CN108080541B - 一种梯形截面强力弹簧加工工艺 - Google Patents

一种梯形截面强力弹簧加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种梯形截面强力弹簧加工工艺，旨在解决传统的弹簧占用面积大且疲劳强度小的问题，其技术方案要点是一种梯形截面强力弹簧加工工艺，工艺步骤依次为：选材、卷簧、消应力回火、淬火、消应力回火、立定处理、磨簧、表面喷丸处理、消应力回火、去毛刺、消应力回火、立定处理、探伤，其中选材时选用截面为梯形的线材并由卷簧机卷绕成弹簧，并且卷簧机的送线机构与线材相匹配。本发明的一种梯形截面强力弹簧加工工艺，通过采用特殊截面的线材，从而使得弹簧内侧面的应力分散，避免应力集中，进而提高弹簧的疲劳强度。

Description

一种梯形截面强力弹簧加工工艺
技术领域
本发明涉及弹簧生产工艺领域，更具体地说，它涉及一种梯形截面强力弹簧加工工艺。
背景技术
弹簧在机械领域的应用较为广泛，根据需要承受力的不同，弹簧可以分为不同的型号，对于类似于淤泥压榨机一类的重型机械来说，其要求弹簧占用空间小行程大且具有较强的刚度，普通的弹簧截面一般为圆形或矩形，对于矩形截面的弹簧在弯曲时，可以解决空间和行程的问题，但在其拐角处极易产生应力集中，造成弹簧断裂失效，导致弹簧疲劳寿命低的问题；对于圆形截面的弹簧而言，由于在相同的截面面积前提下，圆形的直径是最长的，导致弹簧从自由状态到并合状态的行程较短，从而导致弹簧占用空间过大的问题，进而影响大型设备的正常工作。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种梯形截面强力弹簧加工工艺，生产出的弹簧具有强度高、占用空间小且行程大的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种梯形截面强力弹簧加工工艺，包括如下工艺步骤：S1：选材，采用由55SiCrA弹簧钢制成的线材，并且线材的截面呈梯形，并且梯形截面的两顶角呈圆弧过渡；
S2：卷簧，通过卷簧机对线材进行卷绕成形；S3：消应力回火，对卷绕成形的卷簧在连续式回火炉内回火处理，之后进行空冷；S4：淬火，在箱式电阻炉内对弹簧进行淬火处理；S5：消应力回火，在连续式回火炉内回火处理；S6：立定处理，通过冷压的方式将弹簧压至压并状态，并且重复压并三次；S7：磨簧，通过磨簧机对弹簧两端进行磨削，并且控制磨簧高度为72-74mm，垂直度小于2.2mm；S8：表面喷丸处理，通过悬挂式喷丸机对弹簧表面进行喷丸处理，钢丸直径为0.7mm，喷丸时间为20分钟，并且喷丸覆盖率大于或等于90%；S9：消应力回火，在连续式回火炉内以220-230℃的温度对弹簧进行回火并持续30分钟；S10：去毛刺，通过喷丸机对弹簧表面持续0.5-1分钟喷丸处理，直至弹簧内外端面无毛刺，钢丸直径小于0.6mm；S11：消应力回火，在连续式回火炉内以220-230℃的温度持续回火30分钟；S12：立定处理，通过冲床对弹簧进行冷压三次；S13：探伤，通过磁粉探伤仪对弹簧进行无损检测。
通过采用上述技术方案，材料选取梯形截面的线材，并且梯形截面的顶角处呈圆弧设置，当线材弯曲时，线材的内侧受到挤压力，由于线材内侧呈弧形设置，使得线材内侧受到的应力分散，避免线材内侧应力集中，从而提高线材弯曲时的强度；通过对弯曲成形的弹簧回火处理，从而消除弹簧内部的应力，改善弹簧的淬火性能；通过对回火后的弹簧做淬火处理，提高其表面硬度，经淬火后的弹簧硬度可达58以上，之后再进行回火处理，完成组织相变，通过磨簧机对立定处理的弹簧两端进行磨平，使得弹簧上下两面保持平整，之后对弹簧进行表面喷丸处理，喷丸处理安排在弹簧成型及热处理之后进行，使弹簧表面产生均匀细小的压坑，覆盖在弹簧的表面层，在表层产生加工硬化和压应力，起到阻断弹簧表面缺陷的扩展，从而有效的提高弹簧的疲劳寿命，之后通过后续的工序对弹簧进行处理，从而提高弹簧的各方面性能，尤其是弹簧的疲劳寿命；并且线材采用梯形截面，与圆形截面的线材相比，同样的有效截面积前提下，梯形截面的线材高度小于圆形截面线材的高度，从而当梯形截面线材制成的弹簧和圆形截面线材制成的弹簧均处于压并状态时，梯形截面线材制成的弹簧压缩行程大于圆形截面线材制成的弹簧，这样由梯形截面线材制成的弹簧可以达到占用空间小并且弹力大的效果。
本发明进一步设置为：步骤S1中线材截面圆弧半径为15cm。
通过采用上述技术方案，当线材弯曲时，线材的弧面朝向内侧，主要受到挤压力，并且当线材的内侧受到挤压力时，应力会增大，由于线材内侧呈弧形，并且半径为15cm，可以将线材内侧受到的应力沿圆弧分散，避免应力集中于线材内侧的某一点造成应力集中，进而提高了弹簧的疲劳寿命。
本发明进一步设置为：步骤S2中卷簧机设置有送线机构，所述送线机构包括安装在卷簧机中心的第一基板，所述第一基板侧边开设有半圆形的第一安装槽，所述第一基板开有第一安装槽的一侧拼接有第二基板，所述第二基板开设有与第一安装槽拼接成圆形的第二安装槽，所述第一安装槽和第二安装槽中设置有芯轴以及与芯轴拼接形成圆柱的轴盖，所述芯轴开设有梯形并与线材相配合的线孔，所述轴盖用于将线孔盖合。
通过采用上述技术方案，线材从线孔内穿出并且线材与线孔侧壁相适配，由于芯轴和轴盖将线材的圆周卡住，从而线材无法相对于芯轴和轴盖发生自由转动，当需要线材转动时，可以通过转动芯轴和轴盖实现线材的转动。
本发明进一步设置为：步骤S4中淬火介质为油淬，并且将弹簧及样棒放于炉中，降温时间20分钟。
通过采用上述技术方案，在炉中放入样棒，便于调整淬火参数，从而便于指导生产。
本发明进一步设置为：步骤S13中对弹簧探伤完成后进行检验，通过弹簧试验机对弹簧进行检验，检验参数包括外径、自由高度、总圈数、旋向、两端圈间隙、表面质量、负荷F1、负荷F2、垂直度、线径以及永久变形，通过尺寸测量和负载检测对成品进行检验，满足弹簧外径58.1-58.9、总圈数5.5-0.25圈、自由高度72±0.7、H1为62、H2为42、F1为2600N、F2为7726N。
通过采用上述技术方案，通过对弹簧的各方面参数进行检验，判断弹簧是否符合质检要求，并且便于区分品次，提高出厂合格率。
本发明进一步设置为：对弹簧进行检验完成后，对弹簧表面进行喷黑塑处理。
通过采用上述技术方案，在弹簧表面喷黑塑处理，减少弹簧表面的腐蚀，延长弹簧的使用寿命。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
其一，材料选取梯形截面的线材，并且梯形截面的顶角处呈圆弧设置，当线材弯曲时，线材的内侧受到挤压力，由于线材内侧呈弧形设置，使得线材内侧受到的应力分散，避免线材内侧应力集中，从而提高线材弯曲时的强度；通过对弯曲成形的弹簧回火处理，从而消除弹簧内部的应力，改善弹簧的淬火性能；通过对回火后的弹簧做淬火处理，提高其表面硬度，经淬火后的弹簧硬度可达58以上，之后再进行回火处理，完成组织相变，通过磨簧机对立定处理的弹簧两端进行磨平，使得弹簧上下两面保持平整，之后对弹簧进行表面喷丸处理，喷丸处理安排在弹簧成型及热处理之后进行，使弹簧表面产生均匀细小的压坑，覆盖在弹簧的表面层，在表层产生加工硬化和压应力，起到阻断弹簧表面缺陷的扩展，从而有效的提高弹簧的疲劳寿命，之后通过后续的工序对弹簧进行处理，从而提高弹簧的各方面性能，尤其是弹簧的疲劳寿命；并且线材采用梯形截面，与圆形截面的线材相比，同样的有效截面积前提下，梯形截面的线材高度小于圆形截面线材的高度，从而当梯形截面线材制成的弹簧和圆形截面线材制成的弹簧均处于压并状态时，梯形截面线材制成的弹簧压缩行程大于圆形截面线材制成的弹簧，这样由梯形截面线材制成的弹簧可以达到占用空间小并且弹力大的效果；
其二，当线材弯曲时，线材的弧面朝向内侧，主要受到挤压力，并且当线材的内侧受到挤压力时，应力会增大，由于线材内侧呈弧形，并且半径为15cm，可以将线材内侧受到的应力沿圆弧分散，避免应力集中于线材内侧的某一点造成应力集中，进而提高了弹簧的疲劳寿命。
附图说明
图1为送线机构的结构示意图。
图中：1、送线机构；2、第一基板；3、第二基板；4、第一安装槽；5、第二安装槽；6、芯轴；7、轴盖；8、线孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
一种梯形截面强力弹簧加工工艺，包括如下工艺步骤：S1：选材，采用由55SiCrA弹簧钢制成的线材，并且线材的截面呈梯形，并且梯形截面的两顶角呈圆弧过渡；S2：卷簧，通过卷簧机对线材进行卷绕成形，并且卷绕成形的弹簧外径范围为58.7±0.1mm，总圈数为5.5-0.25圈，卷簧长度为92-93mm；S3：消应力回火，对卷绕成形的卷簧在连续式回火炉内在400-410℃的温度下持续回火处理30分钟，之后进行空冷；S4：淬火，在箱式电阻炉内以860+10℃的淬火温度对弹簧进行淬火处理，淬火硬度大于HRC58，淬火介质为油冷，并且将样棒放于炉中，淬火时间20分钟；S5：消应力回火，在连续式回火炉内以420-440℃温度回火处理60分钟；S6：立定处理，通过冷压的方式将弹簧压至压并状态，并且重复压并三次；S7：磨簧，通过磨簧机对弹簧两端进行磨削，并且磨簧高度为72.8+0.5mm，垂直度小于2.2mm；S8：表面喷丸处理，通过悬挂式喷丸机对弹簧表面进行喷丸处理，喷丸强度为0.25A-0.50A，钢丸直径为0.7mm，喷丸时间为20分钟，并且喷丸覆盖率大于或等于90%；S9：消应力回火，在连续式回火炉内以220-230℃的温度对弹簧进行回火并持续30分钟；S10：去毛刺，通过喷丸机对弹簧表面持续0.5-1分钟喷丸处理，直至弹簧内外端面无毛刺，钢丸直径小于0.4mm；S11：消应力回火，在连续式回火炉内以220-230℃的温度持续回火30分钟；S12：立定处理，通过冲床对弹簧进行冷压三次；S13：探伤，通过磁粉探伤仪对弹簧进行无损检测，对弹簧探伤完成后进行检验，对弹簧探伤完成后进行检验，通过弹簧试验机对弹簧进行检验，检验参数包括外径、自由高度、总圈数、旋向、两端圈间隙、表面质量、负荷F1、负荷F2、垂直度、线径以及永久变形，弹簧检验完成后，对弹簧表面进行喷黑塑处理。
材料选取梯形截面的线材，并且梯形截面的顶角处呈圆弧设置，当线材弯曲时，线材的内侧受到挤压力，由于线材内侧呈弧形设置，使得线材内侧受到的应力分散，避免线材内侧应力集中，从而提高线材弯曲时的强度；通过对弯曲成形的弹簧回火处理，从而消除弹簧内部的应力，降低弹簧的脆性；通过对回火后的弹簧做淬火处理，提高其表面硬度，并且经过淬火后的弹簧硬度可达58以上，之后再进行回火处理，进一步消除应力，通过磨簧机对立定处理的弹簧两端进行磨平，使得弹簧上下两面保持平整，之后对弹簧进行表面喷丸处理，喷丸处理安排在弹簧成型及热处理之后进行，使弹簧表面产生许多小压坑，呈匀细鼓包状，覆盖在弹簧的表面层，在表层上产生加工硬化，同时还可以减轻或消除弹簧表面缺陷，从而有效的提高弹簧的疲劳寿命，之后通过后续的工序对弹簧进行处理，从而提高弹簧的各方面性能，尤其是弹簧的疲劳寿命。另一方面，线材采用梯形截面，与圆形截面的线材相比，同样的有效截面积前提下，梯形截面的线材高度小于圆形截面线材的高度，从而当梯形截面线材制成的弹簧和圆形截面线材制成的弹簧均处于压并状态时，梯形截面线材制成的弹簧压缩行程大于圆形截面线材制成的弹簧，这样由梯形截面线材制成的弹簧可以达到占用空间小并且弹力大的效果。
如图1所示，步骤S2中卷簧机设置有送线机构1，所述送线机构1包括安装在卷簧机中心的第一基板2，所述第一基板2侧边开设有半圆形的第一安装槽4，所述第一基板2开有第一安装槽4的一侧拼接有第二基板3，所述第二基板3开设有与第一安装槽4拼接成圆形的第二安装槽5，所述第一安装槽4和第二安装槽5中设置有芯轴6以及与芯轴6拼接形成圆柱的轴盖7，所述芯轴6开设有梯形并与线材相配合的线孔8，所述轴盖7用于将线孔8盖合。线材从线孔8内穿出并且线材与线孔8侧壁相适配，由于芯轴6和轴盖7将线材的圆周卡住，从而线材无法相对于芯轴6和轴盖7发生自由转动，当需要线材转动时，可以通过转动芯轴6和轴盖7实现线材的转动。
当线材弯曲时，线材的弧面朝向内侧，主要受到挤压力，并且当线材的内侧受到挤压力时，应力会增大，由于线材内侧呈弧形，并且半径为15cm，可以将线材内侧受到的应力沿圆弧分散，避免应力集中于线材内侧的某一点造成应力集中，进而提高了弹簧的疲劳寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种梯形截面强力弹簧加工工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：
S1：选材，采用由55SiCrA弹簧钢制成的线材，并且线材的截面呈梯形，并且梯形截面的两顶角呈圆弧过渡；
S2：卷簧，通过卷簧机对线材进行卷绕成形；
S3：消应力回火，对卷绕成形的卷簧在连续式回火炉内回火处理，之后进行空冷；
S4：淬火，在箱式电阻炉内对弹簧进行淬火处理；
S5：消应力回火，在连续式回火炉内回火处理；
S6：立定处理，通过冷压的方式将弹簧压至压并状态，并且重复压并三次；
S7：磨簧，通过磨簧机对弹簧两端进行磨削，并且控制磨簧高度为72-74mm，垂直度小于2.2mm；
S8：表面喷丸处理，通过悬挂式喷丸机对弹簧表面进行喷丸处理，钢丸直径为0.7mm，喷丸时间为20分钟，并且喷丸覆盖率大于或等于90%；
S9：消应力回火，在连续式回火炉内以220-230℃的温度对弹簧进行回火并持续30分钟；
S10：去毛刺，通过喷丸机对弹簧表面持续0.5-1分钟喷丸处理，直至弹簧内外端面无毛刺，钢丸直径小于0.6mm；
S11：消应力回火，在连续式回火炉内以220-230℃的温度持续回火30分钟；
S12：立定处理，通过冲床对弹簧进行冷压三次；
S13：探伤，通过磁粉探伤仪对弹簧进行无损检测；
步骤S2中卷簧机设置有送线机构(1)，所述送线机构(1)包括安装在卷簧机中心的第一基板(2)，所述第一基板(2)侧边开设有半圆形的第一安装槽(4)，所述第一基板(2)开有第一安装槽(4)的一侧拼接有第二基板(3)，所述第二基板(3)开设有与第一安装槽(4)拼接成圆形的第二安装槽(5)，所述第一安装槽(4)和第二安装槽(5)中设置有芯轴(6)以及与芯轴(6)拼接形成圆柱的轴盖(7)，所述芯轴(6)开设有梯形并与线材相配合的线孔(8)，所述轴盖(7)用于将线孔(8)盖合。
2.根据权利要求1所述的一种梯形截面强力弹簧加工工艺，其特征在于：步骤S1中线材截面圆弧半径为15cm。
3.根据权利要求1所述的一种梯形截面强力弹簧加工工艺，其特征在于：步骤S4中淬火介质为油淬，并且将弹簧及样棒放于炉中，降温时间20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种梯形截面强力弹簧加工工艺，其特征在于：对弹簧进行检验完成后，对弹簧表面进行喷黑塑处理。
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