金雷

摘 要：对弹簧弹塑性弯曲的成型过程、工艺和模具参数的变化进行了研究，对弹簧成型以及回弹产生的变化进行了分析，并探析了提升弹簧成型质量、优化弹簧数控卷绕成型技术的手段。

关键词：数控卷簧机；弯曲成型；弹簧；钢丝

中图分类号：TG306 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.106

数控卷簧机的高度自动化在提升生产效率、工艺水平等方面发挥了巨大的作用。同时，在弹簧数控卷绕成型的过程中，多种参数易对其产生影响，使生产有效性受到影响。在实际加工弹簧的过程中，需要对不同规格的弹簧进行试验，从而确认加工工艺的方法，但这加大了生产生本，也无法保证弹簧的精度。钢丝卷绕成型后存在回弹现象，需要根据不同的工艺参数，对弹簧成型和回弹造成的影响进行研究。

1 弹簧数控卷绕成型及回弹数值分析

弹簧旋绕比，即弹簧指数，是表示弹簧中径与钢丝直径比值的单位。弹簧的稳定性、刚度、强度和是否容易卷制，受到旋绕比的影响。弹簧在旋绕比较大时，较为容易卷制，但同时其刚性也较小，极易发生变形现象。旋绕比较小时则相反，保证了弹簧的刚性，卷制也变得较为困难。通过对旋绕比不同情况下的弹簧成型及回弹数值进行研究，提升了卷簧机构的设计水平以及工艺流程的编制水平。

设置6 mm的弹簧节距，50 N的送料滚轮压力，1.5 rad/s的送料滚轮角速度。圆锥形的第一段包括15 mm的起始外径、25 mm的结束外径、4圈的有效卷绕圈数；圆柱形的第二段包括25 mm的起始外径和结束外径3圈的有效卷绕圈数，分别模拟2 mm、2.5 mm、3 mm钢丝直径情况下的弹簧成型过程。

经分析得知，弹簧成型在钢丝直径不同情况下的等效应力分布大致相同，但每部分存在应力值不同的情况，其原因主要是除了钢丝直径不一致外，其他参数相同时，弹簧在理论集合形状上存在相同的情况。此外，在钢丝与顶簧杆的相接处，牵引力、摩擦力、弯曲变形力对钢丝共同作用，其应力陡然增加。

经过分析弹簧回弹位移云图得知，在加大簧圈直径的情况下，其回弹位移程度也在增加。同时，在增大钢丝直径时，弹簧总的回弹位移数值在不断减小。回弹量与弹簧旋绕比成正比，旋绕比数值越小，钢丝变形越大，这会导致更大区域钢丝截面内的塑性变形，卸载后产生了较小的回弹量。

通过绘制随时间变化内应力的变化曲线以及回弹位移的变化曲线，更加直观地了解了弹簧成型及回弹数值在钢丝直径不同时所受到的影响。经过分析得知，钢丝直径在增大时，弹簧环绕比减小，平均内应力在成型过程中越来越大，变化程度趋于稳定，导致回弹量越来越小。可见，通过合理设置旋绕比，可以维持弹簧的应力状态，从而达到提升弹簧成型质量的目的。

2 不同节距情况下的分析

通过设置相同弹簧钢丝直径和不同的弹簧节距，并研究弹簧的成型及回弹数值后得知了成型后弹簧的等效应力分布情况。在其他参数一致的基础上，数值较为相似，但弹簧成型之后的平均内应力在弹簧节距增加的情况下，会出现减小的情况；在其他参数数值相同时增加弹簧节距，回弹量会出现增大的现象，尤其是轴向回弹量、节距的变化对其造成的影响较大，导致弹簧在成型之后较易产生歪斜、松散等情况，弹簧质量得不到保障。

通过研究节距不同情况下，弹簧相同簧圈截面的最外层随时间变化的成型过程中的内应力变化曲线以及回弹合位移变化曲线得知，在其他条件不变的基础上，簧圈节距越大，弹簧在成型时存在越小的平均内应力，其变化数值较大，不稳定，导致最终回弹量变大。除此之外，分析随时间变化的回弹合位移变化曲线得知，弹簧节距越大，对成型之后的弹簧回弹量的影响也就越大，这决定了在弹簧节距较大的情况下进行卷绕时，需要着重注意工序之间的配合，使得卷绕速度较为理想，保证弹簧产品的质量。

3 不同滚轮压力情况下的分析

钢丝伸出长度以及速度对弹簧数控卷绕成型过程中的形状、尺寸有直接影响。送线滚轮所形成的摩擦力是数控卷簧机在钢丝进给的主要依赖形式，滚轮压入量在实际生产过程过大或过小都会使得钢丝出现压扁的情况，导致长度不足、成型速度波动大等问题出现，也会对弹簧的生产效率、质量造成的较大的影响。

通过对不同滚轮压力下的弹簧成型及回弹数值进行研究得知，在滚轮压力不同的情况下，应力在弹簧成型过程中的分布大致相同，弹簧回弹位移在每圈的变化趋势大体相似，存在差异的主要表现为：随着滚轮压力的增大，平均内应力在弹簧的成型期也增大，回弹合位移的数值却存在减小的现象。在时间变化的情况下，对内应力的变化曲线、回弹合位移变化曲线的研究分析得知，弹簧在最终成型后的回弹量受到滚轮压力变化的影响较大。因此，在对这一类型的弹簧进行卷绕时，针对其他数值的不可变动性，可利用加大滚轮压力的方式提升弹簧的成型速度和成型应力，这对弹簧成型精度的提升有巨大的幫助。

4 结束语

在现代工业发展的过程中，弹簧扮演的角色越来越重要，数控卷簧技术在广泛应用的同时，存在着非线性问题，回弹现象也较为严重，通过对不同的旋绕比、钢丝直径、弹簧节距、滚轮压力等因素的分析，寻求合理科学的参数设置，以其达到提升弹簧成型质量，提高弹簧生产效率的目的。

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〔编辑：张思楠〕