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异形截面材料气门弹簧成形与工装设计要点介绍

 放大 放大字体 缩小 缩小字体    发布日期:2015-09-14  浏览次数:238
核心提示:气门弹簧是发动机的重要零部件,直接影响发动机的功率及使用寿命。近年来,随着主机厂对气门弹簧性能要求的提高,很多高应力的气门弹簧都设计采用异形截面材料气,但异形截面材料的气门弹簧在绕制过程中容易出现划伤、反线等现象,因此对工装和人员操作能力要求很高。

余计全   广州华德汽车弹簧有限公司
       气门弹簧是发动机的重要零部件,直接影响发动机的功率及使用寿命。近年来,随着主机厂对气门弹簧性能要求的提高,很多高应力的气门弹簧都设计采用异形截面材料气,但异形截面材料的气门弹簧在绕制过程中容易出现划伤、反线等现象,因此对工装和人员操作能力要求很高。
       关键词:异形截面   反线 
一、异型截面材料气门弹簧介绍
      1、异形截面材包含有多种类形:有椭圆、卵形、D型、矩形、梯形等。我们常用截面形状有椭圆、卵形、D型,各主机厂根据发动机的型号及要求可选用不同规格截面钢丝,目前我司有10多种规格的异形截面气门弹簧钢丝。
       2、异形截面气门弹簧特点,相比于圆形截面钢线的气门弹簧,异形截面气门弹簧的特点有如下几个方面:
     (1)、通过选择合适的截面纵横比(即长轴和短轴之比),长轴置于外径方向。短轴置于与轴线垂直方向,降低了弹簧的压并高度,增加了弹簧的有效工作行程。
     (2)、在弹簧自由高度、内径相等的条件下,选用合适截面纵横比的椭圆截面钢丝代替圆钢丝,可降低弹簧压并高度和重量。
    (3)、在弹簧自由高度、内径相等的条件下,选用合适截面纵横比的卵形截面钢丝替代圆钢丝,可降低弹簧压并高度和重量。
    (4)、在长期的实践中发现,圆截面气门弹簧钢丝绕制成的螺旋型气门弹簧,其内侧表面所受的剪应力要比外侧表面高,气门弹簧内侧容易萌生疲劳源,引起疲劳断裂,通过适当改变弹簧钢丝截面的形状,使钢丝截面外周的应力分布相同,在不改变弹簧刚度的前提下可优化应力分布。
      3、异形截面气门弹簧的一般制造工艺流程:绕制---回火--- 磨口--- 倒角---喷丸--- 喷丸 --- 色标回火 ---热立定--- 清洗+浸油---   成品检验 ---   包装 --- 入库。
二、异型截面材料气门弹簧绕制工装设计和维护要点的介绍
       ⑴、送料轮
       由于圆形截面材料是完全对称的两半圆,其送料轮可设计为两等直径对称的上下送料轮,其送料槽可设计成接近于钢丝直径的近半圆,故在槽内任何方向旋转均可,绕制时材料在送料槽内的旋转不会影响其轴线与中心的垂直。而异形截面的送料轮,送料槽形状会直接影响到材料绕制时的反线等问题。因此,设计时必须考虑以下因素:
       ①、送料槽形状尺寸上下分配要保证送料同速;
       ②、送料方向必须正确(如滴水形上下两侧不相同,一边圆形,一边椭圆形,)确保小圆弧绕制后在弹簧的内侧;
      ③、送料槽的尺寸公差要保证送料时准确顺畅,又不会引起表面晃动或产生拉丝现象,对于异形截面材料,其送料槽的尺寸应与线材截面形状非常接近,这样可以增加表面的接触面积,保证送料的稳定性,应考虑上下送料轮组合后,线径中心应通过两轮的中心点,理论上保证两轮的线速度在线径中心点的计算值相等;
      ④、送料轮材料应选择耐磨及耐冲击的合金钢。
      ⑵、导线板
      导线板加工时要考虑下列因素:
      ①、送料时送料轮切点,导线板送料中心线及材料必须在同一条直线上;
      ②、导线板与压板连体加工,减少送料槽的误差;
      ③、在实际生产中,由于前导线板的芯部不仅起到送料作用而且构成卷簧的三点,故承受的盘绕力相当大,导线板送线槽容易磨损,因此,前导线板应用耐磨的合金钢,须控制其硬度在一定的范围内;
      ④、为了克服材料发生反线而产生的倾斜,我们对前导线板进行改进,采用旋转式前导线板修正反线的角度来控制材料反线,实践证明有效改善材料反线和反线带来的弹簧表面划伤,能达到预期目的。
      ⑶、顶销(又称挡曲和顶杆)的设计:
      ①、要求顶销槽的尺寸应与材料尺寸非常接近,让材料与顶销槽充分接触;
      ②、顶销容易磨损,槽位处应采用耐磨的硬质合金镶嵌式工装。
      ⑷、绕制工装维护
      在使用过程中需要不定期对工装进行检查,如有磨损必须进行研磨,一般研磨工具有:锉刀、油石、研磨膏,首先用锉刀对工装磨损部位进行研磨,磨损部位去除后,在导线板,顶销槽加上研磨膏,然后剪下一节材料,用材料对准导线板或顶销进行研磨,槽内光滑,乌黑发亮为止,槽内形状尺寸与材料截面尺寸相吻合为止。一般,顶销工装在每批生产前都需要研磨,防止顶销磨损或起坑划伤弹簧表面,每次上料或换料都要对材料线头进行倒角,预防线头起角或毛刺划伤工装,影响弹簧质量。
三、异型截面气门弹簧绕制调试要点
      1﹑送料轮压力要适中,不能将钢丝压变形(钢丝会自动倾斜)压紧程度要视钢丝的大小和弹簧旋绕比的大小而定,通常以送料圈数准确为准,太松会打滑而失去圈数的精度和影响弹簧在生产中各参数的稳定性,太紧则压伤钢丝或钢丝旋转、倾斜而送不出料,同时增加了机器负荷。一般来说从大到小,这样受力较为合理,第一对送料轮离顶销最近,所以压力为最大,第二对送料压力相对小一些,第三对送料轮压力更小为原则.
      2﹑工装装配原则:
     ①、前导线板紧挨芯刀,芯刀不要跟前导线板平齐,芯刀高出前导线板一条线径即可;
     ②、材料从前导线板出来须对准下顶销槽中心;
     ③、上下顶销的夹角尽可能接近90度角;
     ④、切刀不要切伤弹簧表面,不能太长,可以切断钢丝为好;
     ⑤、螺距爪(又称节距推杆)的位置应外于线圈下保持一定的角度,螺距爪最好采用钩,可以避免材料的轻微变化引起弹簧内径变化。)这样外径和自由长度相对稳定,螺距爪不能直接勾大内径,这样会使弹簧划伤。
      3﹑密绕要求:密圈应并紧,每圈贴紧,圈与圈之间不透光为最合适,不能弯曲变形,弹簧端圈不能凸出或凹进,外观不能有伤(划伤,撞伤等)外圆不能起角或者不圆,起皮现象。
      4﹑调内、外径方法:首先导线板和上下顶销三点合为一点,在一条线上,出密圈时两边对称,尽量不要偏心,出圈时应平直,水平而出,而不能向上或者向下翘起。
      5﹑总圈数,为了保证弹簧负荷,一般均可调整,调机时可先出2-5圈,调好外径合格后再调到工艺过程卡中所要求的圈数,这样减少调机时不必要的浪费。
      6﹑升角与节距的调整:调升角时各相应参数和机构思路要清晰,角度以升角尺测量为准,以工艺计算出的升角度数为指导进行调试,最后以试制结果合格的升角度数为准,一般绕制时升角比理论值要小,这样最能保证弹簧的垂直度。节距要均匀(除过渡圈外),过渡圈≥1圈。
四、异形截面材料气门弹簧生产过程中产生的问题与解决要点
       1、异形截面气门弹簧生产过程中的关键问题
       在弹簧绕制成型过程中,钢丝会在成型时产生扭曲、旋转(俗称:反线)所造成钢丝倾斜,不但会破坏弹簧的压并高度和应力分布,弹簧两端头还会产生离口的现象,绕制自由长度、内径的稳定性也差。由于反线钢丝会分解出两个不同方向力,除正常的缠绕力,还有扭曲、旋转(反线)力,这些力会集中在上顶销上,容易划伤弹簧表面,甚至会使弹簧外形尺寸产生变化。因此,控制钢丝的反线就成为绕制异形截面钢丝气门弹簧的关键。
       2、对弹簧绕制过程中钢丝反线的控制
      ①、导线板的作用是对送料过程中的材料钢丝进行强制导向,要求导线板出口处钢丝的长轴与水平面相垂直;
      ②、螺距爪(节距推杆)在推节距时也会促使材料发生反线;
      ③、上顶销对簧圈的反线也有重大影响,在绕制时,顶杆端面凹槽尽量与钢丝的外形相吻合,以起到控制倾斜的作用。同时,根据簧圈是否倾斜还需对顶销进行里外微调,以使最终成型的簧圈不会发生反线;
      ④、导线板---节距推杆---顶销(特别是上顶销)所构成的钢丝反线控制系统在调整过程中会相互影响,相互牵制,因此在生产过程中要先进行粗调,然后微调直至满足要求为止;  
      ⑤、前旋转式导线板经验值得出向上旋转一定角度可以有效控制材料反线现象;
      ⑥、调机过程中,在装好各工装后,检查各对送料轮的切点和导线板必须在一条直线上,还可以直接用材料进行检测,不要压紧送料轮,检查材料的中心线是否对准送料轮的槽中心及导线板槽中间,检查完后,用手来回拉动材料,再次检查各工装配合间隙是否得当。
结论:目前异形截面螺旋气门弹簧应用数量和范围扩大,绕制工装设计和加工精度的控制能有效地改善生产中材料钢丝的反线等质量问题。
  

参考文献:
    顾鹤龄----用异形钢丝卷制螺旋气门弹簧
㈡弹簧工技师技能要求及相关知识培训教材
 
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