CN101907145B - 一种高温合金正弦波纹弹簧的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热成型技术，涉及对高温合金正弦波形波纹弹簧制造方法的改进。成型的步骤如下：冲切弹簧坯料；对弹簧坯料进行机械变形处理；对弹簧坯料连同热处理模具一起进行固溶+时效热处理。本发明解决了波纹弹簧冷加工成型后不能保持形状的难题，确保了波纹弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求，提高了波纹弹簧的加工合格率。
Description
技术领域
本发明属于热成型技术，涉及对高温合金正弦波形波纹弹簧制造方法的改进。
背景技术
高温合金正弦波形波纹弹簧属于异型弹簧，它使用GH4169高温合金板材制造。该波纹弹簧为圆环形，参见图1，它的圆环面展开后呈现为3～5个周期的正弦波波形，它的厚度为0.1±0.05mm。现有成型方法是：使用冲压模具通过冷加工冲压成型，然后进行热处理，消除内应力并稳定尺寸。但对于壁厚仅为0.1±0.05mm的高温合金板材，冷加工成型后保持形状非常困难，无法满足图纸要求。
发明内容
本发明的目的是：提出一种高温合金正弦波纹弹簧的成型方法，以解决冷加工成型后不能保持形状的难题，确保波纹弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求，提高波纹弹簧的加工合格率。
本发明的技术方案是：一种高温合金正弦波纹弹簧的成型方法，其特征在于，成型的步骤如下：
1、冲切弹簧坯料：通过冲切加工，制成平面的弹簧坯料，该弹簧坯料为圆环形状，其内外径尺寸与波纹弹簧的内外径尺寸相等；
2、对弹簧坯料进行机械变形处理：使用热处理工装进行弹簧坯料的机械变形处理，热处理工装由上下模结合组成，在热处理工装的上下模分模面上带有相同的、由型腔和阳模间隔排列组成的环形型面，上下模合模后，在上下模的阴模型腔和阳模型面之间形成与波纹弹簧形状相同的具有3～5个周期正弦波的环形型腔，该环形型腔的高度h＝1～10δ，δ为波纹弹簧的厚度；在热处理工装的上下模的环形型面上有一层氧化锆涂层，氧化锆涂层的厚度σ＝10～20μm，氧化锆涂层通过热喷涂的方法附着在热处理工装的上下模的环形型面上；将弹簧坯料放入热处理工装的型腔内并通过夹紧机构将上下模逐步夹紧，使弹簧坯料发生机械变形，放入热处理工装的弹簧坯料的数量为n＝h/δ；
3、成型热处理：将热处理工装放入真空热处理炉进行固溶+时效热处理，步骤如下：
3.1、在热处理工装上下表面各放置一支热电偶；
3.2、锁紧炉门，进行抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
3.3、升温，以10℃/分的速率将热处理工装温度升温至800±10℃，分压至6Pa～10Pa，再以6℃/分的速率将热处理工装温度升温至970±10℃，保温60min～80min；
3.4、冷却，打开氩气风扇，将热处理工装冷却至80℃以下；
3.5、重新抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
3.6、升温，以10℃/分的速率将热处理工装升温至600±10℃，再以6℃/分的速率将热处理工装升温至720±10℃，保温8h～8.5h；
3.7、冷却，以50±15℃/h的速率将热处理工装冷却至620±10℃，保温8h～8.5h；
3.8、冷却，打开氩气风扇，将零件冷却至80℃以下；
3.9、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波纹弹簧。
本发明的优点是：解决了波纹弹簧冷加工成型后不能保持形状的难题，确保了波纹弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求，提高了波纹弹簧的加工合格率。试验证明，本发明的产品合格率从冷加工成型的几乎为零提高到90％以上。
附图说明
图1是高温合金正弦波形波纹弹簧的照片，它的圆环面展开后呈现为4个周期的正弦波波形。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种高温合金正弦波纹弹簧的成型方法，其特征在于，成型的步骤如下：
1、冲切弹簧坯料：通过冲切加工，制成平面的弹簧坯料，该弹簧坯料为圆环形状，其内外径尺寸与波纹弹簧的内外径尺寸相等；
2、对弹簧坯料进行机械变形处理：使用热处理工装进行弹簧坯料的机械变形处理，热处理工装由上下模结合组成，在热处理工装的上下模分模面上带有相同的、由型腔和阳模间隔排列组成的环形型面，上下模合模后，在上下模的阴模型腔和阳模型面之间形成与波纹弹簧形状相同的具有3～5个周期正弦波的环形型腔，该环形型腔的高度h＝1～10δ，δ为波纹弹簧的厚度；在热处理工装的上下模的环形型面上有一层氧化锆涂层，氧化锆涂层的厚度σ＝10～20μm，氧化锆涂层通过热喷涂的方法附着在热处理工装的上下模的环形型面上；将弹簧坯料放入热处理工装的型腔内并通过夹紧机构将上下模逐步夹紧，使弹簧坯料发生机械变形，放入热处理工装的弹簧坯料的数量为n＝h/δ；
3、成型热处理：将热处理工装放入真空热处理炉进行固溶+时效热处理，步骤如下：
3.1、在热处理工装上下表面各放置一支热电偶；测温时，以两支热电偶的指示值都达到预定温度时记为热处理工装的温度值；
3.2、锁紧炉门，进行抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
3.3、升温，以10℃/分的速率将热处理工装温度升温至800±10℃，分压至6Pa～10Pa，再以6℃/分的速率将热处理工装温度升温至970±10℃，保温60min～80min；
3.4、冷却，打开氩气、风扇，将热处理工装冷却至80℃以下；
3.5、重新抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
3.6、升温，以10℃/分的速率将热处理工装升温至600±10℃，再以6℃/分的速率将热处理工装升温至720±10℃，保温8h～8.5h；
3.7、冷却，以50±15℃/h的速率将热处理工装冷却至620±10℃，保温8h～8.5h；
3.8、冷却，打开氩气风扇，将零件冷却至80℃以下；
3.9、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波纹弹簧。
本发明的工作原理是：
本零件的材料为GH4169，是以体心四方的γ″和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，退火态的冷轧板材，通过冲切加工，制成平面的弹簧坯料，然后室温下进行机械变形处理，固定工装后970℃真空固溶处理，材料在高温下屈服强度降低，材料软化，零件形状发生变化，冷却后再进行720℃和620℃两段真空时效处理，析出γ″和γ′强化相，其抗拉强度1450MPa、屈服强度1140MPa，屈强比值为0.78，屈强比高因此不会发生塑性变形，满足弹性元件的要求。
实施例1：
冲切好的平面弹簧圆环5个，装入具有3个周期正弦波的环形型腔的工装，工装表面热喷涂10μm氧化锆涂层，进行真空热处理：
1.1、在热处理工装上下表面各放置一支热电偶；测温时，以两支热电偶的指示值都达到预定温度时记为热处理工装的温度值；
1.2、锁紧炉门，进行抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
1.3、升温，以10℃/分的速率将热处理工装温度升温至800±10℃，分压至6Pa，再以6℃/分的速率将热处理工装温度升温至970±10℃，保温60min；
1.4、冷却，打开氩气、风扇，将热处理工装冷却至60℃；
1.5、重新抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
1.6、升温，以10℃/分的速率将热处理工装升温至600℃，再以6℃/分的速率将热处理工装升温至720℃，保温8h；
1.7、冷却，以45℃/h的速率将热处理工装冷却至620℃，保温8h
1.8、冷却，打开氩气风扇，将零件冷却至60℃；
1.9、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波纹弹簧。
加工成品件如图1。
实施例2：
冲切好的平面弹簧圆环10个，装入具有3个周期正弦波的环形型腔的工装，工装表面热喷涂10μm氧化锆涂层，进行真空热处理：
2.1、在热处理工装上下表面各放置一支热电偶；测温时，以两支热电偶的指示值都达到预定温度时记为热处理工装的温度值；
2.2、锁紧炉门，进行抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
2.3、升温，以10℃/分的速率将热处理工装温度升温至800±10℃，分压至6Pa，再以6℃/分的速率将热处理工装温度升温至970±10℃，保温60min；
2.4、冷却，打开氩气、风扇，将热处理工装冷却至60℃；
2.5、重新抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
2.6、升温，以10℃/分的速率将热处理工装升温至600℃，再以6℃/分的速率将热处理工装升温至720℃，保温8.5h；
2.7、冷却，以45℃/h的速率将热处理工装冷却至620℃，保温8.5h
2.8、冷却，打开氩气风扇，将零件冷却至60℃；
2.9、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波纹弹簧。
加工零件合格。
实施例3：
冲切好的平面弹簧圆环5个，装入具有4个周期正弦波的环形型腔的工装，工装表面热喷涂20μm氧化锆涂层，进行真空热处理：
3.1、在热处理工装上下表面备放置一支热电偶；测温时，以两支热电偶的指示值都达到预定温度时记为热处理工装的温度值；
3.2、锁紧炉门，进行抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
3.3、升温，以10℃/分的速率将热处理工装温度升温至800±10℃，分压至6Pa，再以6℃/分的速率将热处理工装温度升温至970±10℃，保温60mi n；
3.4、冷却，打开氩气、风扇，将热处理工装冷却至60℃；
3.5、重新抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
3.6、升温，以10℃/分的速率将热处理工装升温至600℃，再以6℃/分的速率将热处理工装升温至720℃，保温8h；
3.7、冷却，以45℃/h的速率将热处理工装冷却至620℃，保温8h
3.8、冷却，打开氩气风扇，将零件冷却至60℃；
3.9、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波纹弹簧。
加工成品件如图1。
Claims (1)
1.一种高温合金正弦波纹弹簧的成型方法，其特征在于，成型的步骤如下：
1.1、冲切弹簧坯料：通过冲切加工，制成平面的弹簧坯料，该弹簧坯料为圆环形状，其内外径尺寸与波纹弹簧的内外径尺寸相等；
1.2、对弹簧坯料进行机械变形处理：使用热处理工装进行弹簧坯料的机械变形处理，热处理工装由上下模结合组成，在热处理工装的上下模分模面上带有相同的、由型腔和阳模间隔排列组成的环形型面，上下模合模后，在上下模的阴模型腔和阳模型面之间形成与波纹弹簧形状相同的具有3～5个周期正弦波的环形型腔，该环形型腔的高度h＝1～10δ，δ为波纹弹簧的厚度；在热处理工装的上下模的环形型面上有一层氧化锆涂层，氧化锆涂层的厚度σ＝10～20μm，氧化锆涂层通过热喷涂的方法附着在热处理工装的上下模的环形型面上；将弹簧坯料放入热处理工装的型腔内并通过夹紧机构将上下模逐步夹紧，使弹簧坯料发生机械变形，放入热处理工装的弹簧坯料的数量为n＝h/δ；
1.3、成型热处理：将热处理工装放入真空热处理炉进行固溶+时效热处理，步骤如下：
1.3.1、在热处理工装上下表面各放置一支热电偶；
1.3.2、锁紧炉门，进行抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
1.3.3、升温，以10℃/分的速率将热处理工装温度升温至800±10℃，分压至6Pa～10Pa，再以6℃/分的速率将热处理工装温度升温至970±10℃，保温60mi n～80min；
1.3.4、冷却，打开氩气风扇，将热处理工装冷却至80℃以下；
1.3.5、重新抽真空，炉内真空抽至6×10-2Pa；
1.3.6、升温，以10℃/分的速率将热处理工装升温至600±10℃，再以6℃/分的速率将热处理工装升温至720±10℃，保温8h～8.5h；
1.3.7、冷却，以50±15℃/h的速率将热处理工装冷却至620±10℃，保温8h～8.5h；
1.3.8、冷却，打开氩气风扇，将零件冷却至80℃以下；
1.3.9、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波纹弹簧。
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