CN102699242A - 一种弧形弹簧的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧的制作工艺，尤其涉及一种弧形弹簧的加工工艺。本发明是通过卷簧—退火—磨簧—热定型弧线成形。制作工艺简单，由直线形的圆柱弹簧直接弯折成弧形后，进行热定型成型，成形的弹簧的一致性好，效率高。本发明提供了一种能一次热成型自由角度大于45度的弧形弹簧，生产效率高，成型的弹簧一致性好，质量稳定的弧形弹簧生产工艺；解决了现有技术中存在的大角度的弧形弹簧的成品率低，生产效率低，成型后的弹簧一致性不理想的技术问题。

Description

一种弧形弹簧的加工工艺

技术领域

本发明涉及一种弹簧的制作工艺，尤其涉及一种大弧度的弧形弹簧的加工工艺。

背景技术

弹簧作为一种广泛使用的弹性元件，其外形多为圆柱形，生产加工可分为冷卷成形和热卷成形，其中冷卷成形的主要加工工序有卷簧→去应力退火→端面磨平→（倒角）→抛丸→立定处理→表面处理→包装等。

弹簧为了与其装配空间更好地吻合，也有设计为非圆柱形的，如汽车双质量飞轮用的弹簧。这种弹簧的加工工艺与圆柱形弹簧的加工工艺不完全一样。

比如2007年12月26日公告了CN101092014A号的中国专利，名称为一种汽车液力变矩器用弧形弹簧的制作工艺及其专用设备，弧形弹簧的制作步骤为：原材料采购→卷制成弧形→去应力回火→喷丸强化处理→立定处理→端面磨削→外圆倒角→尺寸检查→性能检查→疲劳寿命检查→表面防锈处理→成品包装。所述的步骤立定处理采用专用弧形弹簧立定处理机，它底座上一侧设有轴承座，轴承座用销子连接压力杆，压力杆另一端通过压杆连接头按气缸，压力杆设有上螺旋压头，底座上设有下螺旋压头。

再比如2010年7月28日公告了CN101786221A的中国专利，名称为弧形弹簧的加工方法，弧形弹簧的制作步骤为：

1.1采购、检验并选取合适的原材料；

1.2对选好的原材料螺旋型弯曲冷卷成弧形，对弹簧的外端圈与相邻的第二圈并紧处理；

1.3对冷卷后的弹簧进行退火；

1.4退火后对弹簧两端面磨削，磨平弹簧的端圈；

1.5接着对弹簧进行喷丸强化处理；

1.6对经过喷丸处理的弹簧进行去磁处理；

1.7弹簧去磁后进行清洗并进入热强压工序；

1.8热强压后按不同的负荷分段进行负荷分选，性能一致的为一组；

1.9最后对弹簧做表面防锈处理制成最终产品弧形弹簧，并包装入库。

上述两种弧形弹簧加工工艺流程中，都是在卷簧这道工序通过数控卷簧的单轴同步控制功能，不断地改变弹簧圈的节距，使外一边的节距大于另一边的节距，从而使卷出来的弹簧为弧形。这种工艺存在以下弊端：

卷制所形成的弧形，其轴心线在一个平面内，在经过去应力回火工序后，由于弹簧直径的变化，会导致整条弹簧轴心线变成一个螺旋形，即弹簧不在一个平面内，无法正常使用。

对于自由角度大于45度的弧形弹簧，如果在卷簧工序将其卷制成弧形，弹簧会绕着卷簧芯轴快速旋转，在离力心的作用下，弹簧外径、节距等尺寸都会产生变化，无法做出合格的弧形弹簧。

发明内容

本发明提供了一种能一次热成型自由角度大于45度的弧形弹簧，生产效率高，成型的弹簧一致性好，质量稳定的弧形弹簧生产工艺；解决了现有技术中存在的大角度的弧形弹簧的成品率低，生产效率低，成型后的弹簧一致性不理想的技术问题。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：包括以下工序：

第一步，卷簧，将钢丝胚料按照预制高度、外径和圈数，将弹簧的两端并紧，卷绕成圆柱形的螺旋弹簧；

第二步，第一次去应力退火；

第三步，磨簧；

第四步，将弹簧的两端向内弯折，形成弧形，然后将弹簧的两端错开一角度，其中一端向前拉，另外一端向后拉，使得弹簧两端异面固定在夹具上；

第五步，将固定在夹具上的弯折为弧形的弹簧进行热定型处理；

第六步，抛丸，采用两次抛丸，第一次抛丸的直径和强度大于第二抛丸的直径和强度；

第七步，热强压；

第八步，分选；

第九步，角刚度和扭矩测试，

第十步，疲劳寿命试验；

第十一步，表面防锈处理。

第一步卷簧时，材料经过数控卷簧机的卷制，形成一个形状为圆柱形的螺旋弹簧，其有效圈的外径、节距相等，两端各有1圈-3.5圈是并紧的，卷簧在四轴以上的电脑数控卷簧机上进行，卷簧机的外径控制精度应小于0.2mm，圈数控制小于0.1圈，弹簧自由长度控制精度小于0.5mm。在卷簧的时候并不对弹簧进行弧形成型，而是卷簧后先对圆柱形的弹簧采用网带式热风循环回火炉进行一次回火处理，以消除卷制过程中残留在弹簧材料内部的有害残余拉应力。然后采用自动磨簧机将弹簧的两端的工作支撑面磨平，弹簧端面磨面角度在270°~340°，端头剩余厚度大于钢丝直径的15%。经过了回火去除了有害残余拉应力和磨簧后，再用热成型夹具将弹簧固定，进行加热定型火。本发明是通过卷簧—退火—磨簧—热定型弧线成形。制作工艺简单，由直线形的圆柱弹簧直接弯折成弧形后，进行热定型成型，成形的弹簧的一致性好，效率高。在弹簧热成型时弹簧的外径会收缩扭曲变形，弹簧会沿着旋向方翘曲，如果将弯曲弹簧两端的布置在同一平面内，那经过热成型后的弧形弹簧，虽然具备了弧度，但是因为热成型时弹簧外径会发生收缩，使得这样经过成型的弧形弹簧两端最终不在一个平面内，因此需要对弹簧进行预先的反扭曲反弯折，从而需要让弹簧的两端异面布置，使得弹簧在经过热处理冷却后的弧形弹簧位于同一平面内。

这种工艺成型的成型效率高，而且夹具相对简单，制造成本低，节约成本。这样，弹簧通过固定在成型夹具上进行热定型，生产效率比逐节开距弧形成形工艺要高出500多倍。解决了生产效率低下的问题，而且成形的弹簧一致性好，质量稳定。同时也避免了原有的加工工艺中在卷簧的同时就进行了弧形成型产生的弧形外径、节距变化大，参数控制不容易的问题，原有工艺中卷簧的同时弧线成型，因为弧度比较大，使得已卷好的部分沿着卷簧芯轴作圆周旋转，造成尺寸不稳定。

作为优选，所述的热定型处理的温度为450℃~550℃，定型时间为20~60分钟。在一般的弹簧制造工艺中，对弹簧的热处理温度都是低于450℃的，但是本发明是对圆柱形的直线弹簧直接弯折为弧形，然后利用高温定型，成型简单，效率高。

作为优选，在第六步抛丸工序前对热定型的弧形弹簧进行表面氮化处理。氮化温度为400℃~500℃，氮化处理时间为10~25小时。经过氮化处理能进一步提高弹簧表硬度，同时提高弹簧使用寿命。

作为优选，第四步内的弯折弹簧时，弹簧两端在弧形面的投影夹角小于90°，弹簧两端的中心线的异面直线夹角为25°~35°。在弹簧为圆柱形的直线弹簧时，将弹簧的两端向内弯曲形成一弓形，此时的弧形弹簧在同一平面内，两端的夹角小于90°，然后再将弹簧的两端分别向前和向后扭曲，使得弧形弹簧不处于同一平面内，使得弧形弹簧的两端异面，由弹簧的侧面看过去，弹簧两端的投影的夹角为25°~35°。

作为优选，在卷簧前挑选原材料，原材料的表面硬度大于51HRC，原材料的断面收缩率大于35%，原材料的截面半径1/3范围内无超过15微米的非金属夹杂物，原材料表面超过40微米的有害缺陷应喷油漆作为显著标识。在汽车双质量飞轮弧形弹簧的工作中，弹簧与飞轮的弧形槽有非常大的摩擦阻力，因此要求弹簧的原材料有较高的抗拉强度、表面硬度及较高的韧性性能，同时对材料中的非金属夹杂物进行了严格的控制。喷漆的标示可以在卷簧过程中被识别，从而被淘汰。  

作为优选，所述的卷簧后的第一次去应力退火的温度在320℃~470℃，退火时间在30-65分钟，回火炉的有效保温时间大于弹簧进出炉时间的40%。经过第一次回火的弹簧表面的残余应力小于150Mpa，去除了卷簧后的弹簧内的有害应力，提高弹簧的使用寿命。 

作为优选，所述的抛丸采用履带式抛丸机进行抛丸，抛丸用的抛射材料为钢丝切丸，钢丝切丸的硬度大于600HV，抛射钢丸线速度不小于60m/s，第一次抛丸的直径为0.4~0.8mm，第二次抛丸的直径为0.2~0.6mm。两次抛丸时，抛丸机的抛投频率不低于50Hz，经过第一次抛丸后，弹簧内外表面和覆盖率不低于95%，抛丸强度不低于0.3A，表面的残余压应力不低于-500Mpa，次表面最大残余压应力不低于-700Mpa。经过第二次抛丸后，弹簧内外表面和覆盖率不低于100%，抛丸强度不低于0.2A，表面的残余压应力不低于-600Mpa，次表面最大残余压应力不低于-800Mpa。

作为优选，所述的热强压温度设定为180℃~280℃，保温时间在10~30分钟，压力设定为弹簧理论压并扭矩的1.2~2倍，在强压过程中，弹簧的实际温度不低于50℃，强压机将弹簧压至并紧后停留0.5~15s，强压次数为1~5次。经过热强压后防止了弹簧的松弛，提高了弹簧的疲劳强度。

作为优选，所述的分选包括曲率半径分选、角度分选和垂直度分选。通过检验设备准确的测量弹簧的自由角度和垂直度，同时检测弹簧的弧形半径，选择合格产品。

作为优选，弧形卷簧后的弹簧的弧度大于π/4。大角度的弹簧的成型效果好，成品率高。

因此，本发明的弧形弹簧的加工工艺具备下述优点：对于大角度的弧形弹簧的成型率效果好，效率高，成本低，成型的弹簧一致性好，质量稳定，弹簧的参数容易控制，疲劳寿命长。 

附图说明

图1是本发明的弧形弹簧第四步弯折成弧形后固定在夹角上的主视图。

图2是图1的左视图。

具体实施方式

 下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

 实施例：

一种弧形弹簧的加工工艺，选用OTEVA 75SC材料作为加工的原材料，检查原材料淘汰不合格产品，进行卷簧。卷簧在四轴以上的电脑数控卷簧机上进行，钢丝胚料按照预制高度、外径和圈数，将弹簧的两端并紧，卷绕成圆柱形的螺旋弹簧。卷簧后在回火炉内保持退火温度为410℃的条件下去应力退火，保温时间为60分钟，弹簧表面的残余应力小于150Mpa。退火后，对弹簧的两端面进行磨削，磨削角度在270~330度，端头剩余厚度大于0.15d（d为钢丝直径），磨削后将圆柱形的螺旋直线弹簧的两端向弹簧的中心弯折，形成弓形的弹簧，弹簧的两端的夹角为45°，然后再将弓形的弹簧的两端分别向前和向后扭曲，使得弹簧的两端异面布置，异面布置的弹簧两端形成的异面直线夹角θ为30°。将扭曲好的弹簧3固定在夹具1的两个弹簧芯轴2上（如图1和2所示），然后将固定在夹具上的弹簧，连同夹具一起放入480-500℃的回火炉中进行1小时的热定型处理。然后，为进一步提高弹簧表面硬度和耐磨性，可以对弹簧进行低温气体氮化处理。氮化温度为450°，氮化处理时间为22小时。经过氮化处理后，用0.7mm的钢丝抛丸，钢丸的硬度大于600HV，在抛投频率不低于50Hz的抛丸机内对弹簧进行抛丸，抛丸线速度不小于60m/s，抛丸强度为0.36A，抛丸后表面的残余压应力不低于-500Mpa，次表面最大残余压应力不低于-700Mpa。第一次抛丸后进行第二次抛丸，采用0.4mm的钢丝抛丸，抛丸强度为0.25，经过第二次抛丸后，弹簧内外表面和覆盖率不低于100%，抛丸强度不低于0.2A，表面的残余压应力不低于-600Mpa，次表面最大残余压应力不低于-800Mpa。经过二次抛丸后的弧形弹簧在强压机内加热温度为220℃，保温20分钟，强压至并紧，并保持3s，强压3次完成热强压工序，在强压过程中，弹簧的实际温度不低于100℃，压力设定为弹簧理论压并扭矩的2倍。强压后的弹簧送至分选设备进行自由角度分选，垂直度分选，曲率半径分选，角刚度和工作扭矩测试，疲劳寿命试验。上述的自由角度、垂直度、曲率半径是根据客户要求进行选择。角刚度和扭矩在弧形弹簧扭矩试验机上进行，扭矩试验机配合与弹簧弧形半径匹配的测试工装，能准确的测量弹簧的进程曲线和返程曲线，并能自动计算弹簧的角刚度。经过分选和疲劳试验后的合格弹簧，浸涂防锈油来完成表面防锈处理，经过防锈处理后的弹簧包装入库。

Claims (10)

1. 一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：包括以下工序：

第一步，卷簧，将钢丝胚料按照预制高度、外径和圈数，将弹簧的两端并紧，卷绕成圆柱形的螺旋弹簧；

第二步，第一次去应力退火；

第三步，磨簧；

第四步，将弹簧的两端向内弯折，形成弧形，然后将弹簧的两端错开一角度，其中一端向前拉，另外一端向后拉，使得弹簧两端异面固定在夹具上；

第五步，将固定在夹具上的弯折为弧形的弹簧进行热定型处理；

第六步，抛丸，采用两次抛丸，第一次抛丸的直径和强度大于第二抛丸的直径和强度；

第七步，热强压；

第八步，分选；

第九步，角刚度和扭矩测试，

第十步，疲劳寿命试验；

第十一步，表面防锈处理。

2.根据权利要求1所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：所述的热定型处理的温度为450℃~550℃，定型时间为20~60分钟。

3.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：在第六步抛丸工序前对热定型的弧形弹簧进行表面低温气体氮化处理。

4.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：第四步内的弯折弹簧时，弹簧两端在弧形面的投影夹角小于90°，弹簧两端的中心线的异面直线夹角为25°~35°。

5.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：在卷簧前挑选原材料，原材料的表面硬度大于51HRC，原材料的断面收缩率大于35%，原材料的截面半径1/3范围内无超过15微米的非金属夹杂物，原材料表面超过40微米的有害缺陷应喷油漆作为显著标识。

6.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：所述的卷簧后的第一次去应力退火的温度在320℃~470℃，退火时间在30-65分钟，回火炉的有效保温时间大于弹簧进出炉时间的40%。

7.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：所述的抛丸采用履带式抛丸机进行抛丸，抛丸用的抛射材料为钢丝切丸，钢丝切丸的硬度大于600HV，抛射钢丸线速度不小于60m/s，第一次抛丸的直径为0.4~0.8mm，第二次抛丸的直径为0.2~0.6mm。

8.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：所述的热强压温度设定为180℃~280℃，保温时间在10~30分钟，压力设定为弹簧理论压并扭矩的1.2~2倍，在强压过程中，弹簧的实际温度不低于50℃，强压机将弹簧压至并紧后停留0.5~15s，强压次数为1~5次。

9.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：所述的分选步骤包括曲率半径分选、角度分选和垂直度分选。

10.根据权利要求1或2所述的一种弧形弹簧的加工工艺，其特征在于：弧形卷簧后的弹簧的弧度大于π/4。

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