有心轴弹簧机和无心轴卷簧机卷制弹簧

　　弹簧的卷制设备一般分有心轴卷制弹簧机与无心轴卷制弹簧机。下面分别叙述有心轴弹簧机和无心轴卷簧机卷制弹簧。
   
　　一、自动卷簧机卷簧(无心轴卷簧)

　　用心轴卷制弹簧，不仅劳动量大、生产率低，而且降低了材料利用率和质量均匀性。因此，在大批量生产中，广泛采用自动卷簧机卷簧。它可以自动卷绕、切断、记数等，能以一个工作循环完成弹簧的成形工艺，因此劳动强度小，生产效率高，材料利用率高，并可以实现多机作业。而且，对于弹簧的尺寸和形状具有广泛的适应性，除能卷制圆柱螺旋压缩弹簧外，还可以卷制圆锥形、中凸形、中凹形等非圆柱螺旋弹簧；并圈和不并圈、左旋或右旋、等节距和不等节距的螺旋弹簧；具有切向直尾的螺旋扭转弹簧等。螺旋拉伸弹簧则是卷制成单件毛坯后再加工出钩环，目前也有的卷簧机能在机上直接制出钩环。

二、 有心轴卷制弹簧

　　有心轴卷制弹簧多用于中、小批量的生产和专门设计又有特殊要求的弹簧。在大批量生产中这种方法也用于卷制扭簧和一些拉簧。

　　有心轴卷簧，心轴装在主轴卡盘上与主轴一起旋转。主轴通过交换齿轮及丝杠使弹簧材料的送进装置在床身轴向左右移动，将弹簧材料绕在心轴上卷制成弹簧毛坯。螺旋压缩弹簧的支承并圈则通过自动并圈装置或操纵机床丝杆的开合螺母手柄来实现。

　　有心轴卷簧

a)压缩弹簧的卷制  b)拉伸弹簧的卷制

1一机床卡盘  2一卡钩  3一弹簧毛坯

4一送料器    5一心轴  L一进料距离  α一进料角度

　　卷制方式有单个卷制和多个连续卷制。单个卷制一般用于条料制造的弹簧以及油封弹簧等；多个连续卷制是一次卷成一串螺旋弹簧，然后按尺寸分别切断成单个弹簧。

　　为了在冷成形后得到所要求的尺寸精度，在弹簧设计、弹簧工艺装置设计和编制工艺规程时，必须准确地掌握不同材料的各类弹簧在成形时的回弹量。

　　影响回弹量的因素很多，主要有材料的力学性能、弹簧的旋绕比和工艺装置等。

    回弹量与材料的抗拉强度fb成正比，与弹性模量E成反比，σ／E愈大，则回弹量愈大。材料的力学性能不稳定时，回弹量也不稳定。
回弹量与旋绕比C成正比，即旋绕比愈小，回弹量愈小。这是因为变形程度愈大，在材料截面内塑性变形的比重愈大，因此回弹量就愈小，反之亦然。为保证弹簧有良好的应力状态和便于加工制造，旋绕比应限制在一定的范围内，一般选取4—16之间。

　　导向装置与心轴间的距离对回弹量亦有影响，二者间距离大，回弹量也大，且不均匀。
    在弹簧卷制过程中，卷制力越小，卷绕后反向转动速度越高，转数越多，则回弹量也就越大。
    1．心轴直径的计算  由于弹簧的回弹，使所卷弹簧的内径大于心轴直径，因此采用有心轴卷簧时，要考虑回弹的影响，对心轴直径进行计算。
    1)心轴直径Do的确定要考虑到材料强度和旋绕比等因素的影响。Do计算的一般经验公式为

硬钢丝
             Do=            (公式1)

退火钢丝
             Do= 　　(100—0．8C)          (公式2)

铜丝
             Do= 　　(99—1．4C)           (公式3)

式中  D：——弹簧内径；

      C——弹簧旋绕比；

      σb——材料的抗拉强度；

      E——材料的弹性模量。
 
　　2)在半自动卷簧车床上连续卷簧时常使用大头心轴，大头心轴直径Do可按下式计算

　　Do= +(0．1～0．5)mm                  (公式4)

　　式中  ——卷簧工序要求的弹簧内径(内径加退火收缩量)。 大头心轴的结构和尺寸    (mm)
 

　　直径Do      直径B      直径C         L

　　7～9         5          5.3            30

　　10～13       6          6.3            40

　　14～19       8          8.5            50

　　20～24       12         12.5           60

　　25～40       16         16.5           70

　　2．具有初拉力弹簧的有心卷制  在卷制具有初拉力的拉伸弹簧时，必须使簧圈间有较大的并紧力，见图2。图a是一般有心卷制；图b是钢丝自身扭转后再绕在心轴上的卷绕方法，钢丝沿着图中箭头方向卷绕，形成各簧圈间的并紧力；图c用滚轮滚压方法卷制，可获得大的并紧力，卷制时钢丝通过导板5  导入，借助滚轮2压紧在卷成弹簧部分1与挡块3之间  的心轴4上，导板5的导入方向与心轴垂直方向成α角。

　　有心卷簧方法

a)普通卷绕  b)钢丝自身扭转卷绕  c)滚压卷绕

1一弹簧  2一滚轮  3一挡块  4一心轴  5一导板

　　弹簧的旋绕比和节距越大，塑性变形就越小，内应力就越不稳定，弹簧直径和节距的精确度就越难控制。因此，在卷制旋绕比和节距大的弹簧时，各工序的操作应特别注意。例如，倒车时速度要慢，搬运卷好的弹簧毛坯时要轻，在去应力退火前尽量少移动等。对于旋绕比大的弹簧毛坯，最好在卷制完毕后固定，随心轴同时进行去应力退火后，再从心轴上取下。

    卷簧时的送料角度d会影响弹簧在卷制中形成的自然扭力，而扭力的大小又影响弹簧的尺寸和特性。对于拉伸弹簧，可以通过对自然扭力的调整来形成拉伸弹簧承受载荷时开圈的阻力，即所谓的初拉力，以减轻工作应力。在生产实践中，就是通过调整送料角度。(图l和图2)和送料的张紧程度，来卷制出具有初拉力的拉伸弹簧。为了获得具有较大初拉力的拉伸弹簧，在卷制时，可以用多次调整扭力的特殊卷制方法。叠绕法就是其中的一种，其绕制方法大致为：先将金属丝在空心心轴上绕制成与所要求的螺旋方向相反的密圈弹簧，并留出一定的金属丝弯头，然后将此带空心心轴的弹簧坯穿入圆柱心轴上，把有弯头的一端插入心轴孔中，再通过夹紧装置形成一定的张力后，向相反的方向密绕，这样就制成了具有较大的初拉力的拉伸弹簧。

　　用不需要淬火的金属丝卷制的密圈弹簧，均具有一定的初拉力，如不需要初拉力，各圈间应留有间隙。

　　扭转弹簧的有心轴卷制也有两种方法：一种是连续卷制，即先卷制成一长串弹簧毛坯，再按工艺尺寸截断成单个毛坯，然后将毛坯端部簧圈展直加工出扭臂。另一种方法是单个卷制，在卷制前留出一端扭臂所需要的用料长度，卷制后剪断时再留出另一端扭臂所需的用料长度，然后加工出扭臂。
 
     3．圆锥、中凸和中凹形等变径螺旋弹簧有心卷制  圆锥螺旋弹簧的有心轴卷制，是在圆锥形心轴上单个卷制的。由于弹簧底部和顶部的回弹量不一样，所以在制作心轴时，应将圆锥角的校正量考虑进去。圆锥角小的心轴，可以不刻制螺旋线沟槽，圆锥角大的心轴，应刻制出与弹簧螺旋线相对应的沟槽，将金属丝卷绕在沟槽中，以保证弹簧的成形精度。
       中凸形和中凹形螺旋弹簧的有心轴卷制，是将金属丝绕在与弹簧形状相同的心轴上绕制成形的。在制造心轴时，其大端和小端回弹量的估算应有所不同。
      中凸形弹簧需用组合心轴卷制。组合心轴是由若干不同尺寸的薄圆片拼合而成，中心穿以销轴或螺栓。弹簧卷制完后，松开销轴或螺栓，将心轴拆卸方能取下工件，图3—3为这种心轴的示意图。中凸形弹簧的心轴结构复杂，制造麻烦，使用不便，尤其是弹簧圈间隙小时更是如此，所以这种弹簧应用较少。

　　中凸形弹簧心轴
 
    中凹形弹簧的心轴是由两半个对称心轴组合而成。其对接方法，可以在心轴中穿以螺栓紧固，也可以采用榫头连接，如图4所示。

    中凹形弹簧心轴

    圆锥、中凸和中凹形螺旋弹簧的有心卷制均较麻烦，在批量生产时，尽可能用自动弹簧机卷制。

    除各种型号国产自动卷簧机外，还有其他型式的万能弹簧机(如电子控制液压自动卷簧机)和专用自动卷簧机(如扭转弹簧自动卷簧机和拉伸弹簧自动卷簧机)。
 
    国外异形弹簧成形机的类型较多，主要机型有德国WAFIOS公司ZO型、FTU型、CNC双头弯曲机BMS系列；法国TC·HP公司的MS型、AT型；  日本奥野MCF系列、CF系列、TFV系列、FM系列。
自动卷簧机有两种不同簧圈成形的基本方法和机构：一种是单顶杆卷簧机；另一种是双顶杆卷簧机。目前，这两种机型仍然在弹簧制造业中广泛应用。

    自动卷簧机工作原理

a)单顶杆卷簧机  b)双顶杆卷簧机

1一导向板  2一心轴  3一顶杆  4一切刀  5一节距块
  
     当弹簧材料经过校直机构(图6)和送料机构(图7)，碰上顶杆前端的槽子时，迫使弹簧材料弯曲变形，弹簧圈是由材料顶住的三个摩擦点而卷绕成形的。对于单顶杆自动卷簧机(图5a)，这三个摩擦点分别是弹簧材料与导向板1、心轴2以及顶杆(即俗称卷簧销)3的切点；对于双顶杆卷簧机(图5b)，这三个摩擦点分别是弹簧材料与导向板1、两个顶杆3接触的切点。在弹簧材料弯曲成簧圈的过程中，金属丝接触到节距块5的斜面。由于自动卷簧机的变距机构使节距块沿着弹簧卷绕成形的轴线方向移动，所以能制成螺旋压缩弹簧的节距。卷制螺旋压缩弹簧并头(支承圈)或螺旋拉伸弹簧时，节距块退向后面，卷簧时，后一圈簧圈靠着已卷好的前一卷而成形。当一只弹簧卷制好后，送料机构停止送料，切刀控制机构迫使切刀4将弹簧切断。如此往复运转就实现了弹簧的自动成形。

     校直机构

1一钢丝导套  2、3一校正滚轮  4一调整手轮  5一压紧螺栓  6一出料孔

　　送料机构

l一滑动轴承座  2一压紧螺栓 3一弹簧片
4一滚轮轴  5一滚轮  6一导板

　　顶杆在弹簧直径变更机构(图8)的控制下，可以前后运动，以调整弹簧的直径或卷制变径螺旋弹簧。

a)单顶杆卷簧机的变径机构  b)双顶杆卷簧机的变径机构

　　当卷制圆柱螺旋弹簧时，因为直径没有变化，不需要变径凸轮，只需在试卷时，用手调整有关手柄，让顶杆固定在适当的位置上。

    当卷制变径螺旋弹簧时，必须有相应的变径凸轮。随着弹簧材料的不断卷成簧圈，变径凸轮也相应转动，以控制顶杆作适当的运动，卷制出所要求的变径螺旋弹簧。

　　卷簧机的变距机构是由变距凸轮驱动的。当要卷制变节距(俗称不等节距)的螺旋压缩弹簧或其他螺旋弹簧时，需用变距凸轮。图9是自动卷簧机变距机构。在变距凸轮2的作用下，通过一套摆杆机构推动节距块3前后运动，以实现卷制变节距的弹簧。

    自动卷簧机变距机构

l一杠杆臂调节螺杆  2一变距凸轮  s一节距块

    从上述卷簧机的卷簧工作原理可以看出：单顶杆自动卷簧机的优点是仅需调整一根顶杆，因此在调换弹簧品种时所费的机床调整时间少，并且能卷制较高初应力的螺旋拉伸弹簧，在左右旋弹簧调换时更显得方便；双顶杆自动卷簧机的优点是心轴不再成为成形簧圈的一个摩擦点，只是起到下料心轴的作用，所以在生产不同直径的弹簧时，不必频繁调换心轴。另外，双顶杆卷簧机三个摩擦点对应的圆心角也比单顶杆的大，因此，卷旋绕比较大的弹簧时较为方便、稳定。但双顶杆自动卷簧机在左右旋弹簧调换时都很麻烦，需要改装整个顶杆调节组件。

    影响卷簧质量的因素是多方面的，例如弹簧材料的抗拉强度、伸长率、弹性模量、屈强比、材料的尺寸精度等级和表面状况，机床设备的精度、辅助工具与金属丝接触部分的摩擦状况、送料长度的精确度以及卷绕速度和操作者的技术水平等。因为这些因素与自动卷簧机运转情况有关，因而，在使用自动卷簧机卷簧时，需要对机床进行精细的调整。具体调整方法可参考机床的说明书。