波形弹簧加工工艺研究

2016-07-25刘明铭黄晨华沈阳黎明航空零部件制造有限公司辽宁沈阳110043

中国新技术新产品 2016年11期

刘明铭黄晨华薛伟（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁沈阳 110043）

波形弹簧加工工艺研究

刘明铭黄晨华薛伟
（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁沈阳 110043）

摘要：随着黎航部件公司市场开拓力度加大，仅靠我公司现有零件号类型，已无法满足客户需求，因此我部门承揽了一些试验器和特殊零件加工任务。本文研究的某厂一波形弹簧零件就属于这种情况，公司从未加工过该类零件。波形弹簧是用钢板弯曲成型，再经过定型处理。本文具体介绍了波形弹簧的机械加工工艺，分析了在加工过程中所遇到的难题，以及采用的技术措施。

关键词：波形弹簧；回弹量；技术措施

0 引言

目前机械制造水平的不断发展，波形弹簧的应用较为普通。波形弹簧一般选用优质弹簧钢（65Mn、60SiMnA、50CrV等）经特定方法热处理并根据具体情况，硬度一般在HRC44～55之间，表面发黑，具有良好的弹性。波形弹簧应用于某机械装置的轴承压紧处。关于波形弹簧的加工，公司是第一次尝试，本文介绍了在研制过程中，用机械加工方法生产波形弹簧的一些经验，以及采取的重要技术措施。

1 波形弹簧的结构和技术分析

波形弹簧是机械装置轴承压紧处的重要零件，它是同轴承配合使用，轴承与波形弹簧的波峰接触，固定在一定高度，依靠波峰被压缩所产生一定大小的力。

波形弹簧是由均匀分布波峰与波谷构成。如图1所示，波峰与波谷要求圆周半径为17±2mm，内径为Φ57mm，外径为Φ66.7mm。

技术要求：

（1）波形弹簧在无压力状态下要求高度H0=4±0.2mm，工作高度高度H= 3.2mm～ 3.4mm。

（2）波形弹簧弹力值要求：H= 3.5mm时，T=256N；H=3.1mm时，T=470N；H=2.9mm时，T=578N。弹力值可上下浮动5%。

（3）材料牌号为50CrV，材料规格为厚度1.6mm的板材，材料状态为Y，硬度要求HV≥450，硬度和弹性极限很高。

图1

2 波形弹簧的工艺路线

确定波形弹簧加工工艺路线：

（1）毛料：该波形弹簧表面粗糙度要求不高，原板材经振动光饰即可达到要求，因此直接选用厚度1.6mm的板材。

（2）下料、线切割因为是小批量生产，所以直接将板材用线切割加工成内径为Φ52mm，外径为Φ70mm的圆环毛坯。

图2

图3

（3）冷压成型将毛坯装入压型工装，以中心销轴为基准，用压力机将波簧冷压成型，用螺栓锁紧。

（4）热处理将零件夹紧固定在工装里，进行热处理定型。

（5）车加工内、外圆用中心销轴固定夹紧，车加工外圆，然后用螺栓固定夹紧，卸下中心销轴，车加工内孔。

（6）去毛刺及振动光饰将波簧从工装中取出，去除毛刺，然后进行振动光饰，提高表面光度。

（7）检验按图纸要求检验波形弹簧的弹力值和有关尺寸。

3 波形弹簧加工过程中的技术难点及解决措施

波形弹簧为我公司第一次研制加工，特点是单件、小批生产。有以下3个加工难点：

3.1 波形弹簧原材料为板材，多为冲压成型，需要冲压模具，但是该模具制造周期长，并且成本高。压型时材料存在拉伸，内外径尺寸相对减小，容易造成尺寸超差，影响最终装配使用。因此，需要设计一个能完成冷压成型的简易工装和一个能进行车加工内外径的工装。

3.2 波形弹簧首先进行压缩成形，再通过热处理，最后校型。在加工中极易产生回弹现象，并且回弹量难以控制，会影响波形弹簧最终高度尺寸。因此对压型工装波形高度有一定要求，怎样克服零件回弹是一个难点。

4 加工难点解决技术措施

结合波形弹簧的结构特点和技术要求，通过理论和试验相结合，提出以下技术措施来解决加工过程中的困难。

4.1 自制简易压型工装

波形弹簧为我公司研制加工，特点是单件、小批生产。所以不采用冲压成型技术，而是自制简易压型工装，先进行压缩成型，再通过热处理定型，最后车加工其内外圆完成最终加工。由于波形弹簧是在用工装夹紧的状态下车加工内外径，这样就能有效预防材料在压型时的拉伸变形而造成内外径尺寸相对减少的现象，保证零件尺寸合格。

因为波形弹簧形状特殊，要求按圆周均匀分布波峰与波谷固定，所以要用简易压型工装进行成型后，工装要求处于夹紧状态，防止波形配合错位，零件发生变形，尺寸超差。但波簧需要车加工内孔和外圆保证其内外径尺寸，因此设计该工装需要用两处夹紧装置：一是用中心销轴配合垫片和螺母锁紧，依靠销轴与上下压型工装配合，保证上下压型工装之间的同轴度要求；二是用在压型工装底座上沿圆周分布的三对螺栓与螺母锁紧，由它们保证压型工装波形配合。因此设计出一套适合波形弹簧加工的专用压型工装，如图2所示。

车加工使用中心销轴固定夹具，夹紧波簧，车加工外圆，然后用三对螺栓和螺母固定上下压型工装底座，再卸下中心销轴，车加工内孔。

4.2 解决波形弹簧回弹问题

解决波形弹簧回弹问题主要有两种方法。一是利用回弹量的经验值，通过修正模具型面设计，使波形弹簧“型面”高度稍大于正常的“型面”高度，回弹后接近正常波形弹簧型面的（高度、波形）方法；二是利用热处理定型的方法，通过热处理固定波形弹簧“型面”，保证波形弹簧的几何尺寸的方法。本次研制采用热处理定型方法，获得较好的效果。

具体方法是波形弹簧压制成型后，再次安装在如图2所示的简易工装内，夹紧紧固，波形弹簧与工装一同进行850℃油淬和450℃～500℃的回火，随油冷却。热处理定型后，仍然在此加紧状态下，进行车削加工内外圆，通过不断摸索和调整。上述热处理定型的方法，效果较好，在弹性检测、波峰波谷等尺寸方面，合格率达到95%以上。