一種弧形彈簧的加工工藝的製作方法

2023-05-03 22:18:56

專利名稱：一種弧形彈簧的加工工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種彈簧的製作工藝，尤其涉及一種大弧度的弧形彈簧的加工工藝。
背景技術：
彈簧作為一種廣泛使用的彈性元件，其外形多為圓柱形，生產加工可分為冷捲成形和熱捲成形，其中冷捲成形的主要加工工序有卷簧一去應力退火一端面磨平一(倒角)一拋丸一立定處理一表面處理一包裝等。彈簧為了與其裝配空間更好地吻合，也有設計為非圓柱形的，如汽車雙質量飛輪用的彈簧。這種彈簧的加工工藝與圓柱形彈簧的加工工藝不完全一樣。比如2007年12月沈日公告了 CN101092014A號的中國專利，名稱為一種汽車液力變矩器用弧形彈簧的製作工藝及其專用設備，弧形彈簧的製作步驟為原材料採購一卷製成弧形一去應力回火一噴丸強化處理一立定處理一端面磨削一外圓倒角一尺寸檢查一性能檢查一疲勞壽命檢查一表面防鏽處理一成品包裝。所述的步驟立定處理採用專用弧形彈簧立定處理機，它底座上一側設有軸承座，軸承座用銷子連接壓力杆，壓力杆另一端通過壓杆連接頭按氣缸，壓力杆設有上螺旋壓頭，底座上設有下螺旋壓頭。再比如2010年7月28日公告了 CN101786221A的中國專利，名稱為弧形彈簧的加工方法，弧形彈簧的製作步驟為
1.1採購、檢驗並選取合適的原材料；
1. 2對選好的原材料螺旋型彎曲冷捲成弧形，對彈簧的外端圈與相鄰的第二圈並緊處
理；
1. 3對冷卷後的彈簧進行退火；
1.4退火後對彈簧兩端面磨削，磨平彈簧的端圈；
1. 5接著對彈簧進行噴丸強化處理；
1. 6對經過噴丸處理的彈簧進行去磁處理；
1. 7彈簧去磁後進行清洗並進入熱強壓工序；
1. 8熱強壓後按不同的負荷分段進行負荷分選，性能一致的為一組；
1. 9最後對彈簧做表面防鏽處理製成最終產品弧形彈簧，並包裝入庫。上述兩種弧形彈簧加工工藝流程中，都是在卷簧這道工序通過數控卷簧的單軸同步控制功能，不斷地改變彈簧圈的節距，使外一邊的節距大於另一邊的節距，從而使卷出來的彈簧為弧形。這種工藝存在以下弊端
卷制所形成的弧形，其軸心線在一個平面內，在經過去應力回火工序後，由於彈簧直徑的變化，會導致整條彈簧軸心線變成一個螺旋形，即彈簧不在一個平面內，無法正常使用。對於自由角度大於45度的弧形彈簧，如果在卷簧工序將其卷製成弧形，彈簧會繞著卷簧芯軸快速旋轉，在離力心的作用下，彈簧外徑、節距等尺寸都會產生變化，無法做出合格的弧形彈簧。

發明內容
本發明提供了一種能有效成型自由角度大於45度的弧形彈簧，並且保證彈簧的熱鬆弛率小於2%，瞬間扭矩大，疲勞壽命100萬次以上的弧形彈簧的成型工藝；解決了現有技術中存在的大角度的弧形彈簧的成品率低，不能正常使用的技術問題。本發明的上述技術問題是通過下述技術方案解決的一種弧形彈簧的加工工藝， 其特徵在於包括以下工序
第一步，卷簧，將鋼絲胚料按照預製高度、外徑和圈數，將彈簧的兩端並緊，卷繞成圓柱形的螺旋彈簧；
第二步，第一次去應力退火； 第三步，磨簧；
第四步，對回火後的彈簧的每一圈進行逐一的開距，使得彈簧一側的節距大於另一側的節距，將直線彈簧變成弧形彈簧； 第五步，第二次去應力退火；
第六步，拋丸，採用兩次拋丸，第一次拋丸的直徑和強度大於第二拋丸的直徑和強度；
第七步，熱強壓；
第八步，分選；
第九步，角剛度和扭矩測試，
第十步，疲勞壽命試驗；
第十一步，表面防鏽處理。第一步卷簧時，材料經過數控卷簧機的卷制，形成一個形狀為圓柱形的螺旋彈簧， 其有效圈的外徑、節距相等，兩端各有1圈-3. 5圈是並緊的，卷簧在四軸以上的電腦數控卷簧機上進行，卷簧機的外徑控制精度應小於0. 2mm，圈數控制小於0. 1圈，彈簧自由長度控制精度小於0. 5mm。在卷簧的時候並不對彈簧進行弧形成型，而是卷簧後先對圓柱形的彈簧採用網帶式熱風循環回火爐進行一次回火處理，以消除卷制過程中殘留在彈簧材料內的有害殘餘拉應力。然後採用自動磨簧機將彈簧的兩端的工作支撐面磨平，彈簧端面磨麵角度在270° 340°，端頭剩餘厚度大於鋼絲直徑的10%。經過了回火去除了有害殘餘拉應力和磨簧後，再進行弧線成型，將圓柱狀的彈簧一側進行開距，形成弧形彈簧，成型後的弧形彈簧自然彎曲成一個弧形，內側及外側鋼絲間間距不均勻度小於0. 5mm，彈簧平面度小於 2mm,彈簧端頭起始位置均保持一致。在形成弧形後，再次進行回火處理，保證了弧形彈簧在成型後不會回彈，滿足了大角度弧形彈簧的成型需要。本發明是通過卷簧一退火一磨簧一弧線成形一退火，這樣兩次退火，卷簧和弧線成形分開的工藝完成大角度的彈簧的加工成型，成型的大角度的弧形彈簧的軸線位於同一弧線上，且彈簧不容易變形，熱鬆弛率低，成品率高。避免了原有的加工工藝中在卷簧的同時就進行了弧形成型產生的弧形外徑、節距變化大，參數控制不容易的問題，原有工藝中卷簧的同時弧線成型，因為弧度比較大，使得已卷好的部分沿著卷簧芯軸作圓周旋轉，造成尺寸不穩定。而本發明的方法是將卷簧和弧線成型分開進行，有效的避免這個問題。同時也避免了卷簧的同時成型弧形彈簧後進行回火，彈簧軸心線不在一條弧線上，使得彈簧的成型效果不好，彈簧不在一個平面內發生偏移的問題。本發明卷簧後回火一次，弧線成型後再回火一次，使得成型後的彈簧弧線角度保持好。
作為優選，在卷簧前挑選原材料，原材料的表面硬度大於51HRC，原材料的斷面收縮率大於35%，原材料的截面半徑1/3範圍內無超過15微米的非金屬夾雜物，原材料表面超過40微米的有害缺陷應噴油漆作為顯著標識。在汽車雙質量飛輪弧形彈簧的工作中，彈簧與飛輪的弧形槽有非常大的摩擦阻力，因此要求彈簧的原材料有較高的抗拉強度、表面硬度及較高的韌性性能，同時對材料中的非金屬夾雜物進行了嚴格的控制。噴漆的標示可以在卷簧過程中被識別，從而被淘汰。
作為優選，所述的卷簧後的第一次去應力退火的溫度在320°C、70°C，退火時間在 30-65分鐘，回火爐的有效保溫時間大於彈簧進出爐時間的40%。經過第一次回火的彈簧表面的殘餘應力小於150Mpa，去除了卷簧後的彈簧內的有害應力，提高彈簧的使用壽命。作為優選，所述的第二次去應力退火的溫度在200°C、50°C，退火時間在2(Γ60分鐘，回火爐的有效保溫時間大於彈簧進出爐時間的40%。在弧線成型後進行第二次回火，彈簧表面的殘餘應力小於250Mpa，保證弧線成型的彈簧的成型效果。作為優選，所述的拋丸採用履帶式拋丸機進行拋丸，拋丸用的拋射材料為鋼絲切丸，鋼絲切丸的硬度大於600HV，拋射鋼丸線速度不小於60m/s，第一次拋丸的直徑為 0. 4^0. 8mm，第二次拋丸的直徑為0. 2^0. 6mm。兩次拋丸時，拋丸機的拋投頻率不低於50Hz， 經過第一次拋丸後，彈簧內外表面和覆蓋率不低於95%，拋丸強度不低於0. 3A，表面的殘餘壓應力不低於_500Mpa，次表面最大殘餘壓應力不低於-700Mpa。經過第二次拋丸後，彈簧內外表面和覆蓋率不低於100%，拋丸強度不低於0. 2A，表面的殘餘壓應力不低於-600Mpa， 次表面最大殘餘壓應力不低於_800Mpa。作為優選，所述的熱強壓溫度設定為180°C 280°C，保溫時間在10 30分鐘，壓力設定為彈簧理論壓並扭矩的1. 2 2倍，在強壓過程中，彈簧的實際溫度不低於50°C，強壓機將彈簧壓至並緊後停留0. 5 15s，強壓次數為廣5次。經過熱強壓後防止了彈簧的鬆弛，提高了彈簧的疲勞強度。作為優選，所述的分選包括曲率半徑分選、角度分選和垂直度分選。通過檢驗設備準確的測量彈簧的自由角度和垂直度，同時檢測彈簧的弧形半徑，選擇合格產品。作為優選，弧形卷簧後的彈簧的弧度大於π/4。大角度的彈簧的成型效果好，成品率高。因此，本發明的弧形彈簧的加工工藝具備下述優點對於大角度的弧形彈簧的成型率高，彈簧的中心軸線位於同一弧線上，弧形不會產生偏移，彈簧的參數容易控制，疲勞壽命長。
具體實施例方式下面通過實施例，對發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例
一種弧形彈簧的加工工藝，選用OTEVA 75SC材料作為加工的原材料，檢查原材料淘汰不合格產品，進行卷簧。卷簧在四軸以上的電腦數控卷簧機上進行，鋼絲胚料按照預製高度、外徑和圈數，將彈簧的兩端並緊，卷繞成圓柱形的螺旋彈簧。卷簧後在回火爐內保持退火溫度為410°C的條件下去應力退火，保溫時間為60分鐘，彈簧表面的殘餘應力小於 150Mpa。退火後，對彈簧的兩端面進行磨削，磨削角度在27(Γ330度，端頭剩餘厚度大於0. 15d(d為鋼絲直徑)，磨削後利用弧形成形設備將卷繞好的圓柱形彈簧的有效圈進行逐一開距，使得彈簧一側的節距大於另一側的節距，從而形成角度大於45度的弧形彈簧，成型後的彈簧平面度小於2mm，角度大於45度。成型後的彈簧進行第二次去應力退火，退火溫度為350°C，退火時間為60分鐘，彈簧表面的殘餘應力小於250Mpa。二次退火後，用0. 7mm 的鋼絲拋丸，鋼丸的硬度大於600HV，在拋投頻率不低於50Hz的拋丸機內對彈簧進行拋丸， 拋丸線速度不小於60m/s，拋丸強度為0. 36A，拋丸後表面的殘餘壓應力不低於_500Mpa，次表面最大殘餘壓應力不低於-700Mpa。第一次拋丸後進行第二次拋丸，採用0. 4mm的鋼絲拋丸，拋丸強度為0. 25，經過第二次拋丸後，彈簧內外表面和覆蓋率不低於100%，拋丸強度不低於0. 2A，表面的殘餘壓應力不低於-600Mpa，次表面最大殘餘壓應力不低於_800Mpa。經過二次拋丸後的弧形彈簧在強壓機內加熱溫度為220°C，保溫20分鐘，強壓至並緊，並保持 3s，強壓3次完成熱強壓工序，在強壓過程中，彈簧的實際溫度不低於100°C，壓力設定為彈簧理論壓並扭矩的2倍。強壓後的彈簧送至分選設備進行自由角度分選，垂直度分選，曲率半徑分選，角剛度和工作扭矩測試，疲勞壽命試驗。上述的自由角度、垂直度、曲率半徑是根據客戶要求進行選擇。角剛度和扭矩在弧形彈簧扭矩試驗機上進行，扭矩試驗機配合與彈簧弧形半徑匹配的測試工裝，能準確的測量彈簧的進程曲線和返程曲線，並能自動計算彈簧的角剛度。經過分選和疲勞試驗後的合格彈簧，浸塗防鏽油來完成表面防鏽處理，經過防鏽處理後的彈簧包裝入庫。
權利要求
1.一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於包括以下工序第一步，卷簧，將鋼絲胚料按照預製高度、外徑和圈數，將彈簧的兩端並緊，卷繞成圓柱形的螺旋彈簧；第二步，第一次去應力退火； 第三步，磨簧；第四步，對回火後的彈簧的每一圈進行逐一的開距，使得彈簧一側的節距大於另一側的節距，將直線彈簧變成弧形彈簧； 第五步，第二次去應力退火；第六步，拋丸，採用兩次拋丸，第一次拋丸的直徑和強度大於第二拋丸的直徑和強度；第七步，熱強壓；第八步，分選；第九步，角剛度和扭矩測試，第十步，疲勞壽命試驗；第十一步，表面防鏽處理。
2.根據權利要求1所述的一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於在卷簧前挑選原材料，原材料的表面硬度大於51HRC，原材料的斷面收縮率大於35%，原材料的截面半徑1/3範圍內無超過15微米的非金屬夾雜物，原材料表面超過40微米的有害缺陷應噴油漆作為顯著標識。
3.根據權利要求1或2所述的一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於所述的卷簧後的第一次去應力退火的溫度在320°C、70°C，退火時間在30-65分鐘，回火爐的有效保溫時間大於彈簧進出爐時間的40%。
4.根據權利要求1或2所述的一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於所述的第二次去應力退火的溫度在200°C、50°C，退火時間在2(Γ60分鐘，回火爐的有效保溫時間大於彈簧進出爐時間的40%。
5.根據權利要求1或2所述的一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於所述的拋丸採用履帶式拋丸機進行拋丸，拋丸用的拋射材料為鋼絲切丸，鋼絲切丸的硬度大於600HV， 拋射鋼丸線速度不小於60m/s，第一次拋丸的直徑為0. Γ0. 8mm,第二次拋丸的直徑為 0. 2 0· 6mm。
6.根據權利要求1或2所述的一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於所述的熱強壓溫度設定為180°C 280°C，保溫時間在1(Γ30分鐘，壓力設定為彈簧理論壓並扭矩的1. 2 2 倍，在強壓過程中，彈簧的實際溫度不低於50°C，強壓機將彈簧壓至並緊後停留0. 5^15s, 強壓次數為廣5次。
7.根據權利要求1或2所述的一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於所述的分選步驟包括曲率半徑分選、角度分選和垂直度分選。
8.根據權利要求1或2所述的一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於弧形卷簧後的彈簧的弧度大於η/4。
全文摘要
本發明涉及一種大弧度的弧形彈簧的加工工藝。一種弧形彈簧的加工工藝，其特徵在於包括以下工序卷簧；第一次去應力退火；磨簧；彎曲為弧形彈簧；第二次去應力退火；拋丸；熱強壓；分選；角剛度和扭矩測試；疲勞壽命試驗；表面防鏽處理。本發明提供了一種能有效成型自由角度大於45度的弧形彈簧，並且保證彈簧的熱鬆弛率小於2%，瞬間扭矩大，疲勞壽命100萬次以上的弧形彈簧的成型工藝；解決了現有技術中存在的大角度的弧形彈簧的成品率低，不能正常使用的技術問題。
文檔編號B23P15/00GK102501009SQ20111033017
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者邵文武 申請人:杭州富春彈簧有限公司