CN102380755B - 一种柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，属于弹簧加工技术领域，包括选材检测、卷簧、回火、磨簧、抛丸、强压、探伤、清洗、检验包装等步骤，其特征在于，卷簧和抛丸之后都进行回火热处理，第一次回火采用常压处理，第二次采用快速回火；在低温条件下采用3次磨簧工序；压簧后弹簧具有超细晶粒形变，卷簧圈数为5-6圈。本发明经过特殊热处理后，生产出的优质弹簧具有超细晶粒形变，具有超高强度和良好塑性，应力松弛率低，可替代进口柴油机泵喷嘴柱塞弹簧。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，属于弹簧加工技术领域。
背景技术
弹簧作为基础件，已在生产、生活领域广泛应用，品种、结构、功能都呈现多样化，因其适用场合各异，需承载的负荷与变形量不一，导致加工工艺也各不相同。
目前，大型弹簧主要用热轧弹簧钢经热卷成型，再经淬火、回火处理制成，如Z1201010104009.9动车组圆柱螺旋弹簧加工工艺；小型弹簧多用冷拉轧弹簧钢丝冷卷成型，成型后大多只进行退火处理，如ZL200910304986.0悬架弹簧加工工艺。
ZL200910304981.8和ZL201010112962.8都披露了一种发动机气门弹簧的加工工艺，但由于气门弹簧与柱塞弹簧的应用领域不同，尤其是柱塞弹簧要在有限的泵体空间内往复运动，抗疲劳性能要求更高，制作工艺精度和难度更大。柱塞弹簧的独特功能，就决定了它在工艺选材、工艺流程、参数设置等方面的差异。而现有生产厂家制作的柱塞弹簧因热处理等工艺未过关，导致柱塞弹簧在交变动载荷下工作时易折断失效，无法适应喷油泵工作压力的提高。
发明内容
本发明针对现有生产厂家生产工艺的不足，在进行多次实验、测试的基础上，提出了一种能有效确保高可靠性能、服役寿命长的优质柱塞弹簧加工工艺。
柱塞弹簧的工作原理是，柱塞弹簧安装在喷油泵中柱塞上下底盘之间，凸轮转动，通过挺柱滚轮和柱塞弹簧带动柱塞往复运动，给各缸供油。弹簧承受交变载荷，在安装预紧力和柱塞升起时所对应的应力下工作，要求疲劳强度高，弹簧经107以上最大工作应力循环试验不断裂，且永久变形量不大于弹簧自由高度的0.3％。由于工作压力和温度较高，使用条件差，容易折断。弹簧折断后柱塞卡死，如果断簧前调整齿杆在高速段，此时柱塞一直保持大流量供油易造成飞车；如果断簧前调整齿杆在低速段，断后可能造成供油不足，功率下降。
为满足上述要求，提高质量，生产出高精度、高应力、抗疲劳性能好的柱塞弹簧，本发明创造采取的解决方案是：
首先，在选材上，采用抗拉强度、弹性极限、冲击韧性和塑性等综合力学性能好、热稳定性佳的弹簧材料，优选淬火回火铬钒弹簧钢丝50CrVA。
其次，在工艺创新方面，按照可靠性模型设计更为科学合理的工艺流程，确定最优化的 定性处理参数。本发明针对弹簧材料的冷作硬化设计了消除应力的回火热处理，针对扭簧及拉簧进行端部的卷制加工进行了二次回火。加热温度、加热时间选择不当等因素都直接影响柱塞弹簧的力学性能。本发明热处理工艺的重大改进，主要体现在第一次回火采用常压处理，第二次采用快速回火，根据弹簧材料的性能差别，回火温度设定为220～500℃之间，时间约1h，不锈钢、油淬火钢、碳素弹簧钢优选420℃。
在磨簧工艺上，为确保柱塞弹簧在燃油系统中的精度和平整度，发明人在多次试验的基础上进行了创新性的摸索，即在低温条件下采用3次磨簧工艺，既确保将弹簧端部研磨得很精细，又避免像传统工艺将弹簧材料的金属织构破坏掉，出现过烧或退火现象，这样使得柱塞弹簧的韧度更好，抗疲劳性能更强。磨端面时，磨平部分约为300°端头厚度不小于d/8，表面粗糙度在Ra8.5～1.5之间。
为避免磨削时有冷拔应力，易产生端圈缝隙，本发明安排在回火之后进行磨簧、压簧。在数控冲床上进行立定处理，稳定后的弹簧尺寸在5-6圈，收尾圈体与其相邻的弹簧圈体之间的间隙约为0.3mm，比其他制造厂家的拉簧圈数约少1-2圈，使在喷油泵体有限的安装空间里，同样的柱塞弹簧高度和圈数，可以大幅度提高柱塞弹簧的工作强度和刚性，从而适应喷油泵工作压力的提高。强压作用在弹簧的极限高度或压并高度下6～48h，在温度150～320℃、压力2.5～25Mpa下，保温50～70min。
本发明采用的具体技术路线和工艺方法为：
选材检测→卷簧→低温回火→磨簧→抛丸→二次回火→强压→探伤→精磨→疲劳试验→清洗→检验包装
1、选材检测：采购、检验并选取合适的进货原材料，要求从屈服强度、表面状态、尺寸效应、冶金缺陷、腐蚀介质、化学成分、金相组织等指标综合考查，优选德、日进口油淬火弹簧钢丝。
2、卷簧：在数控卷簧机上对进入成型工艺的原材料，进行螺旋型弯曲绕制。
3、低温回火：在网带炉中进行一次定型回火处理，消除加工形成的内应力，稳定形状尺寸，其中回火温度为220～500℃，时间为45～65min。
4、磨簧：在数控磨簧机上对定型回火后的卷制弹簧，先进行2次磨削矫正，磨端面，去毛刺，磨簧温度设定在200～420℃，切磨厚度≤0.1mm/次。
5、抛丸：为提高使用寿命，采取钢制抛丸强化处理，在弹簧表面产生残余压缩应力，并降低应力集中繁感性，消除部分材料表面缺陷，抛丸的弹丸直径优选0.3～0.8mm，喷射时弹 丸的速度为50～84m/s，喷丸时间为45～60min。
6、二次回火：稳定几何尺寸，相对于一次定型工序温度可适当降低50-150度，时间为10～20min。
7、强压：为提高承载能力，要通过热强压处理，消除残变，在同等条件下使弹簧的疲劳强度提高5％～35％。强压温度设定在150～320℃，压力为2.5～25Mpa，保温50～70min。
8、探伤：采用超声波表面探伤技术，对机械加工中表面产生划伤及划痕的弹簧，经自动化设备分选移除，进行并簧处理或进入其他工序。
9、精磨：在长度分级的基础上，通过精磨工序，确保弹簧长度和垂直度的一致性，磨簧温度优选350℃，切磨厚度≤0.05mm/次。
10、疲劳试验：由于柱塞弹簧对屈服强度、抗拉强度要求很高，精磨、强压后必须进行疲劳试验，对不符合要求的剔出，另行处理。
11、清洗：对经过疲劳试验的柱塞弹簧进行清洗、防锈和表面处理，清除或最大化减少弹簧内侧面因杂渣、氧化皮等导致锈蚀，形成麻坑，以致后期形成应力集中，成为弹簧折断的疲劳源。
12、检验包装：进行出厂检验，包装，并做好标记。
本发明工序合理，经过特殊热处理后，生产出的优质弹簧具有超细晶粒形变，具有超高强度和良好塑性，应力松弛率低，能通过350h保险期试验，使其折断的故障率相对于国内其他厂家产品下降约90％。经过100万次的耐久测试，弹力在公差范围内的试验结果为：
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，如未脱离本发明创造的设计 精神，本领域普通技术人员对本发明方案作出的各种变形、改进，均落入本发明权利要求书确定的范围。
实施例1
1、选材检测：采购日本铃木油淬火弹簧钢丝，在卷簧前对其就屈服强度、表面状态、化学成分、金相织构等进行综合检验，并选取合格的原材料。
2、卷簧：在SCM3-50CNC数控卷簧机上对进入成型工艺的原材料，进行螺旋型弯曲绕制。
3、低温回火：在RJC530网带炉中进行一次定型回火处理，回火温度为220℃，时间为65min。
4、磨簧：在M7745K-9S数控磨簧机上先进行2次磨削矫正，磨端面，去毛刺，磨簧温度设定在300℃，切磨厚度≤0.1mm/次。
5、抛丸：采取钢制抛丸强化处理，第一次抛丸的弹丸直径为0.8mm，第二次抛丸的弹丸直径为0.4mm，喷射时弹丸的速度为50m/s，喷丸时间为60min。
6、二次回火：稳定几何尺寸，回火温度为170℃，时间为10min。
7、强压：温度设定在150℃，压力为2.5Mpa，保温70min。
8、探伤：采用超声波表面探伤技术，对机械加工中表面产生划伤及划痕的弹簧进行分选。
9、精磨：在长度分级的基础上，进行精磨，温度为350℃，切磨厚度≤0.05mm/次。
10、疲劳试验：精磨、强压后进行疲劳试验，对不符合要求的予以剔出。
11、清洗：对经过疲劳试验的柱塞弹簧进行清洗、防锈和表面处理。
12、检验包装：进行出厂检验，包装，并做好标记。
实施例2
1、选材检测：采购德国ROSLAV油淬火弹簧钢丝，在卷簧前对其就屈服强度、表面状态、化学成分、金相织构等进行综合检验，并选取合格的原材料。
2、卷簧：在SCM3-50CNC数控卷簧机上对进入成型工艺的原材料，进行螺旋型弯曲绕制。
3、低温回火：在RJC530网带炉中进行一次定型回火处理，回火温度为500℃，时间为45min。
4、磨簧：在M7745K-9S数控磨簧机上先进行2次磨削矫正，磨端面，去毛刺，磨簧温度设定在220℃，切磨厚度≤0.1mm/次。
5、抛丸：采取钢制抛丸强化处理，第一次抛丸的弹丸直径为0.7mm，第二次抛丸的弹丸直径为0.3mm，喷射时弹丸的速度为80m/s，喷丸时间为45min。
6、二次回火：稳定几何尺寸，回火温度为350℃，时间为15min。
7、强压：温度设定在300℃，压力为15Mpa，保温50min。
8、探伤：采用超声波表面探伤技术，对机械加工中表面产生划伤及划痕的弹簧进行分选。
9、精磨：在长度分级的基础上，进行精磨，温度为320℃，切磨厚度≤0.05mm/次。
10、疲劳试验：精磨、强压后进行疲劳试验，对不符合要求的予以剔出。
11、清洗：对经过疲劳试验的柱塞弹簧进行清洗、防锈和表面处理。
12、检验包装：进行出厂检验，包装，并做好标记。
实施例3
1、选材检测：采购国产淬火回火铬钒弹簧钢丝50CrVA，在卷簧前对其就屈服强度、表面状态、化学成分、金相织构等进行综合检验，并选取合格的原材料。
2、卷簧：在SCM3-50CNC数控卷簧机上对进入成型工艺的原材料，进行螺旋型弯曲绕制。
3、低温回火：在RJC530网带炉中进行一次定型回火处理，回火温度为420℃，时间为50min。
4、磨簧：在M7745K-9S数控磨簧机上先进行2次磨削矫正，磨端面，去毛刺，磨簧温度设定在250℃，切磨厚度≤0.1mm/次。
5、抛丸：采取钢制抛丸强化处理，第一次抛丸的弹丸直径为0.8mm，第二次抛丸的弹丸直径为0.5mm，喷射时弹丸的速度为60m/s，喷丸时间为50min。
6、二次回火：稳定几何尺寸，回火温度为250℃，时间为12min。
7、强压：温度设定在240℃，压力为12Mpa，保温60min。
8、探伤：采用超声波表面探伤技术，对机械加工中表面产生划伤及划痕的弹簧进行分选。
9、精磨：在长度分级的基础上，进行精磨，温度为360℃，切磨厚度≤0.05mm/次。
10、疲劳试验：精磨、强压后进行疲劳试验，对不符合要求的予以剔出。
11、清洗：对经过疲劳试验的柱塞弹簧进行清洗、防锈和表面处理。
12、检验包装：进行出厂检验，包装，并做好标记。
Claims (9)
1.一种柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，包括选材检测、卷簧、回火、磨簧、抛丸、强压、探伤、清洗、检验包装等步骤，其特征在于，卷簧和抛丸之后都进行回火热处理，第一次回火采用常压处理，回火温度为220～500℃之间，时间为45～65min，第二次采用快速回火，回火温度为70～450℃之间，时间为10～20min；采用3次磨簧工序，其中抛丸前先进行2次磨削矫正，磨簧温度为200～420℃，探伤后进行1次精磨，磨簧温度为350℃；压簧后弹簧具有超细晶粒形变，卷簧圈数为5-6圈。
2.根据权利要求1所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，选材检测中所选的弹簧原材料为油淬火弹簧钢丝，按批次检测屈服强度、表面状态、尺寸效应、冶金缺陷、腐蚀介质、化学成分、金相组织。
3.根据权利要求1所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，磨簧进行3次工序，抛丸前先进行2次磨削矫正，磨端面，去毛刺，切磨厚度≤0.1mm／次；探伤后进行1次精磨，切磨厚度≤0.05mm／次。
4.根据权利要求1所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，抛丸采用二次抛丸技术，由粗到细逐渐升级，弹丸直径为0.3～0.8mm，喷射时弹丸速度为50～84m／s,喷丸时间为45～60min。
5.根据权利要求1所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，强压的温度设定在150～320℃，压力为2.5～25Mpa，保温50～70min。
6.根据权利要求1所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，探伤采用超声波表面探伤技术，清洗工序由清洗、防锈和表面处理组成。
7.根据权利要求1或4所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，磨簧过程中，磨平部分为300°，端头厚度不小于d／8，表面粗糙度为Ra8.5～1.5。
8.根据权利要求1-6之任一项所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，还包括疲劳试验工序，对不符合测试要求的必须剔出。
9.根据权利要求1-6之任一项所述的柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺，其特征在于，柱塞弹簧为5-6圈，收尾圈体与其相邻的弹簧圈体之间的间隙约为0.3mm。
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