《机械设计基础》PDF版分享 高校机械专业教材By魏兵

卷簧是弹簧卷制成形的简称。卷簧是弹簧制造的第一道工序，也是重要的工序，卷制的精度对整个制造过程起着极为重要的作用，它基本上决定了弹簧的几何尺寸和特性以及材料的利用率。

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卷簧机和无心轴卷簧机卷制弹簧。

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。

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。

下面，就常见的几部典型工艺流程予以介绍。

1．用冷拔弹簧钢丝制造压缩螺旋弹簧

图5-10是用冷拔弹簧钢丝制造压缩螺旋弹簧的基本工艺流程。其中，虚线框中的工序为非固定工序，是否进行取决于弹簧的性能要求和生产厂的客观条件。

对于车床卷簧，在卷簧工序后须经切断工序，把一次卷成的几个连在一起的弹簧分离成单个弹簧。

有些重要的弹簧，在磨削端面之前，可增加一道毛坯高度分类工序，以保证磨削质量。也可将磨削工序分为粗磨和精唐两道工序，并在粗磨后进行去毛刺或倒角。

2．用冷拔弹簧钢丝制造拉伸螺旋弹簧

拉伸螺旋弹簧的制造，国外已有专门的自动卷簧机，对于一些典型钩环，可以在卷簧工序一次完成。但是，在国内，目前尚未生产这种机床。拉伸弹簧钩环是用一些专用模具来制造，是一道专门工序。图5-11介绍的是拉仲螺旋弹簧的基车工艺流程。

值得注意的是，卷簧后的去应力回火工序是消除卷绕过程中产生的残余应力，而钩环制作后的回火工序，则是为了消除制作钩环时产生的内应力。虽然这两道工序都有消除内应力的作用，但不能合并为一道工序，因为前一道回火工序兼有“定形”作用，以确保钩环的相对位置精度。并且后一道回火工序的加热温度一定不能高于前一道的回火温度。

不象压缩弹簧，拉伸弹簧一般不进行“强拉”处理。由于丸粒难于喷到弹簧内表面，故也不进行喷丸处理。

3．用冷拔弹簧钢丝制造扭转螺旋弹簧

与拉伸弹簧类似，扭转螺旋弹簧的制造，国外也有专门的自动卷簧机，对于一些典型扭臂，可以在卷簧工序一次完成。但是，国内目前只有直尾卷簧机，扭臂必须用专门的模具，在专门的工序上完成。

目前，国内生产扭转螺旋弹簧的典型工艺流程有两种，一种是先定尺下料，然后再进行卷簧等其它工序，如双臂扭簧的工艺流就属此例(图5-12)；另一种是类似拉簧的工艺流程，只是不同于：拉簧是制作钩环，而扭簧则是制作扭臂（图5-13）。

由于在卷簧时产生的残余应力与工作应力的方向相反，所以也经常省略回火工序，以让这些有益的残余应力削减工作应力的峰值。但是，回火处理有利于使弹簧材料的晶粒结构稳定，并可减少弹簧扭臂在运输等过程中因碰撞而引起的变形。

强扭处理也是对极少数特殊扭簧而安排的工序。

4．用退火状态供应的弹簧钢丝制造螺旋弹簧

退火状态供应的合金弹簧钢丝主要用来制造压缩螺旋弹簧，它的工艺流程与上述不同的主要是成型后要进行淬火、回火处理，制造弹簧端部时而需经正火处理，其它工序基本相同。

5．热卷大弹簧的工艺流程

材料直径大于12mm的弹簧，常称为大弹簧，一般是用热成型方法制造。热卷大弹簧基本上是压缩螺旋弹簧，其基本工艺流程见图5-14。

热卷弹簧都是有芯卷簧。对于卷制圆锥螺旋压缩弹簧，由于在卷制时“开档”（卷出节距来）困难，故在校正工序中，兼有开档的任务。另外，为保证淬火温度，校正工序一定要动作准确迅速。否则，淬火时必须重新加热。为提高热卷弹簧的疲劳寿命，有条件时，应尽可能进行喷丸处理。

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钢板弹簧是由多片弯曲的金属钢板组合而成，它是汽车悬架的弹性元件，一般用在卡车和重型车上，他能承受车轮对车架的载荷冲击来削减车身的剧烈震动，从而保持车辆行驶的平稳性。那么钢板弹簧是如何制造的呢？

第一、首先，将具有弹性的合金钢板用工业剪刀剪成不同的长度，然后迅速加热煮钢板的末端，再将主钢板受热的末端放到机器中，机器顺着模具将钢板的末端弯曲，制造出可以把弹簧装在汽车上的钓饵，用同样的方式把主钢板的另一端也做出钓饵。随后，工人将另一条钢板的末端弯曲呈C字形，它的长度要比主钢板长，它会覆盖在主钢板的外围，起到保护主钢板和钓饵的作用。再把钢板切入由衷，并通过融入回火强化他们的印度。接着把弹簧钢板放到运输设备上，将他送去进行喷丸处理，喷丸能改变弹簧表面的张力来进一步增强钢板弹簧的强度。

第二、接下来工人开始组装钢板弹簧，先用钢针穿过主钢板和外围钢板的中心来对接每一块长度不一的钢板，这样的设计能让钢板弹簧更具有弹性。然后把组装好的弹簧放到液压设备上，再放入另一个能让钢板更好对其的钢钉。接着启动液压设备，把钢板挤压在一起，这样的加工方式可以保证工人在取走钢钉并螺栓凝结后，弹簧片仍处于受压的状态。随后工人敲击安装在特定位置的钢片，让他紧紧的贴合钢板，钢片会收紧钢板并将它包裹着，防止他们扭曲移动。

第三、接下来用另一台呀设备对钢板弹簧施加压力，来测试弹簧实际能承受的压力。接着工人用标尺对施加压力后的弹簧进行评估，看是否符合要求。最后把符合要求的钢板弹簧放进黑色的涂料池，等他们都涂上颜色后，颜色一致的钢板弹簧就制作完成。这些黑色的钢板弹簧就可以和汽车底盘上的其他设备一起工作，为汽车在颠簸的道路上提供有效的缓冲支持。

链锯是如何制造的？它又是如何锯开粗壮的硬木却不会伤到伐木的工人？

第一、链锯是由上百个活动的部件组成，其中轻型活塞驱动着坚韧的祛皱，祛皱为三排链条提供动能，让他以时速110公里的速度运转。在最外层的链子上有33个锋利的切齿，它可以锯开最坚硬的树木。在链条周围的这块扁平金属导板是练车的力量核心，它要支撑的急速运转的链条，并且还要足够的轻。为了减轻导板的重量，工人会以一种特殊的方式来打造导板。首先机器会取两片实心金属块，将它们叠在一起，让中间形成空心的洁面。然后将导板送进大型，很接近1.8万伏特的电力会用金属块融合在一起。中空的结构让这块导板比实心的更轻，硬度却和实心导板一样坚固。接着在导板的末梢安装一枚齿轮，齿轮会在轴承上旋转，让链条平稳的运转，导板制作完成后，接下来就是锯链的设计。

第二、锯链主要由三排独立的坚固链条组成。这也正是他强打切割速度的秘密。为了获得最大的稳定性，中间链条的底部被勾子固定在导板上，坚韧的链轮齿将发动机的动量传送给链条，外侧的两排链条上布满了镀铬的硬化钢切齿，它每秒可以切割500字。要让教练发挥最大的作用，那么就需要配上强大的发动机。发动机付为例的奥秘在于其组装方式。

第三、首先，大型自动车床将固态金属切割成发动机的部件，祛皱会将活塞的上下运动转变为驱动轴的旋转运动。活塞的每次启动都会给曲轴带来巨大的压力，为了能让驱轴承受这样的压力，要将整批曲轴放进巨大的火炉中加热，炉子会加热到1800摄氏度，区轴在经过长达六小时的烘烤后，现在它们的硬度是普通钢材的三倍。接下来工人就把组成发动机的297个独立零件组装起来，组装好的成品11台结实的单缸机器，其功率质量要胜过超级跑车。拥有这样的威力，如果链锯反弹病机操作者，这是致命的，所以在发动机罩的下面藏着一个精巧的断电设计。

第四、在锯子的顶部，一个活动护手盘与弹簧笔相连，它能促使一条钢带紧紧夹住附着于主驱动链轮上的金属鼓轮，让练车在一秒内停下。当链锯回弹操作者的手腕，将护手盘向前推，链锯就会完全停止运转。但是，长期使用链锯会面临另一个问题，那就是引擎产生的持续震动。为了解决这个问题，就需要安装上防震弹簧。这些弹簧将操作者持握的把手与链锯主体相连，他们就像汽车里的选角，有助于消除在切割时手部受到的震动，同时也提升了链锯的使用体验。

你知道床垫工厂是如何制作多弹簧的床垫的吗？

第一、首先刚才制作好的钢条会通过这个16米长的拉丝机，机器会把5.5毫米厚的钢条压缩到1.3毫米，当当条进入到拉丝机时，首先会穿过比钢丝小一点的模具，接着穿过多个越来越小的模具，最终制作成1.3毫米的钢丝，拉丝后的钢丝会被送到弹簧生产区，在这里钢丝会被送进独立卷线机中，这台机器会把钢丝盘绕在纺轮上，出来后就变成了弹簧，这个过程只需要一秒的时间，而每张床垫里面都会有1100个这样的弹簧。这里是床垫制作车间，这台机器会把弹簧装进聚乙烯布料中，这种布料不但防水还很耐用。接着，超声波封装机会把弹簧包装成一排排独立的包装，封装好的弹簧会被运送到粘合区，在这里他们会以34个为一组整齐的排放在一起，然后粘连在一块。机器每五分钟就可以制作一套。

第二、这里是床垫装配区，这是工厂的中心区域，有150名工人在这里工作，为了支撑弹簧的核心，他们需要用钉枪在床垫上安装一个金属框架。这里是生产床垫上面的入套车间，这里有八台喷气式纺织机，这种喷气式纺织机要比传统的纺织机快上47%天就可以制作出1.5万米的入头。纺织机会将阻燃粘胶纤维纺在一起，为床垫提供完美的保护套，纺织好的褥套会送到缝制区，在这里褥套会被加工成这种保护床垫的边框，工人会在上面顶上18个金属通气孔，这些气孔的作用是让床垫可以呼吸。镜头回到床垫制作车间，加工好的边框会被工人缝在床垫的周围。首先他们会在上面放置一层海绵，为了更好的固定弹簧，他们需要用长针手工缝制，等待缝制完成后，他们会往床垫上面铺两张为弹簧床垫，这两层弹簧床垫一共有5000多个小弹簧，现在这张床垫的弹簧总数已经超过12000个。

第三、接着他们又在上面放上了一层特制的纤维，这种纤维不仅可以去异味，还能消除湿气。剪羊毛我们都见过，那你知道又黄又脏的羊毛是如何制作成柔软舒适的床垫吗？首先，羊毛会在80度的机器中进行清洗，这个温度可以清除羊毛上面顽固的尘土。接着再进行第二次清洗，这次会用洗涤剂把上次残留下的污渍全部清洗掉。在通过多次清洗后的羊毛来到了漂洗环节，在这个过程中，原本脏兮兮的羊毛会变成雪白色，最后通过一段十米长的吹风机就可以送到工厂，这里是床垫厂的填充车间。首先羊毛被放进了分拣机中，混合在一起的羊毛在这里会由一个包满尖刺的传送带挑拣。接着来到梳毛环节，机器中的金属尺会不停的旋转，最后制作成一张连续的网状织物。

第四、接着每六层羊毛会被折叠在一起，为了防止羊毛散架，他们会用满是倒刺的钉床将羊毛穿一点，这样它们就会变得更加密集。最后再把它裁剪成床垫的尺寸。制作好的羊毛垫会被放在床垫上，接着在上面铺上一张被套，就可以进行下一道工序。工人把重达130斤的床垫放进了液压机里面，当机器开动后，床垫从27厘米压制成了12厘米，接着他们会按照固定的距离把固定链条放进去。最后工人会用特制的机器把床垫的顶部和四周缝合起来。从钢调到现在的床垫时间已经过去了四个多小时，这些制作好的床垫会被配送到世界各地。

2,座位弹簧,不易变形的，弹性大的高碳钢。65刚

3,大梁,Al合金或者塑料。

4,链条罩,易弯曲，不易锈的金属。1Cr18Ni9

5,前轴，耐磨损的硬度大的高碳钢。GCr15.。。。仅供参考

1.凸轮轴正时链条机构部件及装配示意图

1、5、7—螺栓；2-链条张紧器(在弹簧压力下，拆卸前必须使用定位销)；3-正时链条张紧轨；4、14—导向螺栓；6-控制阀；8—垫圈；9-承重桥；10，13—凸轮轴正时链条的滑轨；11—凸轮轴室盖；12—凸轮轴正时链条(拆卸前用彩笔标出旋转方向)；15-链轮

2.拆卸和安装凸轮轴正时链条机构的步骤和注意事项

3.平衡轴正时链条机构

1，10—螺栓；2-平衡轴；3-平衡轴管；4-链条张紧器；5缸缸体；6—平衡轴；7-O型圈；8—支撑轴销；9.17—链轮；11—带垫圈的螺栓；12—正时链条滑轨；13—导向螺栓；14—张力轨；15、19—导向螺栓；16—正时链条；18—滑轨

4.拆卸和安装平衡轴正时链条机构的步骤和注意事项

5.拆卸和安装进气凸轮轴平衡轴的步骤和注意事项

内容来自汽车维修技能全过程图解(第二版)

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