淺析彈簧數控卷繞成型及回彈數值

金雷

摘 要：對彈簧彈塑性彎曲的成型過程、工藝和模具參數的變化進行了研究，對彈簧成型以及回彈產生的變化進行了分析，并探析了提升彈簧成型質量、優化彈簧數控卷繞成型技術的手段。

關鍵詞：數控卷簧機；彎曲成型；彈簧；鋼絲

中圖分類號：TG306 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.106

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

1 彈簧數控卷繞成型及回彈數值分析

彈簧旋繞比，即彈簧指數，是表示彈簧中徑與鋼絲直徑比值的單位。彈簧的穩定性、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，極易發生變形現象。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值進行研究，提升了卷簧機構的設計水平以及工藝流程的編制水平。

設置6 mm的彈簧節距，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的結束外徑、4圈的有效卷繞圈數；圓柱形的第二段包括25 mm的起始外徑和結束外徑3圈的有效卷繞圈數，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。

經分析得知，彈簧成型在鋼絲直徑不同情況下的等效應力分布大致相同，但每部分存在應力值不同的情況，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，其應力陡然增加。

經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值在不斷減小。回彈量與彈簧旋繞比成正比，旋繞比數值越小，鋼絲變形越大，這會導致更大區域鋼絲截面內的塑性變形，卸載后產生了較小的回彈量。

通過繪制隨時間變化內應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值在鋼絲直徑不同時所受到的影響。經過分析得知，鋼絲直徑在增大時，彈簧環繞比減小，平均內應力在成型過程中越來越大，變化程度趨于穩定，導致回彈量越來越小。可見，通過合理設置旋繞比，可以維持彈簧的應力狀態，從而達到提升彈簧成型質量的目的。

2 不同節距情況下的分析

通過設置相同彈簧鋼絲直徑和不同的彈簧節距，并研究彈簧的成型及回彈數值后得知了成型后彈簧的等效應力分布情況。在其他參數一致的基礎上，數值較為相似，但彈簧成型之后的平均內應力在彈簧節距增加的情況下，會出現減小的情況；在其他參數數值相同時增加彈簧節距，回彈量會出現增大的現象，尤其是軸向回彈量、節距的變化對其造成的影響較大，導致彈簧在成型之后較易產生歪斜、松散等情況，彈簧質量得不到保障。

通過研究節距不同情況下，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應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上，簧圈節距越大，彈簧在成型時存在越小的平均內應力，其變化數值較大，不穩定，導致最終回彈量變大。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，這決定了在彈簧節距較大的情況下進行卷繞時，需要著重注意工序之間的配合，使得卷繞速度較為理想，保證彈簧產品的質量。

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控卷簧機在鋼絲進給的主要依賴形式，滾輪壓入量在實際生產過程過大或過小都會使得鋼絲出現壓扁的情況，導致長度不足、成型速度波動大等問題出現，也會對彈簧的生產效率、質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值進行研究得知，在滾輪壓力不同的情況下，應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為：隨著滾輪壓力的增大，平均內應力在彈簧的成型期也增大，回彈合位移的數值卻存在減小的現象。在時間變化的情況下，對內應力的變化曲線、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行卷繞時，針對其他數值的不可變動性，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力，這對彈簧成型精度的提升有巨大的幫助。

4 結束語

在現代工業發展的過程中，彈簧扮演的角色越來越重要，數控卷簧技術在廣泛應用的同時，存在著非線性問題，回彈現象也較為嚴重，通過對不同的旋繞比、鋼絲直徑、彈簧節距、滾輪壓力等因素的分析，尋求合理科學的參數設置，以其達到提升彈簧成型質量，提高彈簧生產效率的目的。

參考文獻

[1]王時龍，雷松，周杰，等.冷繞成型螺旋彈簧回彈理論及數值模擬[J].中南大學學報（自然科學版），2011（02）.

[2]雷松，王時龍，馮治恒.螺旋彈簧冷繞成型與回彈的數值分析[J].計算機工程與應用，2011（27）.

[3]王文騫.彈簧數控卷繞成型及回彈數值分析[D].鄭州：河南科技大學，2015.

[4]蔡強.正交試驗法對異性彈簧加工工藝參數的改進[D].上海：上海交通大學，2012.

[5]庫祥臣，王潤孝，李濟順，等.基于CBR的異形彈簧數控卷繞工藝自動生成[J].組合機床與自動化加工技術，2006（10）.

〔編輯：張思楠〕