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卷簧是彈簧卷制成形的簡(jiǎn)稱。卷簧是彈簧制造的第一道工序，也是重要的工序，卷制的精度對(duì)整個(gè)制造過(guò)程起著極為重要的作用，它基本上決定了彈簧的幾何尺寸和特性以及材料的利用率。
彈簧的卷制設(shè)備一般分有心軸卷制彈簧機(jī)與無(wú)心軸卷制彈簧機(jī)。下面分別敘述有心軸卷簧機(jī)和無(wú)心軸卷簧機(jī)卷制彈簧。
一、 有心軸卷制彈簧
有心軸卷制彈簧多用于中、小批量的生產(chǎn)和專門(mén)設(shè)計(jì)又有特殊要求的彈簧。在大批量生產(chǎn)中這種方法也用于卷制扭簧和一些拉簧。
圖1為有心軸卷簧示意圖，心軸裝在主軸卡盤(pán)上與主軸一起旋轉(zhuǎn)。主軸通過(guò)交換齒輪及絲杠使彈簧材料的送進(jìn)裝置在床身軸向左右移動(dòng)，將彈簧材料繞在心軸上卷制成彈簧毛坯。螺旋壓縮彈簧的支承并圈則通過(guò)自動(dòng)并圈裝置或操縱機(jī)床絲桿的開(kāi)合螺母手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖1 有心軸卷簧
a)壓縮彈簧的卷制 b)拉伸彈簧的卷制
1一機(jī)床卡盤(pán) 2一卡鉤 3一彈簧毛坯
4一送料器 5一心軸 L一進(jìn)料距離 α一進(jìn)料角度
卷制方式有單個(gè)卷制和多個(gè)連續(xù)卷制。單個(gè)卷制一般用于條料制造的彈簧以及油封彈簧等；多個(gè)連續(xù)卷制是一次卷成一串螺旋彈簧，然后按尺寸分別切斷成單個(gè)彈簧。
為了在冷成形后得到所要求的尺寸精度，在彈簧設(shè)計(jì)、彈簧工藝裝置設(shè)計(jì)和編制工藝規(guī)程時(shí)，必須準(zhǔn)確地掌握不同材料的各類彈簧在成形時(shí)的回彈量。
影響回彈量的因素很多，主要有材料的力學(xué)性能、彈簧的旋繞比和工藝裝置等。
回彈量與材料的抗拉強(qiáng)度f(wàn)b成正比，與彈性模量E成反比，σ／E愈大，則回彈量愈大。材料的力學(xué)性能不穩(wěn)定時(shí)，回彈量也不穩(wěn)定。
回彈量與旋繞比C成正比，即旋繞比愈小，回彈量愈小。這是因?yàn)樽冃纬潭扔?，在材料截面?nèi)塑性變形的比重愈大，因此回彈量就愈小，反之亦然。為保證彈簧有良好的應(yīng)力狀態(tài)和便于加工制造，旋繞比應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)，一般選取4—16之間。
導(dǎo)向裝置與心軸間的距離對(duì)回彈量亦有影響，二者間距離大，回彈量也大，且不均勻。
在彈簧卷制過(guò)程中，卷制力越小，卷繞后反向轉(zhuǎn)動(dòng)速度越高，轉(zhuǎn)數(shù)越多，則回彈量也就越大。
1．心軸直徑的計(jì)算 由于彈簧的回彈，使所卷彈簧的內(nèi)徑大于心軸直徑，因此采用有心軸卷簧時(shí)，要考慮回彈的影響，對(duì)心軸直徑進(jìn)行計(jì)算。
1)心軸直徑Do的確定要考慮到材料強(qiáng)度和旋繞比等因素的影響。Do計(jì)算的一般經(jīng)驗(yàn)公式為
硬鋼絲
Do= (公式1)
退火鋼絲
Do= (100—0．8C) (公式2)
銅絲
Do= (99—1．4C) (公式3)
式中 D：——彈簧內(nèi)徑；
C——彈簧旋繞比；
σb——材料的抗拉強(qiáng)度；
E——材料的彈性模量。
2)在半自動(dòng)卷簧車床上連續(xù)卷簧時(shí)常使用大頭心軸，大頭心軸直徑Do可按下式計(jì)算
Do= +(0．1～0．5)mm (公式4)
式中 ——卷簧工序要求的彈簧內(nèi)徑(內(nèi)徑加退火收縮量)。
大頭心軸結(jié)構(gòu)和尺寸見(jiàn)表1。
表1 大頭心軸的結(jié)構(gòu)和尺寸 (mm)
直徑Do
直徑B
直徑C
L
7～9
5
5．3
30
10～13
6
6．3
40
14～19
8
8．5
50
20～24
12
12．5
60
25～40
16
16．5
70
2．具有初拉力彈簧的有心卷制 在卷制具有初拉力的拉伸彈簧時(shí)，必須使簧圈間有較大的并緊力，見(jiàn)圖2。圖a是一般有心卷制；圖b是鋼絲自身扭轉(zhuǎn)后再繞在心軸上的卷繞方法，鋼絲沿著圖中箭頭方向卷繞，形成各簧圈間的并緊力；圖c用滾輪滾壓方法卷制，可獲得大的并緊力，卷制時(shí)鋼絲通過(guò)導(dǎo)板5 導(dǎo)入，借助滾輪2壓緊在卷成彈簧部分1與擋塊3之間 的心軸4上，導(dǎo)板5的導(dǎo)入方向與心軸垂直方向成α角。
圖2 有心卷簧方法
a)普通卷繞 b)鋼絲自身扭轉(zhuǎn)卷繞 c)滾壓卷繞
1一彈簧 2一滾輪 3一擋塊 4一心軸 5一導(dǎo)板
彈簧的旋繞比和節(jié)距越大，塑性變形就越小，內(nèi)應(yīng)力就越不穩(wěn)定，彈簧直徑和節(jié)距的精確度就越難控制。因此，在卷制旋繞比和節(jié)距大的彈簧時(shí)，各工序的操作應(yīng)特別注意。例如，倒車時(shí)速度要慢，搬運(yùn)卷好的彈簧毛坯時(shí)要輕，在去應(yīng)力退火前盡量少移動(dòng)等。對(duì)于旋繞比大的彈簧毛坯，最好在卷制完畢后固定，隨心軸同時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火后，再?gòu)男妮S上取下。
卷簧時(shí)的送料角度d會(huì)影響彈簧在卷制中形成的自然扭力，而扭力的大小又影響彈簧的尺寸和特性。對(duì)于拉伸彈簧，可以通過(guò)對(duì)自然扭力的調(diào)整來(lái)形成拉伸彈簧承受載荷時(shí)開(kāi)圈的阻力，即所謂的初拉力，以減輕工作應(yīng)力。在生產(chǎn)實(shí)踐中，就是通過(guò)調(diào)整送料角度。(圖l和圖2)和送料的張緊程度，來(lái)卷制出具有初拉力的拉伸彈簧。為了獲得具有較大初拉力的拉伸彈簧，在卷制時(shí)，可以用多次調(diào)整扭力的特殊卷制方法。疊繞法就是其中的一種，其繞制方法大致為：先將金屬絲在空心心軸上繞制成與所要求的螺旋方向相反的密圈彈簧，并留出一定的金屬絲彎頭，然后將此帶空心心軸的彈簧坯穿入圓柱心軸上，把有彎頭的一端插入心軸孔中，再通過(guò)夾緊裝置形成一定的張力后，向相反的方向密繞，這樣就制成了具有較大的初拉力的拉伸彈簧。
用不需要淬火的金屬絲卷制的密圈彈簧，均具有一定的初拉力，如不需要初拉力，各圈間應(yīng)留有間隙。
扭轉(zhuǎn)彈簧的有心軸卷制也有兩種方法：一種是連續(xù)卷制，即先卷制成一長(zhǎng)串彈簧毛坯，再按工藝尺寸截?cái)喑蓡蝹€(gè)毛坯，然后將毛坯端部簧圈展直加工出扭臂。另一種方法是單個(gè)卷制，在卷制前留出一端扭臂所需要的用料長(zhǎng)度，卷制后剪斷時(shí)再留出另一端扭臂所需的用料長(zhǎng)度，然后加工出扭臂。
3．圓錐、中凸和中凹形等變徑螺旋彈簧有心卷制 圓錐螺旋彈簧的有心軸卷制，是在圓錐形心軸上單個(gè)卷制的。由于彈簧底部和頂部的回彈量不一樣，所以在制作心軸時(shí)，應(yīng)將圓錐角的校正量考慮進(jìn)去。圓錐角小的心軸，可以不刻制螺旋線溝槽，圓錐角大的心軸，應(yīng)刻制出與彈簧螺旋線相對(duì)應(yīng)的溝槽，將金屬絲卷繞在溝槽中，以保證彈簧的成形精度。
中凸形和中凹形螺旋彈簧的有心軸卷制，是將金屬絲繞在與彈簧形狀相同的心軸上繞制成形的。在制造心軸時(shí)，其大端和小端回彈量的估算應(yīng)有所不同。
中凸形彈簧需用組合心軸卷制。組合心軸是由若干不同尺寸的薄圓片拼合而成，中心穿以銷軸或螺栓。彈簧卷制完后，松開(kāi)銷軸或螺栓，將心軸拆卸方能取下工件，圖3—3為這種心軸的示意圖。中凸形彈簧的心軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造麻煩，使用不便，尤其是彈簧圈間隙小時(shí)更是如此，所以這種彈簧應(yīng)用較少。
圖3 中凸形彈簧心軸
中凹形彈簧的心軸是由兩半個(gè)對(duì)稱心軸組合而成。其對(duì)接方法，可以在心軸中穿以螺栓緊固，也可以采用榫頭連接，如圖4所示。
圖4 中凹形彈簧心軸
圓錐、中凸和中凹形螺旋彈簧的有心卷制均較麻煩，在批量生產(chǎn)時(shí)，盡可能用自動(dòng)卷簧機(jī)卷制。
二、自動(dòng)卷簧機(jī)卷簧(無(wú)心軸卷簧)
用心軸卷制彈簧，不僅勞動(dòng)量大、生產(chǎn)率低，而且降低了材料利用率和質(zhì)量均勻性。因此，在大批量生產(chǎn)中，廣泛采用自動(dòng)卷簧機(jī)卷簧。它可以自動(dòng)卷繞、切斷、記數(shù)等，能以一個(gè)工作循環(huán)完成彈簧的成形工藝，因此勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)效率高，材料利用率高，并可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)作業(yè)。而且，對(duì)于彈簧的尺寸和形狀具有廣泛的適應(yīng)性，除能卷制圓柱螺旋壓縮彈簧外，還可以卷制圓錐形、中凸形、中凹形等非圓柱螺旋彈簧；并圈和不并圈、左旋或右旋、等節(jié)距和不等節(jié)距的螺旋彈簧；具有切向直尾的螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧等。螺旋拉伸彈簧則是卷制成單件毛坯后再加工出鉤環(huán)，目前也有的卷簧機(jī)能在機(jī)上直接制出鉤環(huán)。
除各種型號(hào)國(guó)產(chǎn)自動(dòng)卷簧機(jī)外，還有其他型式的萬(wàn)能卷簧機(jī)(如電子控制液壓自動(dòng)卷簧機(jī))和專用自動(dòng)卷簧機(jī)(如扭轉(zhuǎn)彈簧自動(dòng)卷簧機(jī)和拉伸彈簧自動(dòng)卷簧機(jī))。
國(guó)外異形彈簧成形機(jī)的類型較多，主要機(jī)型有德國(guó)WAFIOS公司ZO型、FTU型、CNC雙頭彎曲機(jī)BMS系列；法國(guó)TC·HP公司的MS型、AT型； 日本奧野MCF系列、CF系列、TFV系列、FM系列。
自動(dòng)卷簧機(jī)有兩種不同簧圈成形的基本方法和機(jī)構(gòu)：一種是單頂桿卷簧機(jī)；另一種是雙頂桿卷簧機(jī)。目前，這兩種機(jī)型仍然在彈簧制造業(yè)中廣泛應(yīng)用。