺旋槽的彈簧坯料，同時加工兩端芯軸，過盈裝入坯料內孔中；在四軸數控機床上，采用直徑大于最終工藝要求的彈簧螺旋間隙尺寸的刀具(如采用與彈簧螺旋間隙最終尺寸相同的刀具，由于直徑太小，容易斷刀，影響加工質量與效率)，加工出彈簧半成品；同時加工符合彈簧間隙要求的定型薄片和一套彈簧壓縮定型夾具，將定型薄片塞入彈簧半成品的螺旋間隙中，利用彈簧壓縮定型夾具夾緊彈簧兩端；將裝夾好的彈簧進行熱處理強化、定型，取下夾具和薄片后即可得到符合精度要求的變截面異形彈黃。
[0018]本發明采用新的技術思路進行彈簧加工，通過數控技術對彈簧的異形螺旋間隙進行去除材料加工，根據變截面異形彈簧的使用性能選擇合適的彈簧坯料，由于本方法是數控切削彈簧成型，保證加工余量的情況下，選用的彈簧鋼棒料作為坯料，然后將坯料加工成待進一步切螺旋槽的彈簧坯料(包括車坯料外表面、鉆孔、鏜孔)，同時加工芯軸便于裝配彈簧半成品；根據所建立的三維模型，生成變截面異形彈簧的螺旋展開線，將螺旋展開線利用插補的方法切割成小直線段，再應用CAM軟件根據所得的螺旋展開線生成用小直線段擬合的數控刀路，進行數控編程；在四軸數控機床上，利用彈簧半成品中的芯軸進行裝夾、定位，把已編輯的數控加工程序導入機床控制器中，使用加工刀具為數控銑刀，啟動運轉，加工出符合精度要求的變截面異形彈簧。
[0019]由上所述，本發明采用數控機床結合熱處理工藝加工異形彈簧，生產效率高且加工精度有保障。
[0020]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例中變截面異形彈簧成品剖面示意圖。
[0022]圖2為實施例中變截面異形彈簧的彈簧坯料剖視圖。
[0023]圖3為實施例中變截面異形彈簧的彈簧坯料與芯軸的裝配示意圖。
[0024]圖4為實施例中變截面異形彈簧的外部主視圖。
[0025]圖5為實施例中模擬刀頭移動的三維螺旋線。
[0026]圖6為圖5中三維螺旋線的展開線。
[0027]圖7為實施例中加工的彈簧半成品剖面示意圖。
[0028]圖8為實施例中彈簧壓縮定型夾具與彈簧半成品裝配示意圖。
[0029]圖9為實施例中定型薄片示意圖。
[0030]圖中標號:1_變截面異形彈簧成品，I’ -彈簧半成品，2-彈簧螺旋間隙，2’ -加工螺旋槽，3-彈簧坯料，4-第一芯軸，5-第二芯軸，6-第一夾具體，7-第二夾具體，8-螺母。
【具體實施方式】
[0031]實施例
[0032]參見圖1，圖示中為兩端部分為等螺距，且兩端等螺距的螺旋圈數相等，彈簧中間部分為變螺距的變截面異形彈簧。變截面異形彈簧成品I的兩端部分的內、外徑相等且略大于中間部分的內外徑，其內、外徑變化量不相等不同步，形成不等徑彈簧圈。根據使用具體設計要求設置各參量的值，本例中圖1所示彈簧兩端部分螺旋圈數為14、螺距為5mm，兩端部分的外徑為44mm，內徑為28mm，彈簧螺旋間隙2為0.5mm，越往彈簧中間，螺距逐漸增大。
[0033]根據本發明的技術方案，首先需要加工出圖7所示的彈簧半成品I’。
[0034]根據設計要求，選擇的合金彈簧鋼(棒料、直徑為52mm等)為變截面異形彈簧的毛坯，然后將坯料加工成進一步切螺旋槽的彈簧坯料3 (包括車削坯料外表面、鉆孔、鏜孔)，同時加工兩段能夠過盈裝入彈簧半成品內孔中的芯軸4，用于輔助裝夾彈簧坯料3 ;根據所建立的三維模型，生成變截面異形彈簧I的螺旋展開線，將螺旋展開線利用插補的方法切割成小直線段，再應用CAM軟件根據所得的螺旋展開線生成用小直線段擬合的數控刀路，進行數控編程；在四軸數控機床上，利用彈簧坯料3中插裝的芯軸4進行裝夾、定位，把已編輯的數控加工程序導入機床控制器中，本例使用加工刀具為1.5mm的數控銑刀，啟動運轉，加工出符合精度要求的變截面異形彈簧半成品I’。
[0035]根據上述的技術思路，本實施例在加工過程中的具體實施步驟為:
[0036]步驟⑴、彈簧半成品的外形加工
[0037]根據實際工況選擇材料合金彈簧鋼棒料，根據異形彈簧的截面以及內、外徑尺寸，車削彈簧鋼棒料外表面，加工彈簧外徑至尺寸，平端面加工彈簧長度至尺寸；通過鉆孔、鏜孔，加工彈簧內表面異型孔至尺寸，即加成處如附圖2所示的彈簧坯料3。
[0038]選用45鋼棒料為芯軸的坯料，根據彈簧坯料3的內孔尺寸車削芯軸外徑，芯軸采用分段式芯軸，包括第一芯軸4和第二芯軸5，軸外端面鉆中心孔，分別從彈簧坯料3