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

一种柴油机泵喷嘴柱塞弹簧的加工工艺
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: 
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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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Granted publication date: 20140604

Pledgee: Changning Pearl River Village bank Limited by Share Ltd.

Pledgor: Long Defu

Registration number: Y2021980012676

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: Processing technology of plunger spring of diesel pump nozzle

Effective date of registration: 20221020

Granted publication date: 20140604

Pledgee: Changning Pearl River Village bank Limited by Share Ltd.

Pledgor: Long Defu

Registration number: Y2022980018803

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20140604