专利名称：弹簧端头碾尖滚锻模的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种弹簧生产设备，具体地，涉及一种弹簧端头碾尖滚锻模。
背景技术：
弹簧是机械产品中的重要基础元件之一，弹簧的性能质量直接影响着整个设备的运行安全和效率。有关结构设计、材料、生产工艺过程以及服役环境等方面原因而导致弹簧失效的故障分析有许多事例，但从材料工艺角度细致的观测分析并不多见。由于弹簧的种类繁多，应用面广，随着各种新技术、新工艺引入弹簧的生产制造， 弹簧的失效形式、部位也常常表现各异，尽管对具体弹簧的失效分析并不一定具有普遍的指导意义，但找到失效原因，对提高产品质量，避免类似事故发生仍有很强的实用性。弹簧的任意横截面所受的切应力在弹簧内径受力最大，外径受力最小。因此由于设计、材料强度造成的断裂失效，裂纹源往往在弹簧的内侧，在弹簧的第1 3圈处承受的扭转和弯曲应力最大。压缩弹簧往往在第2 3个有效圈处容易发生疲劳断裂而失效。参见图1和图2，现有的弹簧端头碾尖滚锻模一般包括安装在上滚锻轴3上的上滚锻模1和安装在下滚锻轴4上下滚锻模2，上滚锻轴3与下滚锻轴4平行设置，上滚锻模1 的上滚锻面6与下滚锻模2的下滚锻面7均为平滑面，即上滚锻模1的断面的下沿和下滚锻模2的上沿均为直线。这样，通过该现有技术的弹簧端头碾尖滚锻模成形的弹簧端头如图3和图4所示，弹簧端头5的上表面和下表面均为平直面。实践证实，这种形式的弹簧端头5在卷绕形成螺旋弹簧后，容易使得弹簧发生断裂，使得弹簧的工作可靠性大大降低。因此，鉴于现有技术的上述缺陷，需要一种的弹簧端头碾尖滚锻模。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种新型的弹簧端头碾尖滚锻模，以克服现有技术的上述缺陷，使得通过该碾尖滚锻模加工的弹簧端头在弹簧卷绕成形后显著地减少断裂缺陷， 有效地增强弹簧工作的可靠性。上述目的通过如下技术方案实现弹簧端头碾尖滚锻模，包括安装在上滚锻轴上的上滚锻模和安装在下滚锻轴上的下滚锻模，所述上滚锻轴和下滚锻轴相互平行，所述上滚锻模的上滚锻面和所述下滚锻模的下滚锻面彼此相对且间隔设置，其中，所述上滚锻面和下滚锻面上均形成有弧形凹槽。就本实用新型的技术效果而言，采用同批同炉材料，对于相同规格的弹簧在相同的制造工艺进行了疲劳试验对比，其试验的结果大不一样。采用现有技术的弹簧端头碾尖滚锻模进行端圈碾尖的弹簧在相同条件下疲劳试验次数远小于采用本实用新型的碾尖滚锻模进行端圈碾尖加工的弹簧其疲劳试验次数。也就是说，本实用新型的弹簧端头碾尖滚锻模对提高弹簧的使用寿命、减少弹簧的断裂起了一种重大的作用。也就是说，本实用新型的弹簧端头碾尖滚锻模能够显著地减少弹簧的断裂缺陷，延长弹簧的使用寿命，有效地增强弹簧工作的可靠性。本实用新型的碾尖滚锻模适用于各种压缩弹簧的端头碾尖，属于弹簧制造技术领域的一种创新，具有普遍的适用性。
图1为现有技术的弹簧端头碾尖滚锻模的主视示意图，其中显示了弹簧端头正在进行滚锻；图2为现有技术的弹簧端头碾尖滚锻模的侧视示意图；图3为通过现有技术的碾尖滚锻模成形的弹簧端头的主视示意图，其中显示了弹簧的圆形断面；图4为图3的弹簧端头的俯视示意图，其中显示了弹簧端头的断面；图5为本实用新型具体实施方式
的弹簧端头碾尖滚锻模的主视示意图，其中显示了弹簧端头正在进行滚锻；图6为本实用新型具体实施方式
的弹簧端头碾尖滚锻模的侧视示意图；图7为通过本实用新型的碾尖滚锻模成形的弹簧端头的主视示意图，其中显示了弹簧的圆形断面；图8为图7的弹簧端头的俯视示意图，其中显示了弹簧端头的断面。图中1上滚锻模；2下滚锻模；3上滚锻轴；4下滚锻轴；5弹簧端头；6上滚锻面； 7下滚锻面。
具体实施方式
以下结合附图描述本实用新型弹簧端头碾尖滚锻模的具体实施方式
。在描述本实用新型的弹簧端头碾尖滚锻模之前，需要对弹簧断裂的成因进行相应的分析。申请人通过细致地观测了千例弹簧断裂特征来分析失效原因，这些失效原因对于设计新型弹簧端头碾尖滚锻模具有普遍的指导意义。弹簧的断裂原因具体分析如下第一，断口形状。断口上出现裂纹扩展面，根据断口上遗留的裂纹扩展痕迹可判断出两断面的断裂次序主断面一二次断面，主裂纹源位于主断面与磨削面交界线上的中点， 主裂纹自端面起向下扩展，外侧扩展速度较快，内侧扩展速度较慢，当主裂纹前缘扩展至下部边缘时，便引发二次裂纹在二次断面沿箭头所指方向扩展，直至完全断裂。两次断裂均属瞬时断裂。仔细观察还可发现，在靠近断口的磨削面上还出现了许多径向表面微裂纹，这些微裂纹的方向与该处的磨削方向垂直，与主断面约成45°角。第二，断口分析。弹簧的断裂部位均出现在端面上第一圈与第二圈并圈附近，弹簧的支承圈和过渡圈在工作状态下形成局部点接触而不是线接触，运行中因接触磨损而产生的磨损平面与弹簧材料的外圆面形成锐角，导致应力集中在一点，从而形成疲劳裂纹源，因此如解决接触磨损问题，弹簧接触磨损断裂现象完全可以解除。第三，端面磨削分析。弹簧断裂是由磨削加工不当在磨剂端面下亚表层产生了开裂带，弹簧承载时在正应力的作用下发生了脆性断裂。经金相组织观察，在断口附近的磨削面上沿周向垂直于表面微裂纹截取一金相试样，经抛光，4%硝酸酒精溶液浸蚀后置于扫描电镜下观察金相组织及表面裂纹。观察发现靠近磨削面的微裂纹粗而宽，内含一些氧化物杂质，这些微裂纹沿晶界曲折向内延伸变细，微裂纹总深度约为0。15mm，这些微裂纹是典型的磨削裂纹。[0023]第四，应力分析。弹簧是在改造时意外的冲击载荷形成应力峰，引起振动，靠近端部首先受力，且来不及将载荷传递到该簧其它圈上，引起超许用应力，长期工作状态下靠近端部的接触部分容易发生疲劳断裂而失效。第五，工作状态分析。由于横向位移超过材料的极限值，引起超许用应力。在垂向位移和横向位移共同作用下，1 1. 2圈的位置为弹簧最大受力点，但又不能迅速而又有效地将载荷传递给其它圈弹簧，所吸收的冲击能量最多，同时这几圈比其它各圈的压缩量更要大。另外，弹簧的端部形状不同，在第1 3圈处承受的扭转和弯曲应力也不同的，工作状态下靠近端部的接触部分容易发生疲劳断裂。根据上述分析，弹簧断裂的部位与端部支承圈和有效圈相靠近，随着工作行程的增加，载荷的加大，螺旋角的变小，有效圈数的减少，弹簧刚度的增大，弹簧端部支承圈逐渐变硬，使得端部支承圈与有效圈相接触而发生磨损断裂。针对以上的种种原因分析，90% 的弹簧的断裂几乎都是在靠近端部的有效圈上断裂。这就反映出弹簧接触线的重要性。特别是在弹簧端圈碾尖过程中，如果不考虑弹簧的接触线和碾尖形式，那么弹簧的第一圈与第二圈在工作状态下如果不是线接触而是形成局部点接触，那么在这种情况下弹簧极易发生疲劳断裂。在上述理论分析的指导下，申请人开发出一种新型的弹簧端头滚锻模。参见图5 至图6，本实用新型的弹簧端头碾尖滚锻模包括安装在上滚锻轴3上的上滚锻模1和安装在下滚锻轴4上的下滚锻模2，所述上滚锻轴3和下滚锻轴4相互平行，所述上滚锻模1的上滚锻面6和所述下滚锻模2的下滚锻面7彼此相对且间隔设置，其中，所述上滚锻面和下滚锻面上均形成有弧形凹槽。众所周知地，上滚锻轴3和下滚锻轴4由驱动机构驱动旋转，弹簧端头5伸入上滚锻面6和下滚锻面7之间进行滚锻碾尖作业，如图5所示。由于本实用新型的上滚锻面6和下滚锻面上均形成有弧形凹槽，形成弹簧端头5 成形，其形状可以参见图7和图8，从中可以看到弹簧端头5的上表面和下表面成形为弧形表面。这种弹簧端头在卷绕形成弹簧时，可以使得弹簧端头与其邻近的弹簧圈形成线接触， 而不像现有技术那样形成不均勻的点接触。由上可知，由于通过本实用新型的碾尖滚锻模成形的弹簧端头，其上表面和下表面为弧形表面，在卷绕呈弹簧后，该弹簧端头形成的端面圈可以与相邻的有效弹簧圈形成良好的接触线，从而可以有效地消除弹簧的断裂现象。为了验证本实用新型弹簧端头碾尖滚锻模的技术效果，可以采用同批同炉材料，对于相同规格的弹簧在相同的制造工艺进行了疲劳试验对比，其试验的结果大不一样。例如对于采用Si-Cr合金钢制成的螺旋弹簧(外径30mm，内径24mm，长度80mm，圈数20)而言，采用现有技术的弹簧端头碾尖滚锻模进行端圈碾尖的弹簧在相同疲劳测试载荷条件下(例如250kN弯曲载荷)疲劳试验次数 < 1.2X106，而采用本实用新型的碾尖滚锻模进行端圈碾尖加工的弹簧其疲劳试验次数 ^ 2X106以上。对比之下可以看出本实用新型的弹簧端头碾尖滚锻模对提高弹簧的使用寿命、减少弹簧的断裂起了一种重大的作用。也就是说，本实用新型的弹簧端头碾尖滚锻模能够显著地减少弹簧的断裂缺陷，延长弹簧的使用寿命，有效地增强弹簧工作的可靠性。本实用新型的碾尖滚锻模适用于各种压缩弹簧的端头碾尖，属于弹簧制造技术领域的一种创新，具有普遍的适用性。[0030] 在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本实用新型所公开的范围之内。同时，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。此外，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。本实用新型的保护范围由权利要求限定。
权利要求1.弹簧端头碾尖滚锻模，包括安装在上滚锻轴(3)上的上滚锻模(1)和安装在下滚锻轴(4)上的下滚锻模(2)，所述上滚锻轴(3)和下滚锻轴(4)相互平行，所述上滚锻模的上滚锻面(6)和所述下滚锻模的下滚锻面(7)彼此相对且间隔设置，其特征是，所述上滚锻面和下滚锻面上均形成有弧形凹槽。
专利摘要弹簧端头碾尖滚锻模，包括安装在上滚锻轴(3)上的上滚锻模(1)和安装在下滚锻轴(4)上的下滚锻模(2)，所述上滚锻轴(3)和下滚锻轴(4)相互平行，所述上滚锻模的上滚锻面(6)和所述下滚锻模的下滚锻面(7)彼此相对且间隔设置，其中，所述上滚锻面和下滚锻面上均形成有弧形凹槽。本实用新型的弹簧端头碾尖滚锻模能够显著地减少弹簧的断裂缺陷，延长弹簧的使用寿命，有效地增强弹簧工作的可靠性。本实用新型的碾尖滚锻模适用于各种压缩弹簧的端头碾尖，具有普遍的适用性。
文档编号B21J13/02GK202052898SQ201120029880
公开日2011年11月30日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者唐柏芬, 巩曰道 申请人:扬州恒旺五金机械有限公司