一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝的製作方法
2023-04-25 15:02:36
一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝，包括制坯工藝、機加工工藝、淬火工藝、回火工藝和預扭工藝。本發明能夠消除扭杆彈簧鐓鍛產生的應力，能使工件在熱處理後表面較高的硬度，而中心仍保持一定強度及較高的韌性和塑性，表層膨脹體積大，心部膨脹體積小，表層造成壓應力，噴丸處理能提高扭杆彈簧疲勞強度，有效提高扭杆彈簧的使用壽命。
【專利說明】一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝
【【技術領域】】
[0001]本 發明涉及熱處理工藝的【技術領域】，特別是高應力扭杆彈簧熱處理工藝的【技術領域】。
【【背景技術】】
[0002]扭杆彈簧是利用杆(或棒、條)料扭轉變形而產生彈簧作用的杆狀彈簧，其特點是單位體積平產生彈簧作用的杆狀彈簧，其特點是單位體積平均儲存能量大，結構形狀簡單，輕型化，一般用作車輛懸掛彈簧和穩定裝置，有時也用作高速旋轉機械的閥彈簧。扭杆彈簧材料斷面通常有圓棒料、空心棒料和矩形截麵條材三種，最常用的是圓棒料製作的扭杆彈簧。
【
【發明內容】
】
[0003]本發明的目的就是解決現有技術中的問題，提出一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝，能夠消除扭杆彈簧鐓鍛產生的應力，能使工件在熱處理後表面較高的硬度，而中心仍保持一定強度及較高的韌性和塑性，能減少扭杆彈簧疲勞，有效提高扭杆彈簧的使用壽命。
[0004]為實現上述目的，本發明提出了一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝，依次包括以下步驟:
[0005]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然後把材料按工藝規定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950~1000°c，使用鐓鍛機鐓粗或成形，鐓鍛後的端部用退火爐進行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900~1000°C，降溫速度為100~200°C /h，然後對端部進行機械加工；
[0006]b)機加工工藝:扭杆彈簧在上料架上通過撥料杆撥入輥道，驅動輥子將料送到進給裝置中，隨後材料通過夾緊架夾緊並被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅動輥子通過氣缸夾緊後送出，最後由卸料杆將材料收集於下料臺架中，進給裝置中的進給速度為4~10米/分，切削頭轉速280~1460轉/分；熱軋彈簧圓鋼表面存在著裂紋、摺疊、結巴及氧化皮等缺陷，大大影響了扭杆彈簧的性能和強度質量；傳統的方法，一般採用數控車床，由夾緊傳動裝置，刀架轉盤裝置，走刀及走刀機構來加工扭杆表面；扭杆被夾緊在車頭(三爪或四爪卡盤)與尾架頂尖鎖緊，在車頭主軸帶動下作旋轉運動，刀具裝置與走刀絲杆相連，作直線運動；缺點主要是:車削速度慢，效率低，卡盤夾緊處的頭部不能一次車削(除非掉頭再車)，特別是長細杆彎曲度的情況下，為了保證外圓表面質量，切削量就要大於或等於彎曲和表面缺陷深度之和，從而降低了扭杆的成品率，本發明中的機加工工藝正好解決了上述難題；
[0007]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發生器對材料採用甲醇裂解保護，氣氛濃度為7~10m3/h，採用中頻淬火工藝對材料進行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內加熱至800~1000°C,然後進行雙介質淬火,水作為快冷淬火介質,水的溫度為20~30°C，處理時間為3~5min，油作為慢冷淬火介質油的溫度為50~70°C，處理時間為6~7min，進行整體淬火後，材料表面組織應力表現為拉應力，心部表現為壓應力，其數值主要取決於相應工作條件，材料的疲勞強度和容許的塑性變形率，扭杆彈簧可承載至應力接近材料的屈服極限，但是最大的應力還要取決於容許的塑性變形率，即扭杆的許用應力要按使用中容許扭轉至何種程度來選取，在最大撓曲值的扭轉應力(前懸限位作用時)工作應力高於 800MPa ；
[0008]d)回火工藝:回火溫度為500~600°C，保溫時間為2~3h，最後將冷卻後的材料進行噴丸強化；
[0009]e)預扭工藝:扭杆彈簧在回火工序後，表面噴塑加工前對其施加一個大於彈性極根的扭矩，使表面應力大於屈服極限，但低於強度極限，斷面金屬產生塑性變形而提高扭杆彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強扭，把前懸左、右扭杆彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預扭後的彈性極限扭矩與預扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預扭係數，預扭係數反映了預扭後承載能力提高的程度。
[0010]作為優選，所述步驟a)中機械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機或擠齒機來加工鋸齒形。
[0011]作為優選，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發生器中甲醇的裂解溫度為260~390°C，採用的甲醇純度為99.99%進口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在0.2~1.4%範圍內進行調節，甲醇低溫裂解氣氛可控發生器內安裝有超溫、超壓安全報警裝置。
[0012]本發明的有益效果:本發明能夠消除扭杆彈簧鐓鍛產生的應力，能使工件在熱處理後表面較高的硬度，而中心仍保持一定強度及較高的韌性和塑性，表層膨脹體積大，心部膨脹體積小，表層造成壓應力，噴丸處理能提高扭杆彈簧疲勞強度，有效提高扭杆彈簧的使用壽命。
【【具體實施方式】】
[0013]本發明一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝，依次包括以下步驟:
[0014]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然後把材料按工藝規定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950~1000°c，使用鐓鍛機鐓粗或成形，鐓鍛後的端部用退火爐進行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900~1000°C，降溫速度為100~200°C /h，然後對端部進行機械加工；
[0015]b)機加工工藝:扭杆彈簧在上料架上通過撥料杆撥入輥道，驅動輥子將料送到進給裝置中，隨後材料通過夾緊架夾緊並被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅動輥子通過氣缸夾緊後送出，最後由卸料杆將材料收集於下料臺架中，進給裝置中的進給速度為4~10米/分，切削頭轉速280~1460轉/分；熱軋彈簧圓鋼表面存在著裂紋、摺疊、結巴及氧化皮等缺陷，大大影響了扭杆彈簧的性能和強度質量；傳統的方法，一般採用數控車床，由夾緊傳動裝置，刀架轉盤裝置，走刀及走刀機構來加工扭杆表面；扭杆被夾緊在車頭(三爪或四爪卡盤)與尾架頂尖鎖緊，在車頭主軸帶動下作旋轉運動，刀具裝置與走刀絲杆相連，作直線運動；缺點主要是:車削速度慢，效率低，卡盤夾緊處的頭部不能一次車削(除非掉頭再車)，特別是長細杆彎曲度的情況下，為了保證外圓表面質量，切削量就要大於或等於彎曲和表面缺陷深度之和，從而降低了扭杆的成品率，本發明中的機加工工藝正好解決了上述難題；
[0016]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發生器對材料採用甲醇裂解保護，氣氛濃度為7~10m3/h，採用中頻淬火工藝對材料進行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內加熱至800~1000°C,然後進行雙介質淬火,水作為快冷淬火介質,水的溫度為20~30°C，處理時間為3~5min，油作為慢冷淬火介質油的溫度為50~70°C，處理時間為6~7min，進行整體淬火後，材料表面組織應力表現為拉應力，心部表現為壓應力，其數值主要取決於相應工作條件，材料的疲勞強度和容許的塑性變形率，扭杆彈簧可承載至應力接近材料的屈服極限，但是最大的應力還要取決於容許的塑性變形率，即扭杆的許用應力要按使用中容許扭轉至何種程度來選取，在最大撓曲值的扭轉應力(前懸限位作用時)工作應力高於 800MPa ；
[0017]d)回火工藝:回火溫度為500~600°C，保溫時間為2~3h，最後將冷卻後的材料進行噴丸強化；[0018]e)預扭工藝:扭杆彈簧在回火工序後，表面噴塑加工前對其施加一個大於彈性極根的扭矩，使表面應力大於屈服極限，但低於強度極限，斷面金屬產生塑性變形而提高扭杆彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強扭，把前懸左、右扭杆彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預扭後的彈性極限扭矩與預扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預扭係數，預扭係數反映了預扭後承載能力提高的程度。
[0019]所述步驟a)中機械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機或擠齒機來加工鋸齒形，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發生器中甲醇的裂解溫度為260~390°C，採用的甲醇純度為99.99%進口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在0.2~1.4%範圍內進行調節，甲醇低溫裂解氣氛可控發生器內安裝有超溫、超壓安全報警裝置。
[0020]實施例一:
[0021]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然後把材料按工藝規定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950°C，使用鐓鍛機鐓粗或成形，鐓鍛後的端部用退火爐進行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900°C，降溫速度為100°C /h，然後對端部進行機械加工；
[0022]b)機加工工藝:扭杆彈簧在上料架上通過撥料杆撥入輥道，驅動輥子將料送到進給裝置中，隨後材料通過夾緊架夾緊並被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅動輥子通過氣缸夾緊後送出，最後由卸料杆將材料收集於下料臺架中，進給裝置中的進給速度為6米/分，切削頭轉速800轉/分；
[0023]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發生器對材料採用甲醇裂解保護，氣氛濃度為7m3/h，採用中頻淬火工藝對材料進行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內加熱至800°C，然後進行雙介質淬火，水作為快冷淬火介質，水的溫度為20°C，處理時間為3min,油作為慢冷淬火介質油的溫度為50°C,處理時間為6min ；
[0024]d)回火工藝:回火溫度為500°C，保溫時間為2h，最後將冷卻後的材料進行噴丸強化；[0025]e)預扭工藝:扭杆彈簧在回火工序後，表面噴塑加工前對其施加一個大於彈性極根的扭矩，使表面應力大於屈服極限，但低於強度極限，斷面金屬產生塑性變形而提高扭杆彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強扭，把前懸左、右扭杆彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預扭後的彈性極限扭矩與預扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預扭係數，預扭係數反映了預扭後承載能力提高的程度。
[0026]所述步驟a)中機械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機或擠齒機來加工鋸齒形，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發生器中甲醇的裂解溫度為260°C，採用的甲醇純度為99.99%進口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在0.2~1.4%範圍內進行調節，甲醇低溫裂解氣氛可控發生器內安裝有超溫、超壓安全報警
裝直。
[0027]實施例二:
[0028]a)制坯工藝:選取表面粗糙度達到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度(lmm/M的材料，然後把材料按工藝規定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到1000°C，使用鐓鍛機鐓粗或成形，鐓鍛後的端部用退火爐進行加熱慢冷，退火爐起始溫度為1000°c，降溫速度為200°c /h，然後對端部進行機械加工；
[0029]b)機加工工藝:扭杆彈簧在上料架上通過撥料杆撥入輥道，驅動輥子將料送到進給裝置中，隨後材料通過夾緊架夾緊並被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅動輥子通過氣缸夾緊後送出，最後由卸料杆將材料收集於下料臺架中，進給裝置中的進給速度為10米/分，切削頭轉速1200轉/分；
[0030]c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發生器對材料採用甲醇裂解保護，氣氛濃度為10m3/h，採用中頻淬火工藝對材料進行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內加熱至1000°C，然後進行雙介質淬火，水作為快冷淬火介質，水的溫度為30°C，處理時間為5min，油作為慢冷淬火介質油的溫度為70°C，處理時間為7min ；
[0031]d)回火工藝:回火溫度為600°C，保溫時間為3h，最後將冷卻後的材料進行噴丸強化；
[0032]e)預扭工藝:扭杆彈簧在回火工序後，表面噴塑加工前對其施加一個大於彈性極根的扭矩，使表面應力大於屈服極限，但低於強度極限，斷面金屬產生塑性變形而提高扭杆彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強扭，把前懸左、右扭杆彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預扭後的彈性極限扭矩與預扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預扭係數，預扭係數反映了預扭後承載能力提高的程度。
[0033]所述步驟a)中機械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機或擠齒機來加工鋸齒形，所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發生器中甲醇的裂解溫度為390°C，採用的甲醇純度為99.99%進口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3，氣氛碳勢可在
0.2~1.4%範圍內進行調節，甲醇低溫裂解氣氛可控發生器內安裝有超溫、超壓安全報警
裝直。
[0034]上述實施例是對本發明的說明，不是對本發明的限定，任何對本發明簡單變換後的方案均屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝，依次包括以下步驟: a)制坯工藝:選取表面粗糙度達到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直線度< Imm/M的材料，然後把材料按工藝規定長度切斷，用端部加熱裝置把材料加熱到950~1000°C，使用鐓鍛機鐓粗或成形，鐓鍛後的端部用退火爐進行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900~.1000°C，降溫速度為100~200°C /h，然後對端部進行機械加工； b)機加工工藝:扭杆彈簧在上料架上通過撥料杆撥入輥道，驅動輥子將料送到進給裝置中，隨後材料通過夾緊架夾緊並被拉出，材料由下料裝置上的兩組驅動輥子通過氣缸夾緊後送出，最後由卸料杆將材料收集於下料臺架中，進給裝置中的進給速度為4~10米/分，切削頭轉速280~1460轉/分； c)淬火工藝:通過甲醇低溫裂解氣氛可控發生器對材料採用甲醇裂解保護，氣氛濃度為7~10m3/h，採用中頻淬火工藝對材料進行處理，通過中頻交流電將材料在3~5秒內加熱至800~1000°C，然後進行雙介質淬火，水作為快冷淬火介質，水的溫度為20~30°C，處理時間為3~5min,油作為慢冷淬火介質油的溫度為50~70°C,處理時間為6~7min ； d)回火工藝:回火溫度為500~600°C，保溫時間為2~3h，最後將冷卻後的材料進行噴丸強化； e)預扭工藝:扭杆彈簧在回火工序後，表面噴塑加工前對其施加一個大於彈性極根的扭矩，使表面應力大於屈服極限，但低於強度極限，斷面金屬產生塑性變形而提高扭杆彈簧的彈性極限，這種工藝方法在工程上稱作強扭，把前懸左、右扭杆彈簧分別按逆時針與順時針方向施加額定扭矩，計算得到預扭後的彈性極限扭矩與預扭前的彈性極限扭矩的比值，所述比值稱作預扭係數，預扭係數反映了預扭後承載能力提高的程度。
2.如權利要求1所述的一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝，其特徵在於:所述步驟a)中機械加工順序是:加工中心孔、車削外徑、滾軋加工，車削外徑把鐓鍛部分直徑車削到成品尺寸，同時把與主體材料直徑連接部分車削光滑，滾軋加工是通過滾軋機或擠齒機來加工鋸齒形。
3.如權利要求1所述的一種高應力扭杆彈簧熱處理工藝，其特徵在於:所述步驟c)中的甲醇低溫裂解氣氛可控發生器中甲醇的裂解溫度為260~390°C，採用的甲醇純度為.99.99%進口甲醇，甲醇耗量為0.55L/m3,氣氛碳勢可在0.2~1.4%範圍內進行調節，甲醇低溫裂解氣氛可控發生器內安裝有超溫、超壓安全報警裝置。
【文檔編號】C21D9/02GK103898302SQ201410123890
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】周成水 申請人:浙江瑪斯特汽配有限公司