CN100395482C - 一种高性能异型钢丝材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属钢制品技术领域，具体为一种高性能异型钢丝材料及其制备方法和应用。该异型钢丝的截面为略带圆弧的等腰梯形，即其上、下底边和两腰均为半径较大的圆弧线，这些圆弧线的半径与近似等腰梯形的上下底边的最大宽度和最大高度之间存在量比关系，可从等腰梯形的给定参数，计算获知上、下底边和腰的圆弧半径，从而确定其截面形状，制备方法包括预制模具、初轧、铅淬火、二道轧轧，异型模拉、淬火、回火等工艺步骤。所制得的异型钢丝可用于制作高性能的弹簧，该弹簧的钢丝截面可为准确矩形，从而获得最大的变形能。

Description

一种高性能异型钢丝材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属钢制品技术领域，具体涉及一种高性能异型钢丝材料及其制造方法和应用。
背景技术
目前生产高变形能弹簧所用的钢丝主要有以下二种：1.用截面为圆形的钢丝轧扁后绕制高变形能弹簧，2.用截面为梯形的钢丝来绕制高变形能弹簧。并且以上二种形状的钢丝都是软状态，绕制好弹簧后还要进行淬火，才能使弹簧达到设计的性能要求。用以上二种形状的钢丝作绕制弹簧的缺点是，由于绕制时材料的变形，无法使弹簧钢丝的截面成为精确的矩形。而在设计弹簧时，为了保证弹簧有最大的变形能，要求弹簧钢丝的截面必须保持精确的矩形。另外对用软材料加工后的弹簧进行热处理，在热处理的过程中很难保持弹簧的外形不变形，容易产生废品，增加生产成本，造成材料浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能的异形钢丝材料及其制备方法，该异形钢丝材料可用于绕制高质量的弹簧，使弹簧钢丝的截面为精确的矩形。
本发明提供的高性能异形钢丝材料，其截面为近似的等腰梯形，如图1所示。其上底边、下底边为圆弧形线，上、下底边圆弧形线的半径分别为R1、R2，两腰为对称的圆弧形线，该圆弧形线的半径为R3，上底的最大宽度为A，下底的最大宽度为C，上、下底边之间最大距离为B，上底边与两腰之间为圆弧光滑过渡连接，下底边与两腰之间也为圆弧光滑过渡连接，其中：
R1＝K1×ln B×(B/A+B)-2σb-C
R2＝K2×ln A×(A+B/A)-2σb
R3＝K3×ln B×σb
这里K1、K2、K3为圆弧系数，K1取0.002～0.004，K2取0.0005～0.0009，K3取0.027～0.011，σb为钢丝材料的抗拉强度，通常的弹簧钢材料的σb＝1590～1880Mpa。
上述异型钢丝材料的制备方法如下：
1、制模和选料，根据设计要求，确定异型钢丝模截面的形状，按照该截面形状，预先制作同样形状模腔的模拉用的异型模具，并选择相应的圆形钢丝坯料；
2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角近似等于或等于钢丝截面两腰之间的夹角，常温，拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；经初轧的钢丝截面形状为近似等腰梯形，但上、下两侧圆弧与原坯料圆弧相近。
3、铅淬火，对经初轧的钢丝进行铅淬火，温度为670-730℃，时间25-30分钟，然后酸洗磷化；
4、二道轧制，采用四辊轧机，四辊所围成的拉轧平面近似等于或等于的等腰梯形形状，常温，拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；经二道轧制的钢丝截面形状基本为梯形，更接近于所需钢丝截面形状。
5、异型模拉，将经过二道轧制的钢丝，通过异型模具，常温，模拉，钢丝走速为15-20m/分钟；
6、淬火，温度900±20℃，时间10-15分钟；
7、回火，温度450±20℃，时间20-30分钟。
即可制得所需异型钢丝材料。
由上述工艺制备的异型钢丝材料，可用于制备高性能的弹簧。因为由此截面图形的异型钢丝，经弯曲绕制成弹簧后，由于弹性变形的作用，弹簧钢丝截面成为精确矩形。从而获得最大的变形能，而且，绕制成弹簧后可以省去热处理工艺，大大提高了弹簧的性能及产品合格率。
本发明中，参数A、B、C由实际应用需要给定，σb根据使用材料也为给定，然后选择适当的圆弧系数K1、K2、K3，再根据公式(1)，计算出R1、R2、R3，从而确定出异型钢丝的截面形状。
根据实际使用情况，一般地，A＝1.2-10mm，B＝2.4-15mm，C＝1-7mm。R1＝1.1-30mm，R2＝0.5-6mm，R3＝3.5-120mm。
附图说明
图1为异型钢丝的截面形状图示。
图中标号：A为上底最大宽度，C为下底最大宽度，B为上下底之间的最大距离，R1为上底圆弧线的半径，R2为下底圆弧线的半径，R3为腰圆弧线的半径。
具体实施方式
实施例1，根据实际使用要求，给定参数：A＝1.26mm，B＝2.4mm，C＝1.1mm。材料采用50CrVA，其抗拉强度σb＝1630，圆弧系数K1＝0.004，K2＝0.0009，K3＝0.027。根据公式(1)计算得，R1＝12mm，R2＝0.6mm，R3＝38mm，根据A、B、C和R1、R2、R3数据确定异型钢丝截面形状。其上底、下底与腰之间分别用适当的圆弧线光滑过渡。根据此截面形状，设计制作模拉用的模具。
1、选择直径为2.6mm圆形钢丝坯料。
2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角为近似于或等于
Figure C20051011000400051
，常温拉轧，钢丝走速为15m/分钟。
3、铅淬火，对经过初轧的钢丝进行铅淬火，温度为700℃，时间28分钟，然后酸洗磷化。
4、二道轧制，采用四辊轧机，调节四辊的拉轧平面近似或等于钢丝截面的梯形形状，拉轧，钢丝走速20m/分钟。
5、异型模拉，将经过二道轧制的坯料钢丝，用预告制作的异型模具进行模拉，常温，钢线走速为18m/分钟。
6、淬火，温度900℃，时间15分钟。
7、回火，温度470℃，时间25分钟。
即得所需异型钢丝。
按常规的弹簧制作工艺，用该钢丝制作弹簧，制得的弹簧的钢丝截面为精确矩形，该弹簧具有良好的变形性能。可用作汽车离合器弹簧。
实施例2，根据实际使用要求，给定参数：A＝3.8mm，B＝4.23mm，C＝3.52mm。材料采用60SiMnA，其抗拉强度σb＝1600，圆弧系数K1＝0.003，K2＝0.0006，K3＝0.011。根据公式(1)计算得，R1＝15mm，R2＝2.8mm，R3＝25mm，根据A、B、C和R1、R2、R3数据确定异型钢丝截面形状。其上底、下底与腰之间分别用适当的圆弧线光滑过渡。根据此截面形状，设计制作模拉圆的模具。
1、选择直径为4.8mm圆形钢丝坯料。
2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角为近似于或等于
Figure C20051011000400052
常温拉轧，钢丝走速为20m/分钟。
3、铅淬火，对经过初轧的钢丝进行铅淬火，温度为670℃，时间25分钟，然后酸洗磷化。
4、二道轧制，采用四辊轧机，调节四辊的拉轧平面近似或等于钢丝截面的梯形形状，拉轧，钢丝走速15m/分钟。
5、异型模拉，将经过二道轧制的坯料钢丝，用预告制作的异型模具进行模拉，常温，钢线走速为15m/分钟。
6、淬火，温度880℃，时间12分钟。
7、回火，温度450℃，时间20分钟。
即得所需异型钢丝。
按常规的弹簧制作工艺，用该钢丝制作弹簧，制得的弹簧的钢丝截面为精确矩形，该弹簧具有良好的变形性能。可用作汽车离合器弹簧。
实施例3，根据实际使用要求，给定参数：A＝7.0mm，B＝12.2mm，C＝5.1mm。材料采用50CrVA，其抗拉强度σb＝1610，圆弧系数K1＝0.002，K2＝0.0005，K3＝0.027。根据公式(1)计算得，R1＝28mm，R2＝5mm，R3＝110mm，根据A、B、C和R1、R2、R3数据确定异型钢丝截面形状。其上底、下底与腰之间分别用适当的圆弧线光滑过渡。根据此截面形状，设计制作模拉圆的模具。
1、选择直径为13mm圆形钢丝坯料。
2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角为近似于或等于常温拉轧，钢丝走速为18m/分钟。
3、铅淬火，对经过初轧的钢丝进行铅淬火，温度为730℃，时间30分钟，然后酸洗磷化。
4、二道轧制，采用四辊轧机，调节四辊的拉轧平面近似或等于钢丝截面的梯形形状，拉轧，钢丝走速15m/分钟。
5、异型模拉，将经过二道轧制的坯料钢丝，用预告制作的异型模具进行模拉，常温，钢线走速为15m/分钟。
6、淬火，温度920℃，时间10分钟。
7、回火，温度430℃，时间15分钟。
即得所需异型钢丝。
按常规的弹簧制作工艺，用该钢丝制作弹簧，制得的弹簧的钢丝截面为精确矩形，该弹簧具有良好的变形性能。可用作模具弹簧。

Claims (3)

1.一种异型钢丝材料，其截面为近似的等腰梯形，其特征在于上底边、下底边为圆弧形线，上、下底边圆弧形线的半径分别为R1、R2，两腰为对称的圆弧形线，该圆弧形线的半径为R3，上底的最大宽度为A，下底的最大宽度为C，上、下底边之间最大距离为B，上底边与两腰之间为圆弧光滑过渡连接，下底边与两腰之间也为圆弧光滑过渡连接，其中：
R1＝K1×lnB×(B/A+B)-2σb-C
R2＝K2×lnA×(A+B/A)-2σb
R3＝K3×lnB×σb
这里K1、K2、K3为圆弧系数，K1取0.002～0.004，K2取0.0005～0.0009，K3取0.011～0.027，σb为钢丝材料的抗拉强度，σb＝1590～1880Mpa。
2.一种如权利要求1所述异型钢丝材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)制模和选料，根据设计要求，确定异型钢丝模截面的形状，按照该截面形状，预先制作同样形状模腔的模拉用的异型模具，并选择相应的圆形钢丝坯料；
(2)初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角近似等于或等于钢丝截面两腰之间的，常温，拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；
(3)铅淬火，对经初轧的钢丝进行铅淬火，温度为670-730℃，时间25-30分钟，然后酸洗磷化；
(4)二道轧制，采用四辊轧机，回辊所围成的拉轧平面近似等于或等于钢丝截面的等腰梯形形状，常温，拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；
(5)异型模拉，将经过二道轧制的钢丝，通过异型模具，常温，模拉，钢丝走速为15-20m/分钟；
(6)淬火，温度900±20℃，时间10-15分钟；
(7)回火，温度450±20℃，时间20-30分钟。
3.一种如权利要求1所述的异型钢丝材料在制备弹簧中的应用。
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