專利名稱：彈簧端頭碾尖滾鍛模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種彈簧生產(chǎn)設(shè)備，具體地，涉及一種彈簧端頭碾尖滾鍛模。
背景技術(shù)：
彈簧是機(jī)械產(chǎn)品中的重要基礎(chǔ)元件之一，彈簧的性能質(zhì)量直接影響著整個設(shè)備的運(yùn)行安全和效率。有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、生產(chǎn)工藝過程以及服役環(huán)境等方面原因而導(dǎo)致彈簧失效的故障分析有許多事例，但從材料工藝角度細(xì)致的觀測分析并不多見。由于彈簧的種類繁多，應(yīng)用面廣，隨著各種新技術(shù)、新工藝引入彈簧的生產(chǎn)制造， 彈簧的失效形式、部位也常常表現(xiàn)各異，盡管對具體彈簧的失效分析并不一定具有普遍的指導(dǎo)意義，但找到失效原因，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，避免類似事故發(fā)生仍有很強(qiáng)的實(shí)用性。彈簧的任意橫截面所受的切應(yīng)力在彈簧內(nèi)徑受力最大，外徑受力最小。因此由于設(shè)計(jì)、材料強(qiáng)度造成的斷裂失效，裂紋源往往在彈簧的內(nèi)側(cè)，在彈簧的第1 3圈處承受的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力最大。壓縮彈簧往往在第2 3個有效圈處容易發(fā)生疲勞斷裂而失效。參見圖1和圖2，現(xiàn)有的彈簧端頭碾尖滾鍛模一般包括安裝在上滾鍛軸3上的上滾鍛模1和安裝在下滾鍛軸4上下滾鍛模2，上滾鍛軸3與下滾鍛軸4平行設(shè)置，上滾鍛模1 的上滾鍛面6與下滾鍛模2的下滾鍛面7均為平滑面，即上滾鍛模1的斷面的下沿和下滾鍛模2的上沿均為直線。這樣，通過該現(xiàn)有技術(shù)的彈簧端頭碾尖滾鍛模成形的彈簧端頭如圖3和圖4所示，彈簧端頭5的上表面和下表面均為平直面。實(shí)踐證實(shí)，這種形式的彈簧端頭5在卷繞形成螺旋彈簧后，容易使得彈簧發(fā)生斷裂，使得彈簧的工作可靠性大大降低。因此，鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，需要一種的彈簧端頭碾尖滾鍛模。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，使得通過該碾尖滾鍛模加工的彈簧端頭在彈簧卷繞成形后顯著地減少斷裂缺陷， 有效地增強(qiáng)彈簧工作的可靠性。上述目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)彈簧端頭碾尖滾鍛模，包括安裝在上滾鍛軸上的上滾鍛模和安裝在下滾鍛軸上的下滾鍛模，所述上滾鍛軸和下滾鍛軸相互平行，所述上滾鍛模的上滾鍛面和所述下滾鍛模的下滾鍛面彼此相對且間隔設(shè)置，其中，所述上滾鍛面和下滾鍛面上均形成有弧形凹槽。就本實(shí)用新型的技術(shù)效果而言，采用同批同爐材料，對于相同規(guī)格的彈簧在相同的制造工藝進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)對比，其試驗(yàn)的結(jié)果大不一樣。采用現(xiàn)有技術(shù)的彈簧端頭碾尖滾鍛模進(jìn)行端圈碾尖的彈簧在相同條件下疲勞試驗(yàn)次數(shù)遠(yuǎn)小于采用本實(shí)用新型的碾尖滾鍛模進(jìn)行端圈碾尖加工的彈簧其疲勞試驗(yàn)次數(shù)。也就是說，本實(shí)用新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模對提高彈簧的使用壽命、減少彈簧的斷裂起了一種重大的作用。也就是說，本實(shí)用新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模能夠顯著地減少彈簧的斷裂缺陷，延長彈簧的使用壽命，有效地增強(qiáng)彈簧工作的可靠性。本實(shí)用新型的碾尖滾鍛模適用于各種壓縮彈簧的端頭碾尖，屬于彈簧制造技術(shù)領(lǐng)域的一種創(chuàng)新，具有普遍的適用性。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的彈簧端頭碾尖滾鍛模的主視示意圖，其中顯示了彈簧端頭正在進(jìn)行滾鍛；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的彈簧端頭碾尖滾鍛模的側(cè)視示意圖；圖3為通過現(xiàn)有技術(shù)的碾尖滾鍛模成形的彈簧端頭的主視示意圖，其中顯示了彈簧的圓形斷面；圖4為圖3的彈簧端頭的俯視示意圖，其中顯示了彈簧端頭的斷面；圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的彈簧端頭碾尖滾鍛模的主視示意圖，其中顯示了彈簧端頭正在進(jìn)行滾鍛；圖6為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的彈簧端頭碾尖滾鍛模的側(cè)視示意圖；圖7為通過本實(shí)用新型的碾尖滾鍛模成形的彈簧端頭的主視示意圖，其中顯示了彈簧的圓形斷面；圖8為圖7的彈簧端頭的俯視示意圖，其中顯示了彈簧端頭的斷面。圖中1上滾鍛模；2下滾鍛模；3上滾鍛軸；4下滾鍛軸；5彈簧端頭；6上滾鍛面； 7下滾鍛面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖描述本實(shí)用新型彈簧端頭碾尖滾鍛模的具體實(shí)施方式
。在描述本實(shí)用新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模之前，需要對彈簧斷裂的成因進(jìn)行相應(yīng)的分析。申請人通過細(xì)致地觀測了千例彈簧斷裂特征來分析失效原因，這些失效原因?qū)τ谠O(shè)計(jì)新型彈簧端頭碾尖滾鍛模具有普遍的指導(dǎo)意義。彈簧的斷裂原因具體分析如下第一，斷口形狀。斷口上出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展面，根據(jù)斷口上遺留的裂紋擴(kuò)展痕跡可判斷出兩斷面的斷裂次序主斷面一二次斷面，主裂紋源位于主斷面與磨削面交界線上的中點(diǎn)， 主裂紋自端面起向下擴(kuò)展，外側(cè)擴(kuò)展速度較快，內(nèi)側(cè)擴(kuò)展速度較慢，當(dāng)主裂紋前緣擴(kuò)展至下部邊緣時，便引發(fā)二次裂紋在二次斷面沿箭頭所指方向擴(kuò)展，直至完全斷裂。兩次斷裂均屬瞬時斷裂。仔細(xì)觀察還可發(fā)現(xiàn)，在靠近斷口的磨削面上還出現(xiàn)了許多徑向表面微裂紋，這些微裂紋的方向與該處的磨削方向垂直，與主斷面約成45°角。第二，斷口分析。彈簧的斷裂部位均出現(xiàn)在端面上第一圈與第二圈并圈附近，彈簧的支承圈和過渡圈在工作狀態(tài)下形成局部點(diǎn)接觸而不是線接觸，運(yùn)行中因接觸磨損而產(chǎn)生的磨損平面與彈簧材料的外圓面形成銳角，導(dǎo)致應(yīng)力集中在一點(diǎn)，從而形成疲勞裂紋源，因此如解決接觸磨損問題，彈簧接觸磨損斷裂現(xiàn)象完全可以解除。第三，端面磨削分析。彈簧斷裂是由磨削加工不當(dāng)在磨劑端面下亞表層產(chǎn)生了開裂帶，彈簧承載時在正應(yīng)力的作用下發(fā)生了脆性斷裂。經(jīng)金相組織觀察，在斷口附近的磨削面上沿周向垂直于表面微裂紋截取一金相試樣，經(jīng)拋光，4%硝酸酒精溶液浸蝕后置于掃描電鏡下觀察金相組織及表面裂紋。觀察發(fā)現(xiàn)靠近磨削面的微裂紋粗而寬，內(nèi)含一些氧化物雜質(zhì)，這些微裂紋沿晶界曲折向內(nèi)延伸變細(xì)，微裂紋總深度約為0。15mm，這些微裂紋是典型的磨削裂紋。[0023]第四，應(yīng)力分析。彈簧是在改造時意外的沖擊載荷形成應(yīng)力峰，引起振動，靠近端部首先受力，且來不及將載荷傳遞到該簧其它圈上，引起超許用應(yīng)力，長期工作狀態(tài)下靠近端部的接觸部分容易發(fā)生疲勞斷裂而失效。第五，工作狀態(tài)分析。由于橫向位移超過材料的極限值，引起超許用應(yīng)力。在垂向位移和橫向位移共同作用下，1 1. 2圈的位置為彈簧最大受力點(diǎn)，但又不能迅速而又有效地將載荷傳遞給其它圈彈簧，所吸收的沖擊能量最多，同時這幾圈比其它各圈的壓縮量更要大。另外，彈簧的端部形狀不同，在第1 3圈處承受的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力也不同的，工作狀態(tài)下靠近端部的接觸部分容易發(fā)生疲勞斷裂。根據(jù)上述分析，彈簧斷裂的部位與端部支承圈和有效圈相靠近，隨著工作行程的增加，載荷的加大，螺旋角的變小，有效圈數(shù)的減少，彈簧剛度的增大，彈簧端部支承圈逐漸變硬，使得端部支承圈與有效圈相接觸而發(fā)生磨損斷裂。針對以上的種種原因分析，90% 的彈簧的斷裂幾乎都是在靠近端部的有效圈上斷裂。這就反映出彈簧接觸線的重要性。特別是在彈簧端圈碾尖過程中，如果不考慮彈簧的接觸線和碾尖形式，那么彈簧的第一圈與第二圈在工作狀態(tài)下如果不是線接觸而是形成局部點(diǎn)接觸，那么在這種情況下彈簧極易發(fā)生疲勞斷裂。在上述理論分析的指導(dǎo)下，申請人開發(fā)出一種新型的彈簧端頭滾鍛模。參見圖5 至圖6，本實(shí)用新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模包括安裝在上滾鍛軸3上的上滾鍛模1和安裝在下滾鍛軸4上的下滾鍛模2，所述上滾鍛軸3和下滾鍛軸4相互平行，所述上滾鍛模1的上滾鍛面6和所述下滾鍛模2的下滾鍛面7彼此相對且間隔設(shè)置，其中，所述上滾鍛面和下滾鍛面上均形成有弧形凹槽。眾所周知地，上滾鍛軸3和下滾鍛軸4由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，彈簧端頭5伸入上滾鍛面6和下滾鍛面7之間進(jìn)行滾鍛碾尖作業(yè)，如圖5所示。由于本實(shí)用新型的上滾鍛面6和下滾鍛面上均形成有弧形凹槽，形成彈簧端頭5 成形，其形狀可以參見圖7和圖8，從中可以看到彈簧端頭5的上表面和下表面成形為弧形表面。這種彈簧端頭在卷繞形成彈簧時，可以使得彈簧端頭與其鄰近的彈簧圈形成線接觸， 而不像現(xiàn)有技術(shù)那樣形成不均勻的點(diǎn)接觸。由上可知，由于通過本實(shí)用新型的碾尖滾鍛模成形的彈簧端頭，其上表面和下表面為弧形表面，在卷繞呈彈簧后，該彈簧端頭形成的端面圈可以與相鄰的有效彈簧圈形成良好的接觸線，從而可以有效地消除彈簧的斷裂現(xiàn)象。為了驗(yàn)證本實(shí)用新型彈簧端頭碾尖滾鍛模的技術(shù)效果，可以采用同批同爐材料，對于相同規(guī)格的彈簧在相同的制造工藝進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)對比，其試驗(yàn)的結(jié)果大不一樣。例如對于采用Si-Cr合金鋼制成的螺旋彈簧(外徑30mm，內(nèi)徑24mm，長度80mm，圈數(shù)20)而言，采用現(xiàn)有技術(shù)的彈簧端頭碾尖滾鍛模進(jìn)行端圈碾尖的彈簧在相同疲勞測試載荷條件下(例如250kN彎曲載荷)疲勞試驗(yàn)次數(shù) < 1.2X106，而采用本實(shí)用新型的碾尖滾鍛模進(jìn)行端圈碾尖加工的彈簧其疲勞試驗(yàn)次數(shù) ^ 2X106以上。對比之下可以看出本實(shí)用新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模對提高彈簧的使用壽命、減少彈簧的斷裂起了一種重大的作用。也就是說，本實(shí)用新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模能夠顯著地減少彈簧的斷裂缺陷，延長彈簧的使用壽命，有效地增強(qiáng)彈簧工作的可靠性。本實(shí)用新型的碾尖滾鍛模適用于各種壓縮彈簧的端頭碾尖，屬于彈簧制造技術(shù)領(lǐng)域的一種創(chuàng)新，具有普遍的適用性。[0030] 在上述具體實(shí)施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，可以通過任何合適的方式進(jìn)行任意組合，其同樣落入本實(shí)用新型所公開的范圍之內(nèi)。同時，本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本實(shí)用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容。此外，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.彈簧端頭碾尖滾鍛模，包括安裝在上滾鍛軸(3)上的上滾鍛模(1)和安裝在下滾鍛軸(4)上的下滾鍛模(2)，所述上滾鍛軸(3)和下滾鍛軸(4)相互平行，所述上滾鍛模的上滾鍛面(6)和所述下滾鍛模的下滾鍛面(7)彼此相對且間隔設(shè)置，其特征是，所述上滾鍛面和下滾鍛面上均形成有弧形凹槽。
專利摘要彈簧端頭碾尖滾鍛模，包括安裝在上滾鍛軸(3)上的上滾鍛模(1)和安裝在下滾鍛軸(4)上的下滾鍛模(2)，所述上滾鍛軸(3)和下滾鍛軸(4)相互平行，所述上滾鍛模的上滾鍛面(6)和所述下滾鍛模的下滾鍛面(7)彼此相對且間隔設(shè)置，其中，所述上滾鍛面和下滾鍛面上均形成有弧形凹槽。本實(shí)用新型的彈簧端頭碾尖滾鍛模能夠顯著地減少彈簧的斷裂缺陷，延長彈簧的使用壽命，有效地增強(qiáng)彈簧工作的可靠性。本實(shí)用新型的碾尖滾鍛模適用于各種壓縮彈簧的端頭碾尖，具有普遍的適用性。
文檔編號B21J13/02GK202052898SQ201120029880
公開日2011年11月30日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者唐柏芬, 鞏曰道 申請人:揚(yáng)州恒旺五金機(jī)械有限公司