CN104999000A - 一种波形弹簧的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波形弹簧的加工方法，取与成品波形弹簧厚度、长度及宽度相等的带材，用细砂纸打磨去带材重熔层，制成平面的波形弹簧坯料；使波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理；真空定型处理：采用时效定型的方式进行热定型处理，卸掉夹具后零件形状得到保留，完成弹簧的成型处理；利用工艺装备的固定作用预成型零件，随后通过时效热处理，消除弹性变形应力而使零件的精准加工形态保留下来，确保波形弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求，解决了条状波形弹簧加工的难题，确保弹簧满足设计要求。

Description

一种波形弹簧的加工方法

【技术领域】

本发明属于弹簧制造技术领域，涉及一种波形弹簧的加工方法。

【背景技术】

条状波形弹簧属于异型弹簧范畴，该弹簧使用3J68高温弹性合金带材制造，厚度为3.5±0.05mm，该波形弹簧展开为249×2.5(1.9)mm长条形，它的型面为5个周期的正弦波波形。现有成型方法是：领取与弹簧宽度相同的3J68高温弹性合金丝材，使用冲压模具通过冷加工冲压成型,然后通过热处理稳定尺寸。但对于壁厚为3.5±0.05mm的3J68材料高温弹性合金半冷作硬化态带材，冷加工成型后零件反弹，冷加工成型后保持形状非常困难，且易引起裂纹，无法满足图纸要求。波形弹簧现有检测方法是：采用0-100N标准弹力试验机检测弹力，而0-100N标准弹力试验机托盘直径50mm，而该弹簧长度远远超出托盘直径，显然不能直接采用弹力试验机测量弹簧弹力。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提供了一种波形弹簧的加工方法，确保波形弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求并能实现弹簧弹力精准检测，解决长条状波形弹簧加工难题。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种波形弹簧的加工方法，包括以下步骤：

(1)取与成品波形弹簧厚度、长度及宽度相等的带材，用细砂纸打磨去带材重熔层，制成平面的波形弹簧坯料；

(2)、对波纹弹簧坯料进行预变形处理：按成品波形弹簧自由高度上限，增加0.2mm设计成型工装，将波形弹簧坯料装在工装内，使工件与工装内外壁面紧密贴合固定，使波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理；

(3)、真空定型处理：采用时效定型的方式，将装夹好的工件放入真空热处理炉内锁紧炉门，按照材料时效处理制度进行热定型处理，卸掉夹具后零件形状得到保留，完成弹簧的成型处理。

进一步，所述工装材料为GH3030高温合金。

进一步，成型工装包括底座、固定在底座上中间设有凹槽的凹模和放置在凹模凹槽内的凸模，工件放置在凹模凹槽内通过凸模压紧，凸模通过穿过凹模的楔形块压紧固定。

进一步，通过在定型工装放置热电偶的孔内埋置负载热电偶来测量零件温度。

进一步，包括以下步骤：

(1)、取厚度为3.5mm的带材加工成249×2.5mm和249×1.9mm的条带，用细砂纸打磨去重熔层，制成平面的波形弹簧坯料；

(2)、将两个波形弹簧坯料装在工装内，使工件与夹具内外壁面紧密贴合固定，使波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理；

(3)、真空定型处理：采用时效定型的方式，将装夹好的工件放入真空热处理炉内锁紧炉门，在800±10℃保温1小时+15分，冷却后再在700±10℃保温2小时+15分冷却到室温的，卸掉夹具后零件形状得到保留，完成弹簧的成型处理。

本发明利用时效成型原理，利用工装将没有基础形状的坯料通过弹性变形形成需要的形状，即利用工艺装备的固定作用预成型零件，随后通过时效热处理，消除弹性变形应力而使零件的精准加工形态保留下来，确保波形弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求，解决了条状波形弹簧加工的难题，确保弹簧满足设计要求。

【附图说明】

图1是弹簧定型工装的结构示意图；

图1a是主视图；图1b是图1a的A-A向剖视图；图1c是图1a的B-B向剖视图；

图2是弹簧弹力检测工装结构示意图；

图2a是主视图；图2b是图2a的A-A向剖视图；

图中：1.底座、2.凹模、3.凸模、4.偰块、5.螺栓、6.螺母、7.圆柱销、8.热电偶孔、9.本体、10.本体、11.挡片、12.压板、13.螺钉。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于以下实施例。

本发明提出了一种高温弹性合金波形弹簧的成型方法，以解决高温高弹性合金波形弹簧解决长条状波形弹簧加工难，及冷加工成型后不能保持形状的难题，同时提出了一种长条状波形弹簧簧检测方法，能实现弹簧弹力精准检测。

如图1所示，图1a是主视图；图1b是图1a的A-A向剖视图；图1c是图1a的B-B向剖视图；工装由底座1、凹模2、凸模3、偰块4、螺栓5、螺母6、圆柱销7、热电偶孔8、本体9、本体10、挡片11、压板12和螺钉13组成。中间设有凹槽的凹模2固定在底座1上，凸模3放置在凹模2凹槽内，工件放置在凹模2凹槽内通过凸模3压紧，凸模通过穿过凹模2的楔形块压紧固定。

夹具的凸模、凹模型面按照弹簧型面设计，为5个正弦波，波形高度H＝零件自由高度h+δ。δ为弹簧回弹量，与波纹形状和材料弹性模量有关，本发明采用3J68材料，通过实验得出δ＝0.3+/-0.1。装夹时，将需成型的零件毛坯装在凹模和凸模之间，然后用偰块卡紧，将装夹好后的零件装入真空炉内，热电偶插入热偶孔内进行热定型处理。本发明根据F＝mg的关系，弹力值可采用等效质量法测得，由此通过设计的弹力测量工装解决波形弹簧的弹力测量问题。

参考图2，图2a是主视图；图2b是图2a的A-A向剖视图；弹簧弹力检测工装包括本体10、挡片11、压板12(1.0Kg/0.3Kg/0.4Kg/0.5Kg/0.6Kg)压板根据弹力要求设计成不同的质量压块、和螺钉13。

测量时，将零件置于凹槽内，依次压上标准块直至塞尺不能塞入，此时弹簧压缩到工作高度，弹簧弹力可等效为标准块的重量，计算出标准块的总质量即可算出零件弹力值，见表1。

表1等效弹力值计算方法

弹力值/N	对应等效标准块/N
		37	10+10+10+4+7
38	10+10+10+5+3
		39	10+10+10+5+4
40	10+10+10+6+4
		41	10+10+10+6+5
42	10+10+10+6+6
		43	10+10+10+6+4+3
44	10+10+10+5+5+4
		45	10+10+10+6+5+4

波形弹簧的加工方法步骤如下：

1、线切割加工弹簧坯料：领取厚度为3.5mm的带材后，用剪板机切成279×100mm的块料，通过线切割加工成249×2.5mm和249×1.9mm的条带，去重熔层制成平面的波形弹簧坯料，该波形弹簧坯料为长条形状，其长度及宽度尺寸与波形弹簧的尺寸相等；

2、对波形弹簧坯料进行预变形处理：为了保证零件在真空热处理过程中能够定型，设计了一套专用工装，每套工装能够处理1～2个工件，工装材料为GH3030,将制成平面的波形弹簧坯料装在工装内，使工件与夹具内外壁面紧密贴合，并用螺栓紧固，使其在室温下固定在工装内进行冷定型(预定型)处理。

3、将负载热电偶2～3支，插入工装放置热电偶的孔内，升温时，以最后一支负载热电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。

4、关闭炉门，对炉子进行抽真空，使炉内压力抽至低于6.65×10-2Pa；

5、升温，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至800±10℃止，在800±10℃保温1小时+10分；

6、冷却，先将零件真空冷至650±10℃，然后打开氩气、风扇将零件冷到80℃以下；

7、重新抽真空，使炉内真空度抽至低于6.65×10-2Pa；

8、升温，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至700±10℃止，在700±10℃保温2小时+10分；

9、冷却，先将零件真空冷至650±10℃，然后打开氩气、风扇将零件冷到80℃以下；

10、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波形弹簧。

11、检测弹力，将零件置于测量工装的凹槽内，依次压上标准块直至塞尺不能塞入，计算出标准块的总质量即可算出零件弹力值，零件检测合格，弹力满足设计要求3。

实施例1：处理的弹簧展开为249×1.9mm。

用丙酮将零件、工装清洗干净，并晾干，将制作好的波形弹簧坯料1个，装入成型工装，进行真空时效处理：

1.1、将负载热电偶2支，插入工装放置热电偶的孔内，升温时，以最后一支负载热电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。

1.2、关闭炉门，对炉子进行抽真空，使炉内压力抽至低于6.65×10-2Pa；

1.3、升温、保温、冷却，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至800±10℃止，在800±10℃保温1小时+10分；冷却，先将零件真空冷至650±10℃，然后打开氩气、风扇将零件冷到100℃以下；

1.4、重新抽真空，使炉内压力抽至低于6.65×10-2Pa；

1.5、升温、保温、冷却，，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至700±10℃止，在700±10℃保温2小时+10分；冷却，先将零件真空冷至650±10℃，然后打开氩气、风扇将零件冷到100℃以下；

1.6、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波形弹簧。

1.7、弹力测量,在室温下，将零件装入工装，挤压弹簧至工作高度H＝2至少10次，用等质量测量零件弹力值，P＝37.36，符合设计要求。

实施例2：处理的弹簧展开为249×1.9mm。

用丙酮将零件、工装清洗干净，并晾干，将制作好的波形弹簧坯料2个，同时装入成型工装，进行真空时效处理：

2.1、将负载热电偶3支，插入工装放置热电偶的孔内，升温时，以最后一支负载热电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。

2.2、关闭炉门，对炉子进行抽真空，使炉内压力抽至低于6.65×10-2Pa；

2.3、升温、保温、冷却，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至800±10℃止，在800±10℃保温1小时+10分；冷却，先将零件真空冷至650±10℃，然后打开氩气、风扇将零件冷到80℃以下；

2.4、重新抽真空，使炉内压力抽至低于6.65×10-2Pa；

2.5、升温、保温、冷却，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至700±10℃止，在700±10℃保温2小时+10分；先将零件真空冷至650±10℃，然后打开氩气、风扇将零件冷到80℃以下；

2.6、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波形弹簧。

2.7、弹力测量,在室温下，将零件装入工装，挤压弹簧至工作高度H＝2至少10次，用等质量测量零件弹力值，P＝44.33，符合设计要求。

实施例3：处理的弹簧展开为249×2.5mm。

用丙酮将零件、工装清洗干净，并晾干，将制作好的波形弹簧坯料1个，同时装入成型工装，进行真空时效处理：

3.1、将负载热电偶两支，插入工装放置热电偶的孔内，升温时，以最后一支负载热电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。

3.2、锁紧炉门，对炉子进行抽真空，使炉内压力抽至低于6.65×10-2Pa；

清洗：用丙酮将零件、工装清洗干净，并晾干。

3.3、升温、保温、冷却，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至800±10℃止，在800±10℃保温1小时+10分；冷却，打开氩气、风扇将零件冷到100℃以下；

3.4、重新抽真空，使炉内压力抽至低于6.65×10-2Pa；

3.5、升温、保温、冷却，以10℃/分将炉温升至600℃，保温至零件温度达到600℃止，以6℃/分将炉温升至700±10℃止，在700±10℃保温2小时+10分；冷却：打开氩气、风扇将零件冷到80℃以下；

3.6、打开炉门，取出热处理工装，打开热处理工装，取出波形弹簧。零件检测合格。

3.7、弹力测量,在室温下，将零件装入工装，挤压弹簧至工作高度H＝2至少10次，用等质量测量零件弹力值，P＝43.34，符合设计要求。

Claims (5)

1.一种波形弹簧的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）取与成品波形弹簧厚度、长度及宽度相等的带材，用细砂纸打磨去带材重熔层，制成平面的波形弹簧坯料；

（2）、对波纹弹簧坯料进行预变形处理：按成品波形弹簧自由高度上限，增加0.2mm设计成型工装，将波形弹簧坯料装在工装内，使工件与工装内外壁面紧密贴合固定，使波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理；

（3）、真空定型处理：采用时效定型的方式，将装夹好的工件放入真空热处理炉内锁紧炉门，按照材料时效处理制度进行热定型处理，卸掉夹具后零件形状得到保留，完成弹簧的成型处理。

2.根据权利要求1所述的波形弹簧的加工方法，其特征在于：所述工装材料为GH3030高温合金。

3.根据权利要求1所述的波形弹簧的加工方法，其特征在于：成型工装包括底座（1）、固定在底座上中间设有凹槽的凹模（2）和放置在凹模（2）凹槽内的凸模（3），工件放置在凹模（2）凹槽内通过凸模（3）压紧，凸模通过穿过凹模（2）的楔形块压紧固定。

4.根据权利要求3所述的波形弹簧的加工方法，其特征在于：通过在定型工装放置热电偶的孔内埋置负载热电偶来测量零件温度。

5.根据权利要求1所述的波形弹簧的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、取厚度为3.5mm的带材加工成249×2.5mm和249×1.9mm的条带，用细砂纸打磨去重熔层，制成平面的波形弹簧坯料；

（2）、将两个波形弹簧坯料装在工装内，使工件与夹具内外壁面紧密贴合固定，使波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理；

（3）、真空定型处理：采用时效定型的方式，将装夹好的工件放入真空热处理炉内锁紧炉门，在800±10℃保温1小时+15分，冷却后再在700±10℃保温2小时+15分冷却到室温的，卸掉夹具后零件形状得到保留，完成弹簧的成型处理。