减小弹簧初拉力的方法

弹簧的作用就是充分利用材料的物理特性，通过一定的转换方式来实现存储和释放能量。借助于弹簧的这种结构特点，其应用越来越广泛，对弹簧的各项设计要求也越来越高。影响弹簧性能因素很多，因此应深入研究并改进弹簧的生产工艺。 某些重要设备上要求制造出的弹簧的圈间没有初拉力的密卷圆柱拉伸螺旋弹簧，允许微量的处拉力须在零和工作负荷允许的偏差之间。卷制后经淬火的弹簧，淬火、回火的弹簧没有初拉力。但对于不经过淬火、回火的冷卷弹簧，由于初拉力的存在，会导致负荷-变形值的不合格。 这里所说的初拉力时指不经淬火的密卷圆柱拉伸弹簧在弹簧圈之间形成的轴向压应力，拉伸弹簧时当所加载荷超过初拉力后，弹簧才开始变形。一、原因分析： （1）初拉力是密卷圆柱拉伸弹簧在冷卷过程中形成的内力。按GB/T1239.6-1992的弹簧标准，初拉力值范围的幅度占初应力平均值大小的一半多。设计时选取的初应力若为上限或下限值时，能使设计初拉力与实际初拉力相差最大为50%；设计选取初应力若为中限值，则使设计初拉力与实际拉力相差最大为25%，这样大的设计偏差足以导致弹簧工作负荷下变形量的不合格。 （2）密卷圆柱拉伸螺旋弹簧产生的初拉力大小受选用的弹簧材料、钢丝直径、弹簧外径、热处理状态以及卷制的圈数等因素的影响。按照拉伸弹簧初拉力的计算公式：P=Tcπd3/8D可以看出，初拉力的大小与钢丝直径和弹簧直径规格有关；另外，根据常规数据，碳素钢的弹簧钢丝卷制的弹簧的初拉力比不锈钢卷制的弹簧初拉力大；冷卷弹簧采用低温退火的办法也不能完全消除初拉力。 （3）受操作过程的影响，以及操作者经验和技术的影响，制造的过程中对初拉力无法定量控制。 以上三种原因可因单项偏差造成弹簧弹性不合格，也可能各单项偏差叠加造成弹簧弹性不合格。二、减小弹簧初拉力的方法及实验分析： 本文提出的减小密卷圆柱拉伸弹簧冷卷时的初拉力的方法是：首先卷制时使弹簧的初拉力最大。生产中可以通过调整送料角度和送料的张紧程度来调整弹簧的初拉力。对于拉伸弹簧还可以用多次调整扭力的特殊方法来获得最大处拉力：即先将金属丝在空心轴上绕制成与所要求螺旋方向相反的密卷弹簧，并留出一定的金属丝弯头，将此空心轴的弹簧坯穿人圆柱芯轴上，把有弯曲的一头插入芯轴孔中，再通过夹紧装置形成一定张力后，向相反方向密绕，这样就形成了具有较大初拉力的弹簧。 然后，对卷制好的具有最大初拉力的弹簧进行强拉处理，先测量弹簧的初拉力，在强拉处理中减小初拉力。强拉处理是对拉伸弹簧把弹簧拉至材料层的应力超过屈服点的过程。弹簧卷制成形后，测量密卷圆柱拉伸螺旋弹簧的初拉力与逐步减小初拉力的强拉处理逐次增力交替进行。第一次拉伸到试验负荷，随着拉伸次数的增加，密卷圆柱拉伸螺旋弹簧所受应力大于弹簧极限时，微量弹性变形开始转变为塑性变形，初拉力便开始减小，超出极限偏差的工作负荷或变形也随之进入合格范围。随着强拉处理次数的增加，初拉力也逐渐减小到0。 试验密卷圆柱拉伸螺旋弹簧，材料为1Cr18Ni9，钢丝直径为φ1，各项要求见下表1：序号 特性名称 符号 数值 1 旋向（右旋） 2 总圈数/圈 n 280 3 有效圈数/圈 n1 279 4 工作极限应力/N.m㎡ τ 249.9 5 弹簧刚度/N.mm4 k 0.0965 6 弹簧展开长度/mm L 6224 7 变形75mm时负荷/N P2 7.2128 8 变形120mm时负荷/N P1 11.564 按照上述方法试验弹簧5件，卷制后采用290℃±10℃退火，结果见下表2：测量初拉力 预加载荷/N 预加变形/mm 工作载荷/N 工作变形/mm 弹簧刚度/N.mm-1 结果 试件1 7.0 7.2 75 11.6 120 0.0978 合格 试件2 5.9 7.3 75 11.6 120 0.0956 合格 试件3 6.0 7.2 75 11.3 120 0.0911 合格 试件4 3.3 7.2 75 11.4 120 0.0933 合格 试件5 7.3 7.1 75 11.8 120 0.1044 合格 从以上试验数据结果可以看出，减小初拉力的方法具有可行性。但在操作中受操作者经验和技术的影响，会出现一些不稳定的状态。三、结论： 利用这种减小密卷圆柱拉伸螺旋弹簧在冷卷时产生的初拉力的方法取得了较好的实验和生产实践效果，这样的工艺改进了弹簧负荷-变形值调整到合格装填。