弹簧是如何生产制造的？
螺旋弹簧是储存和释放机械能的弹性装置，采用多种材料制造，这些材料的选择是根据弹簧的设计来决定的。螺旋弹簧可以是紧密卷绕或开口卷绕，紧密卷绕的螺旋弹簧的线圈相互接触，而开口卷绕的螺旋弹簧则具有开放的端部。
制造螺旋弹簧所使用的材料类型和工艺取决于生产批量的大小。小批量生产通常在车床上完成，而大批量生产则通过自动化绕线机或计算机数控（CNC）机床进行生产。
弹簧的制造
弹簧材料
制造螺旋弹簧最常用的金属包括高碳钢和中碳钢、铬钒钢、铬硅钢、各种等级的不锈钢、铜合金和镍。选择金属取决于螺旋弹簧的应用场景。由于并非所有弹簧都是由线材制成的，因此用于制造螺旋弹簧的金属可以有不同的形式，以适应不同类型和风格的弹簧。
在一些制造过程中，金属以金属棒的形式交付，然后通过加热和拉伸将其加工成适当直径的线材。
弹簧制造流程
冷弯成型
热处理– 冷绕过程从对线材进行热处理或加工开始，以达到其最高强度水平。冷绕过程只能用于直径为0.75英寸（18毫米）或更小的线材。
芯轴 – 芯轴是制造螺旋弹簧的两种方法之一。该过程可以通过车床、绕线机或手摇机完成。使用导向机制将线材对准所需的螺距，即线圈之间的距离，随着线材的绕制进行调整。
CNC – CNC弹簧绕制机比传统的芯轴设计更复杂精细，涉及一套高效的组件，用于自动进料、绕制和配置线圈。
a. 进料辊从卷盘中拉出线材，并将其送入线材导向装置。
b. 线材导向器是平的，具有不同尺寸的槽，以匹配进料辊，虽然这些槽与线材尺寸并不完全一致，但在其范围内。
c. 块导向器确保线材继续朝向绕制点。块导向器的槽与线材的直径完全相同。
d. 芯轴是机器中绕制线材的部分，类似于芯轴的作用，并具有三个接触点。
e. 螺距工具被编程为将线材定位在正确的螺距上，以满足设计要求。它沿着倾斜表面上下滑动。
f. 绕制点通过偏转线材的轨迹将其推入绕制形状。偏转点被编程到CNC机器中，决定了偏转角度。
g. 切割器在线材达到所需长度时切割它。根据CNC机器的设计，切割器可能位于芯轴的上方或下方。
完整的过程及其各个组件可以在下图中看到。
热弯
线型 – 用于热绕线的线材可以更厚，厚度范围从3英寸（75毫米）到6英寸（150毫米）不等。热绕线的线材被加热至1700°F（约927°C），这使得制造商可以使用更大直径的线材进行加工。
芯轴 – 加热后的金属在线轴上绕制，过程与冷绕制相同，但需要更加小心。CNC机器控制着芯轴的旋转和螺距距离。
冷却 – 热绕线的下一个步骤是尽快冷却绕制好的线圈，这一过程称为淬火。淬火钢件的方法有多种，其中油淬火是较为常见的一种。冷却的目的是使线圈的钢材硬化，并尽量减少热梯度和相变梯度的形成，以防止发生裂纹。
极端的冷却会改变金属部件的晶体结构并固定这些变化，从而使金属变硬。当冷却开始时，部件周围会形成蒸汽膜，这是过程的第一阶段。通过加热淬火介质可以去除蒸汽膜，接下来对流阶段会进一步去除热量，继续冷却部件。
冷却或淬火油之所以受欢迎，是因为与其他方法相比，它能够更迅速地淬火部件。在淬火过程中需要非常小心，因为这一过程需要严格监控，以确保生产出的螺旋弹簧能够达到预期的性能。
应力释放
在制造弹簧时，线材会被拉伸并施加力进行绕制，使其形成弹簧的形状。在绕制过程中，金属的分子会打破其自然平衡，从而使弹簧产生残余应力。如果不对残余应力进行缓解，弹簧可能会出现缺陷、裂纹，并导致短寿命。应力消除过程将弹簧线材的分子重新带回平衡状态。
应力消除是通过将弹簧加热到低于其变形温度的水平，使得线材变得可塑但不会熔化。加热过程完成后，弹簧会被允许非常缓慢地恢复到室温，在此过程中，分子会重新排列。
合金钢，如铬硅钢或铬钒钢，在700°F到800°F（371°C到426°C）之间进行应力消除。铬硅钢的高拉伸强度要求其应力消除时间为一小时或更长时间。不锈钢17-7的应力消除温度为900°F（482°C），并且也需要超过一个小时。较高温度和较长时间的应力消除会显著降低弹簧的内应力。
完成螺旋弹簧的加工
螺旋弹簧的完成加工取决于其设计，设计可以根据弹簧的形状、涂层、螺距设置以及强化方式的不同而有所变化。根据这些因素，弹簧的后续处理方法可能会有所不同，以确保其满足特定的应用要求和性能标准。
1. 磨头 – 一些弹簧需要进行磨削，以平整其端部以符合设计要求。磨削过程可以手动或自动完成，具体取决于制造工艺。对于手动磨削，螺旋弹簧通过夹具固定，并使用磨料工具进行磨削。而自动化磨削时，弹簧被固定在位置上，按照机器程序对两端进行磨削。在磨削过程中，需要使用润滑剂，以保持金属冷却并带走废料。
在许多情况下，弹簧需要进行磨削，以便能够适应应用或使其能够平稳地放置。这个过程使得弹簧能够垂直站立，确保其在实际使用中保持稳定和功能正常。
2. 喷丸g – 喷丸处理是通过将小型金属球、玻璃或陶瓷颗粒等颗粒物撞击螺旋弹簧表面来进行的。多次撞击产生的压应力层改变了弹簧的机械性能。颗粒的猛烈撞击使弹簧表面变得光滑并产生压缩效果，从而提高了弹簧的强度和耐疲劳性。
3. 调整节距与长度 – 为了设置弹簧的螺距和长度，通常会将其压缩直到线圈相互接触。这个过程可能会重复进行，直到达到所需的尺寸。测量螺距可能比较困难。最初，可以通过测量弹簧圈之间的距离来估算螺距，这是一种简单的方法，但并不是最精确的。获取真实螺距的最佳方法是使用弹簧螺距公式，这些公式通常可以在计算机程序中找到。
在下图中可以看到弹簧的长度和螺距。关于螺旋弹簧的螺距，有不同的观点。许多专家认为，指定活动线圈的数量比螺距更能准确衡量弹簧的性能。
4. 表面处理 – 涂层作为防止腐蚀的一种保护措施被应用于弹簧表面，因为大多数用于生产弹簧的金属都容易受到环境因素的影响。通过多种方法来保护弹簧的整个表面，包括喷漆、浸入橡胶中或通过电镀处理涂覆锌或铬等。
a. 锌涂层提供优异的抗腐蚀性能，并且没有氢脆的风险。锌涂层通过树脂溶液涂布，这些涂层可以通过喷涂、浸渍或旋转施加到螺旋弹簧表面。
b. 电镀是应用涂层最常见的形式之一，因为它成本低且效果显著。通过电镀可以涂覆的材料包括锌、铬、锡和镍，其中锡和镍通常用于需要良好电导性的场合。
c. 粉末涂层有多种颜色可供选择，主要用于抗腐蚀保护，通常应用于大尺寸弹簧，因为小型弹簧涂层厚度过大。
d. 预镀线材用于制造螺旋弹簧作为原材料。镀锌线材是最常见的预镀线材形式，因为它具有很高的抗腐蚀性。预镀线材保证了弹簧的整个表面都经过充分处理。
e. 塑料涂层是一种柔性材料，涂覆在弹簧上以增加抗腐蚀保护。然而，塑料涂层的一个缺点是它可能会因长期压缩或其他因素而受损。
