圆柱螺旋弹簧

1 主题内容与适用范围

木标准规定丁小型圆柱螺旋弹簧的技术要求、试验方法和检验规则。

本标准适用于圆截面圆柱螺旋压缩、拉伸和扭转弹簧(以下简称弹簧)。弹簧材料的截面直径小于0．5 mm。

本标准不适用于特殊性能的弹簧。

2 引用标准

GB 191 包装储运图示标志

GB 1239．5 圆柱螺旋弹簧抽样检查

GB 1805 弹簧术语

GB 2828 逐批检查计数抽样程序及抽样表(适用于连续批的检查)

GB 3123 硅青铜线

GB 3124 锡青铜线

GB 3134 铍青铜线

GB 4357 碳素弹簧钢丝

GB 4358 琴钢丝

GB 4459．4 机械制图 弹簧画法

GB 4879 防锈包装

GB 6543 瓦楞纸箱

YB(T) 11 弹簧用不锈钢丝

3 技术要求

3．1 产品应符合本标准的要求，并按经规定程序批准的产品图样及技术文件制造。

3．2 极限偏差的等级

弹簧特性与尺寸的极限偏差分为1、2、3三个等级。各项目的等级应根据使用需要分别独立选定，并在图样上注明，未注明的则由制造厂从标准中选定。

3．3 压缩和拉伸弹簧的弹簧特性及其极限偏差

3．3．1 弹簧特性

压缩(或拉伸)弹簧的弹簧特性为指定高度(或长度)的负荷或刚度。

3．3．1．1 在指定高度(或长度)的负荷下，弹簧的变形量应在试验负荷时变形量的20％～80％之间。

试验负荷Ps：测定弹簧特性时在弹簧上允许承载的最大负荷。

试验应力τs：测定弹簧特性时在弹簧上允许承载的最大应力。

3．3．1．2 弹簧刚度在特殊需要时采用，其变形量应在试验负荷下变形量的30％～70％之间。

3．3．1．3 指定高度(或长度)时的负荷和刚度不得同时考核。

3．3．2 弹簧特性的极限偏差

3．3．2．1 指定高度(或长度)时负荷的极限偏差见表1。

3．3．2．2 刚度的极限偏差见表2。

3．4 尺寸及其极限偏差

3．4．1 弹簧外径(或内径)

弹簧的外径和内径不得同时考核，其极限偏差均按表3规定(弹簧的外径为D2，中径为D，内径为D1)。

3．4．2 压缩(或拉伸)弹簧自由高度(或长度)、扭转弹簧扭臂长度的极限偏差按表4规定。当图样规定测量压缩(或拉伸)弹簧指定高度(或长度)下两点或两点以上负荷时，则压缩(或拉伸)弹簧自由高度(或长度)不予考核。

3．4．3 扭转弹簧的自由角度

有特性要求的扭转弹簧，其自由角度不予考核。无特性要求时，自由角度的极限偏差按表5规定。

3．4．4 拉伸弹簧钩环开口尺寸的极限偏差按表6规定。

3．4．5 压缩弹簧总圈数和拉伸弹簧有效圈数

3．4．5．1 压缩弹簧的总圈数与有效圈数之差应大于或等于2。当指定弹簧特性时，总圈数为参考值。不指定弹簧特性时，总圈数的极限偏差按表7规定。

3．4．5．2 拉伸弹簧在保证两钩环开口位置情况下，有效圈数为参考值。有特殊要求时，由供需双方商定。

3．4．6 压缩弹簧的垂直度

对高径比不大于5的两端面经过磨削的压缩弹簧，在自由状态下，两端面对外廓素线的垂直度的公差值按表8规定。

3．4．7 压缩弹簧的节距

等节距压缩弹簧当压缩到全变形量的80％时，其正常节距圈不得接触；不等节距压缩弹簧的工作圈，在压缩变形时应逐次增加接触圈数。

3．4．8 压并高度

压缩弹簧的压并高度原则上不指定。但是对两端面经磨削约0．75圈的弹簧，当需要压并高度时用下式求得的值指定为最大值：

式中：Hb——压并高度，mm；

n1——总圈数；

dmax——材料最大直径＝材料直径+材料直径的上偏差。

3．4．9 永久变形

3．4．9．1 压缩(或拉伸)弹簧被压缩<或拉伸)至试验负荷位置时，其永久变形量不得大于0．05 mm。

3．4．9．2 扭转弹簧被扭至许用弯曲应力所对应的角度时，其永久变形量不得大于1°。

3．4．10 端面磨削

当材料直径大于0．3mm时，两端面如需磨削，磨削平面部分不得小于0．75圈，表面粗糙度最大值为Ra 25μm。

3．4．11 根据使用单位需要，允许对弹簧特性、外径(或内径)、压缩弹簧的自由高度、拉伸弹簧的自由长度和扭转弹簧的扭臂长度等的极限偏差不对称使用，其公差值应符合本标准的规定。

3．5 表面质量

弹簧表面应光滑，不允许有裂纹、锈蚀等缺陷，不允许有深度超出材料直径公差之半的个别压痕、凹坑和刮伤。

3．6 材料

3．6．1 弹簧材料一般应按GB 4357、GB 4358、GB 3134、YB(T)11、GB 3123和GB 3124选取，也可选用供需双方在合同中规定的其他材料。

3．6．2 弹簧材料的质量应符合相应的材料标准及合同中附加的有关规定。

3．6．3 弹簧材料必须有材料制造厂的质量证明书，并经弹簧制造厂复验合格后方可使用。

3．7 热处理

弹簧在成形后必须进行去应力退火的处理，其硬度不予考核。用淬火冷硬铍青铜线卷制的弹簧应进行时效处理。

3．8 表面处理

应根据需要在产品图样中注明对弹簧表面处理的要求。凡镀层为锌、铜、铬、锡时，电镀后应进行去氢处理。

3．9 其他要求

根据需要，使用单位可对弹簧规定下列要求：

a． 立定强压处理；

b． 疲劳试验、模拟试验。

3．10 如有其他特殊技术要求，由供需双方在合同中规定。

4 试验方法

4．1 永久变形

在弹簧试验机或专门试验装置上进行。

4．1．1 将压缩(或拉伸)弹簧压缩(或拉伸)至试验负荷位置连续三次，测量其中第二次和第三次压缩(或拉伸)后的自由高度(或长度)的变化值。以此变化值作为压缩(或拉伸)弹簧的永久变形量。

4．1．2 将扭转弹簧扭转至许用弯曲应力所对应的扭转角度连续五次，测量其中第四次和第五次扭转后自由角度的变化值。以此变化值作为扭转弹簧的永久变形量。

4．2 弹簧特性

4．2．1 在精度不低于1％的弹簧试验机上测试。压缩(或拉伸)弹簧特性的测试是将弹簧一次性压缩(或拉伸)到试验负荷后进行。

4．2．2 指定高度(或长度)时的负荷

测试高度(或长度)按产品图样规定。经负荷分组的弹簧根据所分的组别进行测试。

4．2．3 刚度

刚度的数值按试验负荷时变形量的30％～70％之间的两点的负荷差与变形量差之比来确定。

4．3 外径(或内径)

用读数值为0．02mm的游标卡尺测量。图样标注外径或中径尺寸的测量外径，标注内径尺寸的测量内径。

4．4 压缩弹簧自由高度和拉伸弹簧自由长度

用读数值为0．02mm的游标卡尺测量弹簧的最高点(或最长点)。当弹簧自重影响自由高度(或长度)时，可将弹簧横置进行测量。

4．5 扭转弹簧的自由角度

用样板或通用量具测量。

4．6 拉伸弹簧钩环开口尺寸

用读数值为0．02mm的游标卡尺测量弹簧钩环开口尺寸。

4．7 压缩弹簧总圈数

采用目测。

4．8 垂直度

用二级精度平板、三级精度宽座角尺和100μm塞尺测量。在无负荷状态下，将被测弹簧竖直放在平板上，贴靠宽座角尺，自转一周，同时用塞尺测量取大值；再按此法测量弹簧的另一端面，将两端面垂直度误差中的较大值作为弹簧的垂直度误差，如下图。

4．9 压缩弹簧的节距

在相应的弹簧试验机上将弹簧压至全变形量的80％，弹簧在正常节距圈(n—1)范围内不应接触，必要时可用透光法检查。

4．10 端面粗糙度

采用目测。

4．11 表面质量

采用目测或用5倍放大镜检查。

4．12 疲劳试验、模拟试验

在弹簧疲劳试验机上或模拟试验机上进行，试验参数应符合图样中的有关规定。

4．13 如对试验方法有特殊要求时，由供需双方在合同中规定。

5 检验规则

5．1 压缩、拉伸和扭转弹簧的检验项目见表9。

5．2 各检验项目的检验方法按第4章的有关规定进行。

5．3 弹簧抽样检验的其余方法和程序均按GB 1239．5的规定进行。

5．4 供需双方也可按GB 2828的规定确定合格质量水平和抽样方案。

6 标志与包装、运输与贮存

6．1 弹簧在包装前应清洗干净，并进行防锈处理，然后按GB 4879的规定进行防锈包装。

6．2 防锈包装后的弹簧应装入外包装箱内，并用塑料捆扎带或包装用钢带将包装箱捆紧。外包装箱可采用符合GB 6543或有关普通木箱标准规定的双瓦楞纸箱或普通木箱。

6．3 包装箱内应附有产品合格证，合格证包括下列内容：

a． 制造厂名称；

b． 产品名称、机型及零件号；

c． 制造日期或生产批号；

d． 技术检查部门签章。

6．4 在外包装箱表面适当位置上，根据GB 191的要求喷刷包装储运图示标志，同时还应标明以下内容；

a． 制造厂名称、商标及厂址；

b． 产品名称、机型及零件号；

c． 件数；

d． 毛重；

e． 收货单位及地址；

f． 出厂日期。

6．5 产品应贮存在通风和干燥的仓库内。在正常保管情况下，自出厂之日起12个月内不应锈蚀。

6．6 对标志包装、运输与贮存有特殊要求的，应由使用单位和制造厂商定。

圆柱螺旋弹簧根据受力性质，有三种类型：

1. 圆柱螺旋压缩弹簧

1）端部结构形式

YI型：两个端面圈均与邻圈并紧，并在专用的磨床上磨平；

YII型：加热卷绕时弹簧丝两端锻扁且与邻圈并紧(端面圈可磨平，也可不磨平)；

YIII型：两个端面圈均与邻圈并紧不磨平

在重要的场合，应采用YI型，以保证两支承端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。弹簧丝直径d≤0.5mm时，弹簧的两支承端面可不必磨平。d>0.5mm的弹簧，两支承端面则需磨平。磨平部分应不少于圆周长的3/4。端头厚度一般不小于d/8，端面粗糙度应低于

2）死圈

弹簧的两个端面圈与邻圈并紧(无间隙)，只起支承作用，不参与变形，故称为死圈。当弹簧的工作圈数n≤7时，弹簧每端的死圈约为0.75圈；当n>7时，每端的死圈约为1～1.75圈。

3）弹簧各圈间距

设弹簧的节距为p；弹簧丝的直径为d；在自由状态下各圈之间应有适当的间距δ。为了使弹簧在压缩后仍能保持一定的弹性，还应保证在最大载荷作用下，各圈之间仍具有一定的间距δ1。δ1的大小一般推荐为:δ1=0.1d≥0.2mm

3、螺旋扭转弹簧

扭转弹簧，为了便于联接、固着及加载，两端制有杆臂：

2．圆柱螺旋拉伸弹簧

1）端部挂钩型式

拉伸弹簧为了便于联接、固着及加载，两端制有挂钩。

LI型和LII型挂钩制造方便，应用很广。但因挂钩过渡处产生很大弯曲应力，故只宜用于弹簧丝直径d≤l0mm的弹簧中。

LVII、LVIII型挂钩不与弹簧丝联成一体，故无前述过渡处的缺点，而且这种挂钩可以转到任意方向，便于安装。在受力较大的场合，最好采用LVII型挂钩，但它的价格较贵。

2）有预应力的拉伸弹簧

圆柱螺旋拉伸弹簧空载时，各圈应相互并拢。另外，为了节省轴向工作空间，并保证弹簧在空载时各圈相互压紧，常在卷绕的过程中，同时使弹簧丝绕其本身的轴线产生扭转。这样制成的弹簧，各圈相互间即具有一定的压紧力，弹簧丝中也产生了一定的预应力，故称为。这种精密弹簧一定要在外加的拉力大于初拉力F0后，各圈才开始分离，故可较无预应力的拉伸弹簧节省轴向的工作空间。

(二) 圆柱螺旋弹簧制造

螺旋弹簧的制造工艺包括：a)卷制；b)挂钩的制作或端面圈的精加工；c)热处理；d)工艺试验及强压处理。

卷制是把合乎技术条件规定的弹簧丝卷绕在芯棒上。大量生产时，是在万能自动卷簧机上卷制；单件及小批生产时，则在普通车床或手动卷绕机上卷制。

卷制分冷卷及热卷两种。冷卷用于经预先热处理后拉成的直径 d<(8～10)mm的弹簧丝；直径较大的弹簧丝制作的强力弹簧则用热卷。热卷时的温度随弹簧丝的粗细在800～1000℃的范围内选择。不论采用冷卷或热卷，卷制后均应视具体情况对弹簧的节距作必要的调整。

弹簧在完成上述工序后，均应进行热处理。热处理后的弹簧表面不应出现显著的脱碳层。冷卷后的弹簧只作回火处理，以消除卷制时产生的内应力。

此外，弹簧还须进行工艺试验和根据弹簧的技术条件的规定进行精度、冲击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合技术要求。要特别指出的是，弹簧的持久强度和抗冲击强度，在很大程度上取决于弹 簧丝的表面状况，所以弹簧丝表面必须光洁，没有裂纹和伤痕等缺陷。表面脱碳会严重影响材料的持久强度和抗冲击性能。因此脱碳层深度和其它表面缺陷应在验收弹簧的技术条件中详细规定。重要的弹簧还须进行表面保护处理(如镀锌)；普通的弹簧一般涂以油或漆。

对于重要的弹簧，还要进行强压处理。强压处理是使弹簧在极限载荷作用下受载持续6～48h，以便在弹簧丝截面的危险区产生塑性变形和残余应力。由于残余应力与工作应力符号相反，因而强压处理过的弹簧最大工作应力较小，一次强压处理可提高弹簧静载的承载能力25%。若经喷丸处理可提高20%。但用于长期振动，高温和腐蚀性介质中的弹簧，以及一般用途的弹簧不宜采用这种强化工艺。

螺旋拉伸、弹簧加工制造，目前除少数制造厂在引进国外CNC数控弹簧成形机上一次自动成形加工各种式样的拉伸、扭转弹簧外。绝大多数制造厂仍采用传统的加工方法来制造，现分别作一简单的介绍。

1、螺旋拉伸弹簧。其工艺与螺旋压缩弹簧基本相同，不同的只是端部的钩环加工，拉伸弹簧的成形方法如下：

1）用与螺旋压缩弹簧相同的方法，卷绕成形后进行去应力退火，再进行钩环加工，除特殊形状的钩环或要求初拉力很高的螺旋拉伸弹簧用车床有心卷制或手工卷制外，大部分的弹簧是用自动卷簧机卷制。

2）用直尾卷簧机卷制。它是一种心轴垂直的立式有心卷簧机。卷制后进行去应力退火，然后进行钩环加工。 螺旋拉伸弹簧的端部结构形式很多，加工方法也很多。常用的有：小型弹簧使用钳子式的专用工具或专用工艺装置进行手工加工；普通的螺旋拉伸弹簧则以弯钩器或模具用手动或自动的操作方法进行加工；长臂钩环的拉伸弹簧，一般是卷绕时留出拉钩所需料长，或者是卷制后留出加工所需的圈数，用拉直工具将两端拉直，然后用专用工具弯制钩环。 去应力退火的工艺规范如前所述。五金弹簧卷制好后先进行去应力退火，然后再切断和进行钩环加工，钩环加工完毕后，一般再要进行了1～2次的去应力退火。为了防止两钩环的相对角度发生变化，故在去应力退火时要使钩环加工完毕后的温度比卷制好后的温度低20～30°C。 螺旋拉伸弹簧一般不进行抛丸和强拉处理。

2、螺旋扭转弹簧。其工艺和螺旋压缩、拉伸弹簧基本相同，不同的也嵌瞬康募庸ぁ?在小批量生产和扭臂比较复杂的情况下，多数采用手工或半自动的有心轴卷簧法成形，然后用工装夹具将扭臂按图样要求进行加工。在大批量生产时，则可在直尾卷簧机和扭簧专用机上卷制，扭臂不能按图样完成的，再分工序用工装、夹具来加工。 根据螺旋扭转弹簧的特点，在设计和制造时，还应注意以下两点：

1） 螺旋扭转弹簧端部扭臂在制造时应一次弯曲成形，避免加工疵病和校正整形加工。扭臂加工完后应进行第二次去应力退火；

2） 目前的螺旋扭转弹簧多为密圈，这样在弹簧圈之间就产生了相当于拉伸弹簧的初拉力类似的压紧力，在加载和卸载时会产生摩擦力而出现滞后现象，当加载与旋向相同或圈数增加时，这种倾向增加；另外也给表面处理工序带来困难。因此在设计和成形时，弹簧圈间应稍留间隙。 在大量生产中，制造厂在有条件的情况下，对螺旋拉伸、扭转弹簧的展开、折弯、弯钩等工序可采用液压、气动等方法去加工。