一種彈簧的製作方法
2023-10-27 11:30:27 3
專利名稱：一種彈簧的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種彈簧，特別是表面經過噴丸處理並附著複合強化層結構的彈簧。
技術背景隨著汽車、動力機械等工業的發展，對汽車懸架彈簧和發動機氣門彈簧提出了高應力、輕量化、長壽命的技術要求，抗疲勞製造技術成為彈簧製造的關鍵技術指標。目前業界主要通過開發高強度彈簧鋼、噴丸強化技術、滲氮強化技術提高彈簧的疲勞性能。近年來，氣門簧的表面氮化強化處理開始應用，它是一種表面化學熱處理工藝，利 用表面金屬的化學成分和組織的變化提高材料的表面硬度，並形成較高的壓應力，從而提 高零件的疲勞強度。但氮化工藝也存在一些問題，需要一定的高溫條件，會導致彈簧心部硬度降低，影響彈簧的抗鬆弛性能，還要解決環保排放及成本較高問題。噴丸強化技術是目前常用的一種彈簧強化技術，彈簧噴丸強化層是一層循環應變硬化層，其層內呈殘餘壓應力狀態，顯著提高彈簧的疲勞壽命，但對於彈簧圈距較小的彈簧，如氣門彈簧，由於丸粒進入彈簧內側受阻，彈簧內側噴丸強化不足，噴丸產生的壓應力較小；因此彈簧的噴丸強化技術還存在一定的局限性。並且經過噴丸處理的彈簧表面仍有微裂紋、劃痕，以及彈簧鋼近表面的夾渣缺陷，存在潛在的危險疲勞源；國產彈簧一般經過1.0X107次疲勞試驗就發生斷裂，與國外3. 0X107次疲勞試驗不發生斷裂的技術水平相差較遠，進口國外優質的彈簧鋼，價格昂貴
實用新型內容
為了解決現有技術中彈簧的抗疲勞強度不足以及表面的潛在危險疲勞源缺陷、降低彈簧的生產成本，本實用新型提出了在現有噴丸強化彈簧的基礎上，在噴丸強化層表面附著複合強化層的技術方案，有效地提高了彈簧的疲勞強度和降低了生產成本。本實用新型的技術方案是一種彈簧，包括彈簧金屬基體和彈簧金屬基體表層的噴丸強化層，其中所述的噴丸強化層外附有複合強化層。所述的複合強化層為含有金剛砂、碳化矽、三氧化二鋁、氧化鈦、碳化硼之一的沉積層。所述的沉積層是由金剛砂、碳化矽、三氧化二鋁、氧化鈦、碳化硼之一與鉻基或鎳基溶液混合製成鍍液，通過電沉積的方法在彈簧的噴丸強化層外形成複合強化層。所述的金剛砂、碳化矽、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼佔鍍液重量的30% -50%,電沉積在40攝氏度到80攝氏度的溫度下進行，效果較佳。所述的金剛砂、碳化矽、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼的粒徑範圍在O. I納米-300納米之間。進一步，所述的彈簧可以為螺旋彈簧，如發動機氣門彈簧或汽車懸架彈簧，效果明顯，也可以是其他類型的彈簧。所述彈簧的線材截面為圓形或橢圓形或梯形或三角形或多邊形。[0012]本實用新型由於採用了上述的技術方案，通過在彈簧表面沉積了複合強化層，複合強化層具有金屬的特徵，又具有較高的硬度的強度，硬而不脆；而且複合強化層的電沉積，解決了彈簧內壁噴丸盲區的困難，納米微粒填充了微裂紋和劃痕，消除或減少了彈簧的疲勞源，使得彈簧大大降低或消除了彈簧表面的疲勞危險缺陷，顯著提高彈簧的疲勞強度，使彈簧的疲勞壽命提高一倍以上，同時提高了彈簧的耐腐蝕性，有效降低了高強度彈簧的成本。
圖I為本實用新型所述複合強化氣門彈簧的示意圖。圖2為本實用新型所述複合強化氣門彈簧沿A-A'向剖面所得到的線材截面的放大示意圖。
具體實施方式
為了進一步說明本發明的技術效果，結合具體的實施例來對本實用新型的技術方案做進一步的闡述。實施例I :用金剛砂微粒混合沉積製得的複合強化氣門彈簧1，如圖I、圖2所示取普通的鋼質氣門彈簧，經過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質基體2表面形成了噴丸強化層3，用50納米到200納米之間的金剛石和鉻基溶液混合後製成鍍液，其中金剛砂微粒重量佔混合溶液重量的50%，在50攝氏度溫度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經過噴丸工藝處理的鋼質氣門彈簧表面，在噴丸強化層3的表面形成複合強化層4，得到沉積有金剛砂微粒的複合強化氣門彈簧I ;經過在ZSS-041B型疲勞試驗機上進行疲勞試驗，同時裝機8件，經過3. OX IO7次疲勞試驗未發生斷裂，P2負荷損失率為I. 25 I. 83%，疲勞試驗合格。實施例2 :用三氧化二鋁微粒混合沉積製得的複合強化氣門彈簧I如圖I、圖2所示取普通的鋼質氣門彈簧，經過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質基體2表面形成了噴丸強化層3，用80納米到200納米之間的三氧化二鋁和鎳基溶液混合後製成鍍液，其中三氧化二鋁微粒重量佔混合溶液重量的30%，在70攝氏溫度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經過噴丸工藝處理的鋼質氣門彈簧表面，在噴丸強化層3的表面形成複合強化層4，得到複合強化氣門彈簧1，經過在ZSS-041B型疲勞試驗機上進行疲勞試驗，同時裝機8件，經過3. 0X107次疲勞試驗未發生斷裂，P2負荷損失率為I. 49 2. 25%，疲勞試驗合格。實施例3 :用碳化矽微粒混合沉積得到的複合強化氣門彈簧1，如圖I、圖2所示取普通的鋼質氣門彈簧，經過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質基體2表面形成了噴丸強化層3，用O. I納米到300納米之間的碳化矽和鎳基溶液混合後製成鍍液，其中碳化矽微粒重量佔混合溶液重量的30%，在40攝氏度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經過噴丸工藝處理的鋼質氣門彈簧表面，在噴丸強化層3的表面形成複合強化層4，得到複合強化氣門彈簧1，經過在ZSS-041B型疲勞試驗機上進行疲勞試驗，同時裝機8件，經過3.0X107次疲勞試驗未發生斷裂，P2負荷損失率為2. 95 4. 33%，疲勞試驗合格。實施例4 :用碳化硼微粒混合沉積製得的複合強化氣門彈簧1，如圖I、圖2所示[0023]取普通的鋼質氣門彈簧，經過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質基體2表面形成了噴丸強化層3，用50納米到150納米之間碳化硼和鎳基溶液混合後製成鍍液，其中碳化硼微粒重量佔混合溶液重量的45%，在80攝氏度溫下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經過噴丸工藝處理的鋼質氣門彈簧表面，在噴丸強化層3的表面形成複合強化層4，得到複合強化氣門彈簧1，經過在ZSS-041B型疲勞試驗機上進行疲勞試驗，同時裝機8件，經過3.0X107次疲勞試驗未發生斷裂，P2負荷損失率為I. 55 2. 33%，疲勞試驗合格。實施例5 :用氧化鈦微粒混合沉積製得的複合強化氣門彈簧1，如圖I、圖2所示取普通的鋼質氣門彈簧，經過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質基體2表面形成了噴丸強化層3，用80納米到200納米之間氧化鈦和鉻基溶液混合後製成鍍液，其中氧化鈦微粒重量佔鍍液的50%，在45攝氏度的溫度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經過噴丸 工藝處理的鋼質氣門彈簧表面，在噴丸強化層3的表面形成複合強化層4，製得複合強化氣門彈簧1，在ZSS-041B型疲勞試驗機上進行疲勞試驗，同時裝機8件，經過6. OX IO7次疲勞試驗未發生斷裂，P2負荷損失率為I. 25 I. 93%，疲勞試驗合格。通過以上實施例可以看出，金屬彈簧表面附著O. I納米到300納米之間的微粒材料後，其表面的疲勞源減少，使得彈簧大大降低或消除了彈簧表面的疲勞危險缺陷，顯著提高彈簧的疲勞強度，使彈簧的疲勞壽命提高一倍以上，使普通國產彈簧經過3. OX 107次以上疲勞試驗未發生斷裂，最高可達6. O X 107次不斷裂，遠超過國際標準的3. O X 107次以上疲勞試驗未發生斷裂，該效果大大超過了本領域技術人員所能預見的效果。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求1.一種彈簧，包括彈簧金屬基體和彈簧金屬基體表層的噴丸強化層，其特徵在於所述的噴丸強化層外附有複合強化層。
2.如權利要求I所述的彈簧，其特徵在於所述的複合強化層為含有金剛砂、碳化矽、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼之一的沉積層。
3.如權利要求2所述的彈簧，其特徵在於所述的金剛砂、碳化矽、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼的粒徑範圍在O. I納米一 300納米之間。
4.如權利要求I或2或3所述的彈簧，其特徵在於所述的彈簧為螺旋彈簧。
5.如權利要求I或2或3所述彈簧，其特徵在於所述彈簧的線材截面為圓形或橢圓形或梯形或三角形或多邊形。
6.如權利要求4所述彈簧，其特徵在於所述彈簧的線材截面為圓形或橢圓形或梯形或三角形或多邊形。
專利摘要本實用新型涉及一種彈簧，該彈簧金屬基體的表層為噴丸強化層，在噴丸強化層的外面沉積複合強化層，所述的複合強化層為金剛砂微粒、碳化矽微粒、三氧化二鋁微粒之一與鉻基或鎳基材料的混合沉積層；採用這種表面具有複合強化結構的彈簧，其抗疲勞性能得到了有效地提高。
文檔編號F16F1/02GK202674124SQ20122001955
公開日2013年1月16日 申請日期2012年1月17日 優先權日2011年1月23日
發明者劉江濤, 劉元傑, 李和平 申請人:劉江濤, 劉元傑, 李和平