数控机床加工中心的主轴碟形弹簧

MUBEA致力于高质量碟形弹簧的生产已经有40多年的历史。由于碟形弹簧应用的广泛性，其范围遍布于从海底3000m的安全阀门系统到空间卫星。同时，我们还精通于生产复杂的精密冲压零件和高质量紧固件等相差组件。MUBEA 可从仓库直接发运按照DIN2093标准和MUBEA内部标准生产的各种型号碟形弹簧。可以生产外径直到800mm的普通碟形弹簧、内开槽型和外开槽碟形弹簧以及波纹弹簧。除标准材料50CrV4,MUBE库存有不同种类的抗磁性材料，防腐蚀性材料和耐高温/低温材料以满足产品的特殊性应用要求

用    于:用于机械设备工业、石油工业、汽车工业以及航空航天工业等领域  
特    点:小变形高承载能力、节省空间、通过不同的搭配组合可获得理想的加载特性                  
详论：慕贝尔公司按照DIN2093生产制造碟形弹簧。我们的产品从材料特性和表面质量均满足甚至超过了当前**标准。为了保证高质量，慕贝尔公司使用**进的生产设备及**效的生产工艺。首先，我们提供碟形弹簧计算程序来进行设计。该程序基于DIN2093的相关公式编制而成，                  
材料：我公司除可提供50CrV4标准材料外，还可提供在高温低温以及易腐蚀的环境中所使用的特殊材料如抗磁性、耐腐蚀和耐热材料，如镍基合金和铍铜合金等。                  
高疲劳寿命：几乎所有的慕贝尔碟形弹簧都在工厂内经过喷丸处理，以产生残余的应力，从而使产品具有高出DIN2093规定的疲劳寿命。                  
碟形弹簧防腐处理：标准的处理工艺是锌-磷化处理加涂油。如果碟形弹簧工作的环境要求有更高的防腐蚀性能，则可选择以下的工艺：                  
锌-磷化加涂蜡                  
镀锌
锌或铬电镀
Delta Tone/Delta Seal涂层
达克罗涂覆
电化学镀镍
尺寸范围：外径8.0 mm－800 mm。
DIN 2093 (DIN 17221, DIN 17222) 标准材料和特殊要求材料。                  
厚度大于0.5 mm的碟型弹簧均采用喷丸来提高疲劳寿命。

南通尚荣精密工具有限公司是德国慕贝尔碟形弹簧指定分销厂商，具有价格优势，充足库存，保证品质。

      德国慕贝尔碟形弹簧在机床主轴上的应用

大型机械设备中都能用到碟形弹簧，尤其是机床或机床主轴行业。现在国内主要的机床厂与Mubea都有合作。主要有：沈阳机床股份有限公司、大连机床集团、天水星火机床集团有限责任公司、大族精机股份、武汉重型机床集团有限公司等以及一些给机床提供主轴的江苏星晨，无锡阳光等提供技术支持和产品。我公司在注重产品质量的同时更加注重技术支持，慕贝尔碟形弹簧产品经理刘恩**碟形弹簧在机床行业的使用**发表过技术文章，大致内容如下：
在不断增长的竞争压力下，现代化机床的生产效率和加工精度的要求被不断提高,主轴的转动越来越快,主轴的高速化是目前精密机械的发展趋势,同时机床的稳定性和使用寿命也相应的变得越来越重要,这些变化直接导致了对机床组件要求的提高。作为主轴关键部件的碟形弹簧组，它的合理选型及装配可以提高机床的使用效率，减少主轴的维修频率.碟形弹簧具有小变形大承载力的特点,主轴拉刀机构采用碟形弹簧提供拉刀力，有效地解决了刀具转动过程中夹具系统夹持力不足的缺点。
   
从国内主轴维修的现状来看，碟形弹簧失效主要表现为断裂和破碎，也**是说，在碟形弹簧未达到其设计的疲劳寿命时，弹簧已出现开裂或断裂现象。究其原因，主要有下述几个方面：
1.  原材料选取
    按照新版碟形弹簧**标准 GB1972 – 2005，碟簧材料可以选择 60Si2Mn 或
50CrV4。从原材料特性来看，硅锰钢系列材料中的硅能固溶于铁素体和奥氏体中，可提高钢的硬度、强度、弹性极限、屈强比和疲劳强度，还能提高材料的回火稳定性和抗氧化性；锰能提高材料的淬透性。但硅含量容易产生石墨化现象和增加表面脱碳倾向，并在钢种易生成硅酸盐夹杂物，该夹杂物在晶界析出，易导致淬火开裂现象。即便淬火过程中没有出现开裂，其开裂倾向也会在弹簧加载过程中逐渐放大，导致弹簧寿命降低，最终失效原因为开裂或碎裂。50CrV4中铬和钒能提高钢的韧性、强度和弹性极限，降低钢的过热敏感性和脱碳倾向，从而改善了碟簧表面质量，提高材料的疲劳强度。其淬透性也比硅锰钢要好。此外铬钒钢回火稳定性较高，500℃
-550℃回火后仍有较高的强度和弹性极限，工作环境允许达200℃。因此，铬锰钢是碟形弹簧材料的**钢种，也是 DIN2093
标准规定的标准原材料。作为大型碟形弹簧生产厂德国Mubea公司原材料的冷轧和热处理是在公司内进行的，这样**可能的保证了原材料质量.
 
齐齐哈尔北方有限公司冶金技术中心资料：
由于60Si2MnA原材料存在较多的非金属夹杂物，特别是硫化物，这些非金属夹杂物破坏了基体的连续性，同时造成带状组织，表面处理后易在其缺陷处产生腐蚀和氢脆，长时间受力时在却显出产生开裂。
控制原材料的非金属夹杂物含量，是解决碟簧裂纹的主要办法，同时严格执行表面处理后除氢工业，也是避免碟簧裂纹产生的一个辅助措施，经严格控制原材料质量，认证执行除氢工艺后，生产的碟簧满足了产品使用要求。
2.  加工精度
    随着转数的提高碟形弹簧的加工精度直接影响主轴的稳定性和使用寿命.过大的弹簧内径造成主轴高速转动时弹簧过多的向外滑动(如图),由此形成的离心力
(F=mω2r)
相应变大,轴承和主轴的负担加重.较小的平面度和平行度保证弹簧组内单片弹簧受力均匀,弹簧横向位移变小,弹簧组的垂直性更好.对于碟形弹簧在主轴拉刀机构的应用Mubea公司专门开发了高精度碟形弹簧.通过它的特殊边缘结构导向杆和弹簧之间的摩擦被降低,
弹簧疲劳寿命也相应增加.
3.  喷丸处理
    碟形弹簧为中空的锥形环片，由于其特殊的形状，加工过程中弹簧上下表面具有不同的应力状态。通常来讲，上表面为压应力状态，下表面为拉应力状态。按照 DIN 2093 标准和中国**标准要求，承受动态载荷的碟形弹簧必须进行喷丸处理以改变弹簧表面的应力状态，使弹簧下表面残余应力为压应力状态，以提高碟形弹簧的疲劳寿命。因此，成品碟形弹簧不允许进行任何的后续机械加工。目前，国内主轴维修时经常遇到购买的标准型号碟形弹簧尺寸不能满足主轴安装空间的要求，因而维修商甚至是制造商会对弹簧进行后续的车削或磨削加工。这种额外的机械加工严重改变了碟形弹簧表面或者是内外径边缘处的应力状态，从而导致应力集中，造成弹簧开裂。几乎所有的慕贝尔碟形弹簧都在工厂内经过喷丸处理,从而使产品具有高出DIN2093规定的疲劳寿命.
 
4.  装配
作为一种相对较新的弹簧形式，碟形弹簧的特性和装配要求还不太为国内机床行业的客户所熟知。我们在帮助客户做选型工作的时候，通常会提醒客户在装配过程中注意以下问题：
- 碟形弹簧组装配时，弹簧组两端要保证弹簧外径（而不是内径）与安装空间附件相接触，如受设计要求所限，至少要保证受力端是弹簧外径与安装空间附件相接触。
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导向杆或导向套与弹簧组间保留一定间隙，具体要求请参照Mubea碟形弹簧手册第50页图3.20和表3.2，也可查询DIN2093标准或中国**标准GB1972–2005。
- 导向件导向表面以及与碟形弹簧组两端相接触的安装空间附件表面须做硬化和抛光处理，表面硬度不小于55HRC，表面粗糙度Ra<3.2。
-
安装于主轴内的碟形弹簧组随主轴高速旋转，越靠近弹簧组中间部位的单片弹簧，由于受离心力的作用**越容易偏离弹簧组轴线位置。主轴长度越大，弹簧组总高度也越大，这种现象也越为明显，这也是导致主轴产生振动的关键原因之一。我们建议按照下面的公式来选择弹簧组的高度：
L0 ≤ 3De
其中：L0  – 弹簧组高度
      De  – 碟形弹簧外径
如受主轴行程和推拉刀载荷的限制，弹簧组高度无法满足上式要求的话，建议在弹簧组中间增加垫片，使垫片间的弹簧组高度满足上式要求，垫片表面处理与导向件相同。
 
虽然影响主轴精度和寿命的因素有很多，但从其维修工作的现状来看，碟形弹簧的更换工作仍占有相当大的比重，这也从另外一个侧面反映了主轴制造过程中和国外厂家相比关于碟形弹簧组的设计选型和装配工作仍亟待进一步的完善和提高.德国Mubea公司1960年在Daaden建立工厂，到目前为止已有近五十年的碟形弹簧研发和生产经验。从原材料冷轧开始，全部产品的生产都是严格按照DIN2093标准的要求自主进行。此外，所有模具的开发、制造和维护也均是在工厂内部完成。Mubea装备精良的实验室可以按照客户的要求进行各种性能测试。我们高素质的工程师团队始终致力于利用新技术、创新方法和创造力来为每个弹簧的应用领域，也包括为您，找到**的解决方案。