阅读说明：本技术 一种h型弹簧及其生产方法 (H-shaped spring and production method thereof ) 是由 刘雪峰 李玉箫 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种H型弹簧及其生产方法,涉及密封零件技术领域,解决了现有技术中拉伸弹簧或O型橡胶圈不能满足泛塞密封的特殊要求的技术问题。该H型弹簧由横截面为方形的带状板材卷绕为螺旋型筒状结构而形成,螺旋型筒状结构的横截面为正圆形,H型弹簧的极限力值远高于拉伸弹簧或O型橡胶圈,其极限力值能够达到O型橡胶圈的几倍甚至十几倍,能够承受更高的负载。带状板材的材质为Inconel-718合金或埃尔吉洛伊非磁性合金,能够耐高低温、耐腐蚀特性强,而且具有良好的抗氧化性和优异的热处理性能,能适应高温密封环境,本发明用于提高泛塞密封圈的使用性能。(The invention provides an H-shaped spring and a production method thereof, relates to the technical field of sealing parts, and solves the technical problem that an extension spring or an O-shaped rubber ring in the prior art cannot meet the special requirement of flooding plug sealing. The H-shaped spring is formed by winding a strip-shaped plate with a square cross section into a spiral cylindrical structure, the cross section of the spiral cylindrical structure is in a perfect circle shape, the limit force value of the H-shaped spring is far higher than that of an extension spring or an O-shaped rubber ring, the limit force value can reach several times or even tens of times of that of the O-shaped rubber ring, and higher load can be borne. The strip-shaped plate is made of Inconel-718 alloy or Elgiloy non-magnetic alloy, can resist high and low temperatures and has strong corrosion resistance, good oxidation resistance and excellent heat treatment performance, can adapt to a high-temperature sealing environment, and is used for improving the service performance of the flooding plug sealing ring.)

一种H型弹簧及其生产方法

技术领域

本发明涉及密封零件技术领域，尤其是涉及一种H型弹簧及其生产方法。

背景技术

泛塞密封圈是一种U型铁氟龙内装特殊弹簧的高性能密封件，由适当的弹簧力加上系统流体压力，将密封唇(面)顶出而轻轻压住被密封的金属面以生成非常优异的密封效果。弹簧的致动效应可以克服金属配合面的轻微偏心以及密封唇的磨耗，而持续保有预期的密封性能。铁氟龙一般指聚四氟乙烯，聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，简写为PTFE)，一般称作“不粘涂层”或“易清洁物料”。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，也是易清洁水管内层的理想涂料。

常见的密封圈，大多由普通的拉伸弹簧或O型橡胶圈提供初始密封力及补偿，常用的O型橡胶圈极限压缩量在20％左右，耐温在+200℃，即使是更好的氟橡胶圈也只能做到+300℃以内。拉伸弹簧由截面为圆形的金属丝绕制而成，首尾相接成圈，其只能提供单向向心的压力。不论拉伸弹簧或O型橡胶圈，其极限力值、耐温、耐腐蚀、耐老化等因素均不能满足泛塞密封的特殊要求。

因此，如何解决现有技术中拉伸弹簧或O型橡胶圈不能满足泛塞密封的特殊要求的技术问题，已成为本领域人员需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种H型弹簧及其生产方法，解决了现有技术中拉伸弹簧或O型橡胶圈不能满足泛塞密封的特殊要求的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种H型弹簧，由横截面为方形的带状板材卷绕为螺旋型筒状结构而形成，所述螺旋型筒状结构的横截面为正圆形，所述带状板材的材质为Inconel-718合金或埃尔吉洛伊非磁性合金。

优选地，所述带状板材沿所述螺旋型筒状结构的轴向的截面形状为长方形，当所述带状板材被卷绕成所述螺旋型筒状结构时，所述长方形的长边沿所述螺旋型筒状结构的轴向设置。

本发明还提供了一种H型弹簧的生产方法，H型弹簧为上述的H型弹簧，包括以下步骤：根据弹簧的力值范围，选取弹簧的指数，根据所述带状板材的厚度值I等于所述螺旋型筒状结构的截径C与弹簧的指数的比值，从而选定所述带状板材的厚度值I；根据所述带状板材的厚度值I，确定所述带状板材的宽度值A；选取弹簧的间隙B；根据各个参数数值绘制图纸，进行加工；抽取加工后的成品为样品，进行压缩实验、耐久实验、疲劳度测试和弹簧性能曲线分析。

优选地，所述压缩实验包括：对弹簧进行加载和卸载，测得每个负载值对应的弹簧的压缩量，绘制弹簧加载曲线图和弹簧卸载曲线图，判断弹簧的最大压缩量是否达到20％，以不大于10％能量损耗面为约束条件，测量相应的最大压缩量，选取此最大压缩量为极限压缩量。

优选地，所述耐久实验为使弹簧在指定压缩量下，保持压缩状态至少二十四小时之后，测量弹簧的尺寸并判断弹簧的尺寸值变化是否在0.1毫米之内以及判断弹簧有无明显变形。

优选地，所述疲劳度测试为在设定压缩量范围内，对弹簧进行反复的加载和卸载过程，反复次数为1000次，频率为30s一次加载卸载过程，结束后判断弹簧是否失效，失效标准为弹簧无法保持原有状态，或发生断裂；若没有失效，则进行压缩实验，查看弹簧性能是否符合要求。

优选地，所述弹簧性能曲线分析包括：根据弹簧加载曲线图，分析弹簧的负载与压缩量是否呈线性关系，查看图形是否出现曲线以及图形是否出现爬行；根据弹簧卸载曲线图，查看图形前段是否出现负载值骤降的情况以及图形后段是否为近似平直的爬行。

优选地，还包括：选取在测得极限压缩量后，该极限压缩量下的负载值为极限负载值；选取极限负载值对应的实验数据进行计算，得出能量损耗面的面积值；选取极限压缩量的5％为安全系数。

优选地，所述带状板材的宽度值A的取值范围为所述带状板材的厚度值I的6倍-8倍。

优选地，所述弹簧间隙值B的取值为0.3毫米。

本发明提供的H型弹簧，由横截面为方形的带状板材卷绕为螺旋型筒状结构而形成，螺旋型筒状结构的横截面为正圆形，带状板材的材质为Inconel-718合金或埃尔吉洛伊非磁性合金，如此设置，H型弹簧的极限力值远高于拉伸弹簧或O型橡胶圈，能够承受更高的负载，Inconel-718合金或埃尔吉洛伊非磁性合金能够耐高低温、耐腐蚀特性强，而且具有良好的抗氧化性和优异的热处理性能，能适应高温密封环境，H型弹簧虽与O型橡胶圈的极限压缩量相当，但是其极限力值能够达到O型橡胶圈的几倍甚至十几倍，而且，H型弹簧的外形尺寸精度可以做到正负0.03毫米以内，解决了现有技术中拉伸弹簧或O型橡胶圈不能满足泛塞密封的特殊要求的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的带状板材端部示意图；

图2是本发明实施例提供的螺旋型筒状结构示意图；

图3是本发明实施例提供的H型弹簧使用时成环示意图；

图4是本发明实施例提供的H型弹簧正面参数位置示意图；

图5是本发明实施例提供的H型弹簧的端部参数位置示意图；

图6是本发明实施例提供的一种H型弹簧的尺寸数据表；

图7是本发明实施例提供的一种H型弹簧的性能参数表；

图8是本发明实施例提供的一种H型弹簧的形变与负载关系示意图。

图中1-螺旋型筒状结构；2-加载曲线；3-卸载曲线；4-能量损耗面；A-带状板材的宽度；B-弹簧间隙值；C-螺旋型筒状结构的截径；I-带状板材的厚度值。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明的目的在于提供一种H型弹簧及其生产方法，解决了现有技术中拉伸弹簧或O型橡胶圈不能满足泛塞密封的特殊要求的技术问题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

参照图1-2，本发明提供了一种H型弹簧，由横截面为方形的带状板材卷绕为螺旋型筒状结构1而形成，螺旋型筒状结构1的横截面为正圆形，带状板材的材质为Inconel-718合金或埃尔吉洛伊非磁性合金(Elgiloy)，如此设置，H型弹簧为径向压缩型弹簧，其极限力值远高于拉伸弹簧或O型橡胶圈，能够承受更高的负载，若由两个H型弹簧组合在一起的形式，其力值更是超高，较高的力值能够满足极低温和低泄漏的标准要求。Inconel718合金是含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金，在650℃以下时具有高强度、良好的韧性以及在高低温环境均具有耐腐蚀性，在700℃时具有高的抗拉强度、疲劳强度、抗蠕变强度和断裂强度，在1000℃时具有高抗氧化性，在低温下具有稳定的化学性能，其熔化温度范围高达1260℃～1320℃。埃尔吉洛伊非磁性合金指在650℃以上温度下具有较高强度、良好的抗氧化性和耐腐蚀性能的合金，其使用温度高达650℃～1 000℃，Inconel-718合金或埃尔吉洛伊非磁性合金均能够耐高低温、耐腐蚀特性强，而且具有良好的抗氧化性和优异的热处理性能，能适应高温密封环境，H型弹簧虽与O型橡胶圈的极限压缩量相当，但是其极限力值能够达到O型橡胶圈的几倍甚至十几倍，而且，H型弹簧的外形尺寸精度可以做到正负0.03毫米以内，解决了现有技术中拉伸弹簧或O型橡胶圈不能满足泛塞密封的特殊要求的技术问题。

其中，参照图3，H型弹簧使用时首尾固定相连成环安装入铁氟龙外壳的环形槽内使用，由于H型弹簧的结构与O型橡胶圈类似，在特定条件下可轻松替换。采用材料应根据具体环境情况进行选择，如有去除材料残留应力，提高材质本身硬度等特殊要求可选择进行热处理。

作为本发明实施例可选地实施方式，带状板材沿所述螺旋型筒状结构1的轴向的截面形状为长方形，当带状板材被卷绕成螺旋型筒状结构1时，长方形的长边沿螺旋型筒状结构1的轴向设置，即螺旋型筒状结构1的径向厚度小，便于弹簧弯曲成环。

参照图4-8，本发明还提供了一种H型弹簧的生产方法，H型弹簧为上述的H型弹簧，需要说明的是，本发明主要保护的是V型弹簧生产方法中的弹簧的设计和实验方法，具体包括以下步骤：

根据弹簧的力值范围，选取弹簧的指数，其中，弹簧指数，又称旋绕比，等于螺旋型筒状结构1的截径C与带状板材的厚度值I的比值，弹簧指数影响弹簧的强度、刚度、稳定性及制造的难易。弹簧指数大，螺旋型筒状结构1的截径C较大，带状板材的厚度值I较小，弹簧较软，刚性小，容易变形，容易绕制。弹簧指数小，则相反，弹簧较硬，刚性大，不易绕制。设计中，弹簧指数的一般取值范围为4-14。

根据所述带状板材的厚度值I等于所述螺旋型筒状结构1的截径C与弹簧的指数的比值，从而选定所述带状板材的厚度值I；

根据所述带状板材的厚度值I，确定所述带状板材的宽度值A，带状板材的宽度值A适当增大，可以提高负载值。优选地，带状板材的宽度值A的取值范围为所述带状板材的厚度值I的6倍-8倍。

选取弹簧间隙值B，由于弹簧间隙值B对弹簧负载的影响比较小，优选地，弹簧间隙值B的取值为固定值，均为0.3毫米。

根据各个参数数值绘制图纸，进行加工；

抽取加工后的弹簧成品为样品，进行压缩实验、耐久实验、疲劳度测试和弹簧性能曲线分析，样品的长度为统一固定长度70毫米，数量为5-10根。

如此设置，能够规范弹簧设计开发流程，统一弹簧设计方法与依据，使弹簧设计安全适用，经济合理，适用于弹簧的设计阶段和实验阶段，完善的设计规范可针对不同的需求，对H型弹簧的尺寸规格、结构、力学特征、压缩量、安全系数等因素进行科学的公式化设计。弹簧通过测试和评估以确定其特性和性能，从而确保其在预期的产品生命周期中具有应有的功能。其中，参照图6为一种H型弹簧(H6007)的各个参数的取值。

进一步地，压缩实验为对弹簧进行加载和卸载，测得每个负载值对应的弹簧的压缩量，绘制弹簧的负载与压缩量之间的关系图，判断弹簧的最大压缩量是否达到20％，若弹簧的压缩量能够达到20％，则弹簧合格；若弹簧的压缩量不能达到20％，则弹簧不合格。实验的工具可使用弹簧测力计。以不大于10％能量损耗面为约束条件，测量相应的最大压缩量，选取此最大压缩量为极限压缩量，其中，能量损耗面为弹簧加载曲线2的面积与弹簧卸载曲线3的面积的差值，10％能量损耗面是指能量损耗面4的面积占据弹簧加载曲线2与横坐标轴之间面积的百分比。参照图7为一种H型弹簧(H6007)的性能参数表。

进一步地，耐久实验为使弹簧在指定的压缩量下，此指定的压缩量多为极限压缩量，保持压缩状态至少二十四小时之后，测量弹簧的尺寸并判断弹簧的尺寸值变化是否在0.1毫米之内以及判断弹簧有无明显变形，若尺寸变化在0.1毫米之内，且无明显变形，则此弹簧在该压缩量下可用；若尺寸值变化大于0.1毫米，和/或有明显变形，则此弹簧在该压缩量下不可用。

进一步地，疲劳度测试为在设定压缩量范围内，此设定的压缩量范围为极限压缩量到极限压缩量的6％，对弹簧进行反复的加载和卸载过程，反复次数为1000次，频率为30s一次加载卸载过程，结束后判断弹簧是否失效，失效标准为弹簧无法保持原有状态或发生断裂；若没有失效，则进行压缩实验，查看弹簧性能是否符合要求，即查看弹簧的压缩量是否还可达到20％。

进一步地，参照图8为一种弹簧(H6007)的负载曲线图，弹簧性能曲线分析包括：

根据弹簧加载曲线图，分析弹簧的负载与压缩量是否呈线性关系，查看图形是否出现曲线以及图形是否出现爬行，理想的弹簧加载曲线2应从(0，0)点以一定斜率直线上升，负载与压缩量呈线性关系，若一开始出现图形为曲线，其原因可能为螺旋型筒状结构1的截径方向的跳动严重。若图形出现爬行，即斜率变小，其原因可能为弹簧已出现屈服。

根据弹簧卸载曲线图，查看图形前段是否出现负载值骤降的情况以及图形后段是否为近似平直的爬行。弹簧卸载曲线3是弹簧在释放能量过程中形成可以体现负载与压缩量之间关系的曲线。卸载曲线3的图形开始时，如果弹簧负载很小，会出现负载骤降的情况，此情况会影响到能量损耗面4的面积值计算，出现此情况可能需要进行耐久实验。在卸载曲线3快结束时，会出现一段近似平直的爬行，即斜率很小，接近水平，表明弹簧可能已产生塑性变形。此爬行段开始压缩量若小于0.2毫米，则此形变可以接受。

根据弹簧加载曲线2的面积与弹簧卸载曲线3的面积的差值，确定能量损耗面4的值，弹簧加载曲线2的面积为弹簧被压缩吸收的能量，弹簧卸载曲线3的面积为弹簧复原所释放的能量，其间差值便为其他因素引起的能量损耗，引起能量损耗的原因包括弹簧形变所吸收的能量，抵消系统摩擦力所消耗的能量等。

进一步地，H型弹簧的生产方法，还包括弹簧其他数据的取值，具体的有，选取在测得极限压缩量后，该极限压缩量下的负载值为极限负载值，从实验数据中，选取相近的实验数据，视为正确的实验数据，误差一般不大于正负5％，在视为正确的实验数据中，选取最接近的实验结果为最终数据。

能量损耗面4的面积可由每组实验数据计算得出，优选地，选取极限负载值对应的实验数据进行计算，得出能量损耗面4的面积值；

选取极限压缩量的5％为安全系数，弹簧的极限压缩量存在可能失效的风险，现为规避风险，设定压缩量安全系数。安全系数的选取为5％的极限压缩量。极限压缩量减去安全系数之后的压缩量定为额定压缩量。

实际生产中，弹簧输出文件包括弹簧图纸与弹簧性能表，弹簧图纸上应体现弹簧的具体尺寸要求公差、额定压缩量、额定负载值、负载公差等内容。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。