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弹簧去应力回火收缩量的规律研究
 
更新时间:2012.03.14 浏览次数:
 
本文通过对弹簧去应力回火收缩量规律的研究,得出经验公式,以便减少试验次数,降低成本。
[叙词] 回火收缩量 回归方程
前言
弹簧钢丝制成弹簧后,要经过去应力回火工序,一般来说弹簧直径要缩小、总圈数要增加。直径的收缩量与旋绕比有关,旋绕比愈大,收缩量愈大。因此,在批量生产前要进行首件试样,试样确定后才能批量投产,随着高应力弹簧的大量生产,油回火合金弹簧材料被广泛使用,但是目前没有这方面的经验公式,根据我公司多年的弹簧生产经验,发现弹簧去应力回火收缩量存在一定的规律, 现将有关数据进行回归分析得到以下经验公式:△D=3.188×10-6×C×D×T 
经验公式的取得过程如下:
一、 方程的建立:
1、假设去应力回火收缩量之间的规律为一元线性回归方程,即
△D= a +Kt×C×D×T,
其中△D ---回火后的直径收缩量, C---旋绕比,
D---弹簧中径, T---回火温度。
△D为因变量,C×D×T为自变量,a 、Kt为待定参数(回归参数)。
2、收集样本:收集我公司常用的57种产品的数据,汇总到表一中。
3、计算方程中的a、Kt的值:
针对以上表一,运用SPSS 12软件进行统计分析,得到计算结果如表二,方程如下:△D=0.087+2.954×10-6×C×D×T
4、△D与C×D×T之间是否真的存在线性关系?即H0:Kt=0,和H1:Kt≠0谁成立?△D的变化由多少能够由C×D×T的变化所解释?对方程进行显著性检验:
H0: Kt=0 方程无效
H1: Kt≠0 方程有效
? 确定方程是否有用?采用F检验法。从表二ANOVAb中可以看出,sig.<0.01,证明方程有用;
? 确定方程是否有节距项?用T检验法,从表二Coefficientsa中可以看出,(constant)项中sig.>0.05,证明不应该有常数项,常数项是多余的,必须从模型中去掉。
? 确定方程是否有进一步简化的余地?用T检验法,从表二Coefficientsa中可以看出,sig.<0.05,该自变量必须在模型中存在。
? 在表二Model summary R Square=64.9%<80%,也说明该方程的解释能力只有64.9%,该方程的解释能力差,该方程不太适用。
5、根据以上分析,重新建立一元回归方程:△D= Kt×C×D×T
6、重新计算Kt值,对表一重新运用SPSS软件进行统计分析(不含常数项),得到计算结果如表三,方程为△D=3.188×10-6×C×D×T。
7、对方程进行显著性检验:
H0 Kt=0 方程无效
H1 Kt≠0 方程有效
? 确定方程是否有用?采用F检验法。从表三ANOVAb中可以看出,sig.<0.01,证明方程有用;
? 确定方程是否有进一步简化的余地?用T检验法,从表三Coefficientsa中可以看出,自变量sig. <0.05,说明该变量无简化余地;
在表三Model summary中, R Squarea=86.3%>80%,也说明该方程的解释能力为86.3%,解释能力比较强,即△D的变化当中由C×D×T引起的变化占的比例为86.3%,该方程有效。
方程为△D=3.188×10-6×C×D×T 
二、 应用及推广
举例说明:
某发动机气阀弹簧采用油回火气阀弹簧用炙縎WOSC-V制造,钢丝直径3.2mm,弹簧内径为16.9mm,总圈数为7圈,有效圈数为5圈,试计算弹簧去应力回火缩量.
根据以上材料和钢丝直径,绕簧后去应力回火通常采用:420℃,20分钟。已知:d=3.2 D1=16.9 T=420 Nt=7 
计算: D=d+D1=3.2+16.9=20.1
C=D/d=20.1/3.2=6.28 T=420
根据弹簧去应力回火收缩量公式
△ D=3.188×10-6×C×D×T=3.188×10-6×6.28×20.1×420=0.17mm
△ N=(ΔD× Nt)/(D+ΔD)=(0.17×7)/(20.1+0.17)=0.06(圈)
由此可见弹簧在经过去应力回火工序后,弹簧直径缩小0.17mm,总圈数增加0.06圈,为了保证弹簧成品尺寸符合图纸和技术要求,需要在绕簧时考虑弹簧的回缩量,那么通常绕簧工艺如下设计:绕簧内径=D1+ΔD=16.9+0.17=17.07mm,总圈数= Nt-ΔN=7-0.06=6.94(圈)
当然,绕簧工艺设计时除了要考虑弹簧所使用的材料、旋绕比、弹簧中径、温度等主要因素外,还要考虑螺距、材料抗拉强度等次要因素。最终还要通过试验验证,方可作为批量生产工艺采用。
三、 结论:
弹簧绕簧回火后的直径收缩量为△D=Kt×C×D×T,
其中:Kt=3.188×10-6 C---旋绕比, 
D---弹簧中径, T---回火温度。 
适用范围:
a) 冷成型工艺
b) 无心卷制
c) 油回火合金钢,如60Si2MnA,55CrSi,50CrV等国产合金钢丝,SWOSC-V,SWOCV-V,SWOSC-B,SWOSM-B,OTEVA70,SWI-200等国外合金钢丝。
通过以上经验公式,能够减少试验次数,提高弹簧合格率,降低生产成本。
 
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