袁存波，侯志堅(jiān)，邢向濤，王 偉，李計(jì)良

（1.山東開(kāi)泰拋丸機(jī)械股份有限公司，山東濱州 256217；2.濟(jì)南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250022）

1 前言

彈簧是一種重要的基礎(chǔ)元件,在多種機(jī)械裝備上得到廣泛應(yīng)用。隨著機(jī)械設(shè)備向高速、重載荷、質(zhì)量輕、體積小的方向發(fā)展，對(duì)彈簧的性能、使用壽命等也提出了更高的要求。彈簧表面的劃痕、形狀變化等缺陷往往會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，是疲勞斷裂源，會(huì)降低彈簧疲勞壽命。為提高彈簧使用壽命，除采用合理的熱處理工藝外，對(duì)彈簧表面進(jìn)行拋丸強(qiáng)化處理,是提高彈簧疲勞壽命的一種重要手段。所謂彈簧噴丸就是把大量高速運(yùn)動(dòng)的彈丸噴射到彈簧表面,使彈簧表面的劃痕等缺陷受到?jīng)_擊在表面產(chǎn)生塑性變形，該變形層由無(wú)數(shù)密集的凹凸麻坑組成，硬度也有所提高，密集的麻坑能使微細(xì)的可能引起應(yīng)力集中的表面缺陷不敏感。從而增加了彈簧的使用壽命[1，2]。針對(duì)汽車(chē)彈簧強(qiáng)化要求，我公司開(kāi)發(fā)研制了S0520 型隧道式彈簧強(qiáng)化機(jī)，以下作簡(jiǎn)要介紹。

2 彈簧拋丸強(qiáng)化機(jī)

2.1 設(shè)備布局及工作流程

該設(shè)備外形如圖1 所示：主要由拋丸清理室、前后副室、拋丸器總成、丸料循環(huán)凈化系統(tǒng)、自動(dòng)上件系統(tǒng)、工件輸送系統(tǒng)、工件自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等部分組成。前、后副室有防塵，減少?gòu)椡璧娘w濺等作用；強(qiáng)化室內(nèi)要放置工件自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、工件輸送系統(tǒng)等，并在強(qiáng)化室內(nèi)完成彈簧清理、強(qiáng)化。前副室、拋丸強(qiáng)化室及副后室線性排列，拋丸器放置在強(qiáng)化室頂部，工件從前副室進(jìn)入，通過(guò)輸送系統(tǒng)進(jìn)入拋丸強(qiáng)化室，最后工件從后副室出料口流出。工作時(shí)，首先依次啟動(dòng)除塵系統(tǒng)、分離器、提升機(jī)、螺旋輸送器、工件自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、工件輸送系統(tǒng)等，再啟動(dòng)拋丸器，設(shè)備進(jìn)入預(yù)備工作階段。在前密封室的進(jìn)料口上裝載工件，此時(shí)打開(kāi)供丸閘閥，開(kāi)始對(duì)工件進(jìn)行拋丸強(qiáng)化。工作過(guò)程中工件自轉(zhuǎn)同時(shí)平移，使“彈丸束”能完全覆蓋彈簧表面，直至強(qiáng)化流程完成，隨后可按順序停機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 設(shè)備外形圖

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2.2 強(qiáng)化室結(jié)構(gòu)原理

圖2 為螺旋彈簧拋丸強(qiáng)化機(jī)強(qiáng)化室（室體省去未畫(huà)）結(jié)構(gòu)示意圖。由于圓柱螺旋彈簧特殊的幾何形狀，要使其表面得到充分的清理、強(qiáng)化，彈簧必須完全覆蓋在磨料流束之下，因此彈簧相對(duì)拋丸器磨料流束需有相對(duì)正確的位置和正確的運(yùn)動(dòng)路徑。在本設(shè)計(jì)方案中：拋丸器1（2 臺(tái)）放置在室體的頂部，可通過(guò)室體上部窗口向室內(nèi)工件拋射彈丸；強(qiáng)化室內(nèi)有兩條水平安放的輥軸2，兩輥軸平行放置，在外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下同向旋轉(zhuǎn)，需要強(qiáng)化的彈簧由自動(dòng)上料系統(tǒng)送至兩輥軸上部中間位置，當(dāng)兩輥軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，彈簧會(huì)繞其軸線自轉(zhuǎn)。兩輥軸間之間距離可調(diào)，以適合大小不同的彈簧。調(diào)節(jié)輥軸之間的距離時(shí)，主動(dòng)帶輪的位置要作上下調(diào)整。除了彈簧自轉(zhuǎn)以外，還要實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)。彈簧軸向移動(dòng)由皮帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，本皮帶結(jié)構(gòu)如圖3，皮帶5 上均勻分布多個(gè)推釘6。皮帶輪3 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輥軸2 下部的皮帶平動(dòng)，推釘6 穿過(guò)兩輥軸之間的縫隙推動(dòng)彈簧向左移動(dòng)，直至將彈簧送至下料系統(tǒng)。而螺旋軸4 的作用是將落下的磨料送至循環(huán)系統(tǒng)，以備再次使用。

圖2 強(qiáng)化室結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 皮帶結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 工件運(yùn)載系統(tǒng)

工件運(yùn)載系統(tǒng)由工件自轉(zhuǎn)系統(tǒng)和工件運(yùn)輸系統(tǒng)組成，帶動(dòng)工件一邊直線前進(jìn)，一邊圍繞自身中心軸線進(jìn)行自轉(zhuǎn)。勻速均勻的接受彈丸的強(qiáng)化處理。自轉(zhuǎn)系統(tǒng)傳動(dòng)輥軸均采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼無(wú)縫鋼管與調(diào)質(zhì)軸頭焊接而成，外形及安裝尺寸焊后整體加工，從而保證了同軸度。兩輥軸間相隔一定距離，以保證適合一定直徑范圍的圓簧通過(guò)。拋丸室內(nèi)的輥軸采用厚壁無(wú)縫鋼管與軸頭焊接加工而成，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，拋丸主室的輥道均裝有可方便更換的10mm 厚ZCr20 高鉻鑄鐵耐磨護(hù)套，既保證了輥軸的剛度和強(qiáng)度，又保證了輥軸的使用壽命，如圖4，各護(hù)套外徑應(yīng)統(tǒng)一保證圓簧順利行走，護(hù)套兩端固定采用螺栓鎖緊式，保證連接處緊密平滑，不出現(xiàn)卡簧、跳簧等狀況。聯(lián)軸器采用螺栓鎖緊式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便。驅(qū)動(dòng)采用變頻調(diào)速，獲得合適的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。

圖4 輥道結(jié)構(gòu)示意圖

工件輸送系統(tǒng)由撥叉輸送系統(tǒng)和圓簧托板等組成。前后副室各安裝一端圓簧托板，是圓簧進(jìn)出拋丸室的過(guò)度道路，托板安裝平整，與輥道的落差適中，保證了圓簧運(yùn)行的平穩(wěn)性，不出現(xiàn)卡簧、跳簧等狀況。撥叉輸送系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、皮帶輪、皮帶、輥輪、撥叉、支承軸等組成，電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪，通過(guò)撥叉推動(dòng)工件前進(jìn)。撥叉支撐軸中間部位設(shè)計(jì)耐磨護(hù)套，延長(zhǎng)支承軸的使用壽命，耐磨護(hù)套采用半開(kāi)口設(shè)計(jì)，安裝更換方便。驅(qū)動(dòng)電機(jī)本身帶有變頻調(diào)速裝置，以保證工件通過(guò)的速度實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到工件一次性通過(guò)充分清理。驅(qū)動(dòng)采用變頻調(diào)速，獲得合適的工件輸送速度。

帶座軸承的密封采用迷宮盤(pán)、密封圈、軸承墊板及外置密封罩等多級(jí)密封，以實(shí)現(xiàn)防砂、防塵、防磕碰，提高軸承的使用壽命。

3 結(jié)論

作為彈簧拋丸強(qiáng)化不可或缺的設(shè)備，該彈簧拋丸強(qiáng)化機(jī)已試制成功并交付用戶(hù)，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足用戶(hù)要求。實(shí)際上噴丸強(qiáng)化的效果還與彈丸的材料、硬度、尺寸、形狀、拋丸速度、流量以及拋丸時(shí)間等多因素有關(guān)，其影響規(guī)律多通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證得到。本公司除做好設(shè)備外，還應(yīng)進(jìn)一步研究彈簧的拋丸強(qiáng)化工藝，以期得到更好的實(shí)際效果。