CN105382153B - 气门弹簧生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气门弹簧生产工艺，该工艺的步骤如下：a)喷丸：将热轧盘条进行喷丸处理，所述喷丸过程采用0.8mm的铸造钢丸，喷丸时间为2～3分钟；b)磨削处理：对喷丸后的热轧盘条进行磨削处理；c)铅浴淬火：将磨削处理后的盘条放入熔铅中进行淬火冷却完成组织的转变过程，铅浴淬火后盘条的最终组织为细珠光体；d)表面处理；e)拉拔：采用不同的拉拔模具对盘条进行多次拉拔，盘条经拉拔后得到直径范围为2.6mm～4.5mm的弹簧钢丝；f)油淬火；g)回火处理；h)收卷：对回火后的弹簧钢丝进行收卷处理，制成气门弹簧。本发明能够制造出一种高机械性能的气门弹簧，满足当前发动机轻量化和小型化的设计对气门弹簧扭转应力的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种气门弹簧生产工艺，属于材料热处理领域。
背景技术
气门弹簧在发动机中承受高应力，持续交变载荷，通常其工作温度区间在120～150度之间，尤其是近年来降低能耗与轻量化设计成为一种趋势，对气门弹簧的疲劳性能和强度性能提出了更高的要求。因此，迫切需要一种高性能弹簧钢丝，满足发动机轻量化及高交变载荷的设计需求。目前国内公开的气门弹簧钢丝生产工艺流程分为2种：
1、需要剥皮处理的弹簧钢丝生产工艺流程：
原材料→剥皮→中间退火→表面处理→拉拔→油淬火→回火处理→探伤→涂油收卷→包装检验入库。
当前的工艺，生产的弹簧钢丝强度受原材料钢丝的性能限制较大，55CrSi盘条通过此工艺生产的弹簧钢丝抗拉强度为1660～1910MPa(HRC50～55HRC)之间，对于以前气门弹簧最高扭转应力≤850MPa抗拉强度是足够的。但对于轻量化设计及当前发动机小型化趋势当中，气门弹簧最大扭转应力≥900MPa的状态下，当前弹簧钢丝的抗拉强度已经无法满足要求，在使用过程中出现疲劳断裂的风险逐渐加大。
2、不剥皮处理的弹簧钢丝生产工艺流程：
原材料→表面处理→拉拔→油淬火→回火处理→探伤→涂油→收卷→检验包装。
对于此种弹簧工艺，由于工艺设计上考虑了粗规格钢丝的生产，其收线卷筒和工字钢的直径不小于1800mm，故不适用于直径小于5mm的气门弹簧钢丝，一般用于悬架弹簧钢丝的生产当中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种气门弹簧生产工艺，它能够制造高机械性能的气门弹簧钢丝，满足当前发动机轻量化和小型化的设计对气门弹簧扭转应力的要求。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种气门弹簧生产工艺，该工艺的步骤如下：
a)喷丸：将热轧盘条进行喷丸处理，所述喷丸过程采用0.8mm的铸造钢丸，喷丸时间为2～3分钟；
b)磨削处理：对喷丸后的热轧盘条进行磨削处理；
c)铅浴淬火：将磨削处理后的盘条放入熔铅中进行淬火冷却完成组织的转变过程，铅浴淬火后盘条的最终组织为细珠光体；
d)表面处理：对盘条表面进行酸洗磷化，去除氧化铁皮，使其表面形成磷化膜；
e)拉拔：采用不同的拉拔模具对盘条进行多次拉拔，盘条经拉拔后得到直径范围为2.6mm～4.5mm的弹簧钢丝；
f)油淬火：将拉拔后的弹簧钢丝进行油淬火，油淬火温度范围为840～880℃；
g)回火处理：对弹簧钢丝进行回火处理，回火的温度范围为401～440℃，回火的时间为25～35分钟；
h)收卷：对回火后的弹簧钢丝进行收卷处理，制成气门弹簧。
进一步为了探测磨削处理后盘条表面的点状或者横向裂纹，在所述的步骤b)和步骤c)之间进行涡流探伤，采用贯通式涡流探伤工艺。
进一步，在所述的步骤e)中，拉拔后的弹簧钢丝截面为圆形或蛋形或方形。
进一步，在所述的步骤e)和步骤f)之间进行校直工序，所述的校直工序使用3对水平安装的导向轮来完成弹簧钢丝的校直。
进一步，在所述的校直工序与步骤f)之间进行清洗干燥。
进一步为了对弹簧钢丝进行全面检测，在所述的步骤g)和步骤h)之间进行涡流探伤，所述涡流探伤采用贯通式与旋转式复合检验工艺，探伤精度为0.04mm，探伤深度≤1mm。
进一步为了防锈，在所述的步骤h)中，对收卷后的弹簧钢丝进行上油处理、包装入库。
采用了上述技术方案后，本发明能够制造出一种高机械性能的气门弹簧，满足当前发动机轻量化和小型化的设计对气门弹簧扭转应力的要求；本发明采用喷丸工艺去除表面氧化皮，更加高效快捷，且无酸洗后废液需要处理的问题，减少了设备的投入；本发明能够识别出弹簧钢丝生产过程中的缺陷，避免弹簧钢丝的缺陷造成气门弹簧在使用过程中失效，而且减少了盘条量的浪费，降低了生产成本；另外，本发明还避免了换型时切换剥皮模具，从而提高了弹簧钢丝的生产效率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
如图1所示，一种气门弹簧生产工艺，该工艺的步骤如下：
a)喷丸：将55CrSiA热轧盘条进行喷丸处理，所述喷丸过程采用0.8mm的铸造钢丸，喷丸时间为2～3分钟；
b)磨削处理：对喷丸后的热轧盘条进行磨削处理；
c)铅浴淬火：将磨削处理后的盘条放入熔铅中进行淬火冷却完成组织的转变过程，铅浴淬火后盘条的最终组织为细珠光体；
d)表面处理：对盘条表面进行酸洗磷化，去除氧化铁皮，使其表面形成磷化膜；
e)拉拔：采用不同的拉拔模具对盘条进行多次拉拔，盘条经拉拔后得到直径范围为2.6mm～4.5mm的弹簧钢丝；
f)油淬火：将拉拔后的弹簧钢丝进行油淬火，油淬火温度范围为840～880℃；
g)回火处理：对弹簧钢丝进行回火处理，回火的温度范围为401～440℃，回火的时间为25～35分钟；
h)收卷：对回火后的弹簧钢丝进行收卷处理，制成气门弹簧。
如图1所示，在所述的步骤b)和步骤c)之间进行涡流探伤，采用贯通式涡流探伤工艺，探测磨削处理后盘条表面的点状或者横向裂纹。
如图1所示，在所述的步骤e)和步骤f)之间进行校直工序，所述的校直工序使用3对水平安装的导向轮来完成弹簧钢丝的校直。
如图1所示，在所述的校直工序与步骤f)之间进行清洗干燥。
如图1所示，在所述的步骤g)和步骤h)之间进行涡流探伤，所述涡流探伤采用贯通式与旋转式复合检验工艺，探伤精度为0.04mm，探伤深度≤1mm。
通过传统的淬火与回火工艺制造的直径在3.20～3.50mm气门弹簧钢丝55CrSiA(VDCrSi)，其抗拉强度值为1860～2010MPa，材料硬度值范围50～55HRC，断面收缩率≥45％，可应用于最大扭应力≤850MPa，气门全开和预紧位置最大应力幅值差≤440MPa的气门弹簧中；而通过本发明的工艺实施后的55CrSiA热轧盘条，在拉拔后油淬回火前，3.20～3.50mm的55CrSi弹簧钢丝的抗拉强度达到1400～1600MPa，油淬回火后抗拉强度值可达到1910～2110MPa(54～57HRC)，断面收缩率实测值≥49％，可应用于最大扭应力≤900MPa，气门全开和预紧位置最大应力幅值差≤450MPa的气门弹簧中，达到了更高一级材料60CrSiVA的材料性能。当前，每吨60CrSiVA的采购价比55CrSiA高20～30％左右，因此采用本发明的工艺可得到更高性能的弹簧钢丝，同时降低生产成本。
实施例二：
如图1所示，一种气门弹簧生产工艺，该工艺的步骤如下：
a)喷丸：将60CrSiVA热轧盘条进行喷丸处理，所述喷丸过程采用0.8mm的铸造钢丸，喷丸时间为2～3分钟；
b)磨削处理：对喷丸后的热轧盘条进行磨削处理
c)铅浴淬火：将磨削处理后的盘条放入熔铅中进行淬火冷却完成组织的转变过程，铅浴淬火后盘条的最终组织为细珠光体；
d)表面处理：对盘条表面进行酸洗磷化，去除氧化铁皮，使其表面形成磷化膜；
e)拉拔：采用不同的拉拔模具对盘条进行多次拉拔，盘条经拉拔后得到直径范围为2.6mm～4.5mm的弹簧钢丝；
f)油淬火：将拉拔后的弹簧钢丝进行油淬火，油淬火温度范围为840～880℃；
g)回火处理：对弹簧钢丝进行回火处理，回火的温度范围为401～440℃，回火的时间为25～35分钟；
h)收卷：对回火后的弹簧钢丝进行收卷处理，制成气门弹簧。
如图1所示，在所述的步骤b)和步骤c)之间进行涡流探伤，采用贯通式涡流探伤工艺，探测磨削处理后盘条表面的点状或者横向裂纹。
在所述的步骤e)中，拉拔后的弹簧钢丝截面为圆形或蛋形或方形。
如图1所示，在所述的步骤e)和步骤f)之间进行校直工序，所述的校直工序使用3对水平安装的导向轮来完成弹簧钢丝的校直。
如图1所示，在所述的校直工序与步骤f)之间进行清洗干燥。
如图1所示，在所述的步骤g)和步骤h)之间进行涡流探伤，所述涡流探伤采用贯通式与旋转式复合检验工艺，探伤精度为0.04mm，探伤深度≤1mm，对弹簧钢丝进行全面检测。
如图1所示，在所述的步骤h)中，对收卷后的弹簧钢丝进行上油处理、包装入库，涂上防锈油，防止钢丝在储存期间生锈。
高应力弹簧钢丝60CrSiVA(VDCrSiV)弹簧钢丝，通过传统的油淬+回火工艺后，3.20～3.50mm的弹簧钢丝抗拉强度2010～2110MPa(材料硬度值范围54～57HRC)，断面收缩率≥45％，可应用于最大扭应力≤900MPa，气门全开和预紧位置最大应力幅值差≤450MPa的气门弹簧中。通过本发明的工艺实施后的60CrSiVA热轧盘条在拉拔后油淬回火前，3.20～3.50mm的55CrSi弹簧钢丝的抗拉强度达到1600～1800MPa，油淬回火后抗拉强度值可达到2010～2210MPa(56～60HRC)，断面收缩率实测值≥49％，可应用于最大扭应力≤950MPa，气门全开和预紧位置最大应力幅值差≤470MPa的气门弹簧中。
本发明可得到更高性能的弹簧钢丝，可应用于当前排量为1.0L小型化发动机中，同等应力值时可以选用更细的弹簧钢丝，减轻了弹簧重量，实现了气门弹簧的轻量化设计目标。
本发明能够制造出一种高机械性能的气门弹簧，满足当前发动机轻量化和小型化的设计对气门弹簧扭转应力的要求；本发明采用喷丸工艺去除表面氧化皮，更加高效快捷，且无酸洗后废液需要处理的问题，减少了设备的投入；本发明能够识别出弹簧钢丝生产过程中的缺陷，避免弹簧钢丝的缺陷造成气门弹簧在使用过程中失效，而且减少了盘条量的浪费，降低了生产成本；另外，本发明还避免了换型时切换剥皮模具，从而提高了弹簧钢丝的生产效率。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种气门弹簧生产工艺，其特征在于该工艺的步骤如下：
a)喷丸：将热轧盘条进行喷丸处理，所述喷丸过程采用0.8mm的铸造钢丸，喷丸时间为2～3分钟；
b)磨削处理：对喷丸后的热轧盘条进行磨削处理；
c)铅浴淬火：将磨削处理后的盘条放入熔铅中进行淬火冷却完成组织的转变过程，铅浴淬火后盘条的最终组织为细珠光体；
d)表面处理：对盘条表面进行酸洗磷化，去除氧化铁皮，使其表面形成磷化膜；
e)拉拔：采用不同的拉拔模具对盘条进行多次拉拔，盘条经拉拔后得到直径范围为2.6mm～4.5mm的弹簧钢丝；
f)油淬火：将拉拔后的弹簧钢丝进行油淬火，油淬火温度范围为840～880℃；
g)回火处理：对弹簧钢丝进行回火处理，回火的温度范围为401～440℃，回火的时间为25～35分钟；
h)收卷：对回火后的弹簧钢丝进行收卷处理，制成气门弹簧；
在所述的步骤b)和步骤c)之间进行涡流探伤，采用贯通式涡流探伤工艺，探测磨削处理后盘条表面的点状或者横向裂纹。
2.根据权利要求1所述的气门弹簧生产工艺，其特征在于：在所述的步骤e)中，拉拔后的弹簧钢丝截面为圆形或蛋形或方形。
3.根据权利要求1所述的气门弹簧生产工艺，其特征在于：在所述的步骤e)和步骤f)之间进行校直工序，所述的校直工序使用3对水平安装的导向轮来完成弹簧钢丝的校直。
4.根据权利要求3所述的气门弹簧生产工艺，其特征在于：在所述的校直工序与步骤f)之间进行清洗干燥。
5.根据权利要求1所述的气门弹簧生产工艺，其特征在于：在所述的步骤g)和步骤h)之间进行涡流探伤，所述涡流探伤采用贯通式与旋转式复合检验工艺，探伤精度为0.04mm，探伤深度≤1mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气门弹簧生产工艺，其特征在于：在所述的步骤h)中，对收卷后的弹簧钢丝进行上油处理、包装入库。
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