CN109082510A - 一种适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺，属于金属材料热处理加工的技术领域。该工艺该工艺包括以下步骤：酸洗磷化、圆模拉拔、淬火回火、收盘、轧制成型、去应力回火、包装入库。本发明对酸洗磷化和圆模拉拔后的圆钢丝采用先淬火回火处理、然后轧制成型、再去应力回火的工艺路线，利用本发明的工艺能够有效地控制近圆扁钢丝在生产过程中发生轴向扭转，能够生产出精度高、应力均匀、便于加工、承载能力强、抗疲劳性能和抗弹减性能优良的气门弹簧用近圆扁钢丝，同时本发明具有工艺简单、钢丝平直度好、精度高、扭转度低和弹簧绕制成品率高等优点。

Description

一种适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺
技术领域
本发明涉及金属材料热处理加工的技术领域，具体讲涉及一种适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺。
背景技术
随着现代汽车工业的发展，安全可靠、环保、节能已成为汽车发展的方向，对应的汽车发动机也正朝着高速、高负荷、低污染、低能耗和轻量化的方向发展。气门弹簧作为汽车发动机上的关键零部件之一，对其要求也越来越高，主要表现在：（1）优良的承载能力和抗疲劳性能；（2）良好的抗弹减震性能；（3）轻量化和小型化；（4）多品种、系列化；（5）高性价比。而提高气门弹簧的性能关键点在于：材质和横截面形状，因此材质和横截面形状是汽车气门弹簧用油淬火回火钢丝的研究重点。
传统气门弹簧钢丝的截面采用圆形设计制造，圆形截面的生产工艺和加工方法比较简单。但是经过长期的实践发现：由圆形截面气门弹簧钢丝制成的螺旋气门弹簧内侧表面所受的剪应力要比外侧表面高，因此气门弹簧内侧容易萌发疲劳裂纹源、引起弹簧疲劳断裂。如果能适当的改变弹簧钢丝截面的形状，使钢丝截面外周的应力分布相同，在不改变弹簧刚度的前提下就能获得轻量化和小型化的弹簧，弹簧疲劳寿命将大大提高。Fuchs教授于1969年发明了卵形截面的气门弹簧，但在随后的10余年时间内，其生产应用并未得到发展，直到1983年用卵形截面钢丝制成的气门弹簧才在日本汽车发动机上大量使用。当今在气门弹簧钢丝领域，采用有限元分析法和逐次形状优化法在计算机上研究各种异型截面钢丝的气门弹簧受力情况已不是难事，难的是如何创造应力分析理论使得理论分析值更接近实际载荷情况，以及实际生产过程中钢丝截面几何尺寸的精度控制和钢丝的轴向扭转问题。作为汽车发动机气门弹簧的原材料，异型钢丝逐渐取代圆形截面钢丝的发展趋势是毋庸置疑的。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺。利用本发明的工艺能够有效地控制近圆扁钢丝在生产过程中发生轴向扭转，能够生产出精度高、应力均匀、便于加工、承载能力强、抗疲劳性能和抗弹减性能优良的气门弹簧用近圆扁钢丝，同时本发明具有工艺简单、 钢丝平直度好、精度高、扭转度低和弹簧绕制成品率高等优点。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺包括下述步骤：
A、酸洗磷化：在酸洗磷化槽内对依次经放线装置展开和校直装置校直后的盘条进行酸洗磷化，去除了盘条的表面氧化皮、获得了致密的磷化涂层；
B、圆模拉拔：酸洗磷化后的钢丝穿经圆模内腔进行拉拔，得到规则的圆钢丝；
C、淬火回火：拉拔后的圆钢丝以10～20m/s的线速度前移，纵向贯穿淬火加热炉，线温加热到900～920℃，保温5～10s后移出淬火加热炉，接着纵向贯穿淬火槽，被淬火槽内15～35℃的油淬火介质快速冷却到50～180℃；淬火后的圆钢丝以10～20m/s的线速度纵向贯穿回火炉，线温加热到460～520℃，保温10～20s后移出回火炉，在回火炉出口被快速水冷却到30～100℃；
D、轧制成型：对收盘后的圆钢丝再次展开，并利用相同的两轧辊同步轧制圆钢丝的对称面，得到带有两个对称切面的近圆扁钢丝；
E、去应力回火：将轧制后的近圆扁钢丝通过回火炉加热到400～520℃，保温2min，然后缓慢冷却至室温，得到近圆扁钢丝成品；
F、收盘：回火后的近圆扁钢丝成品随着卷扬机的转动被卷绕到收线机的收线盘上；
G、包装入库：对近圆扁钢丝成品进行检验，满足抗拉强度为1760～1910MPa、且表面无划伤和裂纹的为合格近圆扁钢丝成品，将合格近圆扁钢丝成品包装入库。
本发明中所述钢丝盘条的原材料为SAE9254V或55CrSi。
本发明的设计原理如下：
由于本发明对酸洗磷化和圆模拉拔后的圆钢丝采用先淬火回火处理、然后轧制成型、再去应力回火的工艺路线，经过淬火回火处理后的钢丝应力均匀、便于加工、承载能力强、抗疲劳性能和抗弹减性能优良，然后对圆钢丝进行两辊同步对称轧制时不易发生轴向扭转，所得到的近圆钢丝直线度高、精度高，再经过去应力回火可以稳定内部金相组织、稳定工件的形状和尺寸，保证在使用过程中不再发生变形。更进一步讲，对轧制前的钢丝进行淬火处理可以大大提高钢丝的硬度、耐磨性和弹性极限，增强钢丝的承载能力强、抗疲劳性能和抗弹减性能；淬火后的钢丝再经过回火处理可以大大减少内应力、应力均匀、降低脆性、改善塑性和韧性，减少变形和开裂，便于后续加工和使用。
本发明的有益技术效果如下：
利用本发明的工艺能够有效地控制近圆扁钢丝在生产过程中发生轴向扭转，能够生产出精度高、应力均匀、便于加工、承载能力强、抗疲劳性能和抗弹减性能优良的气门弹簧用近圆扁钢丝，同时本发明具有工艺简单、 钢丝平直度好、精度高、扭转度低和弹簧绕制成品率高等优点。
附图说明
图1是本发明的近圆扁钢丝成品的截面示意图。
图2是本发明的工艺流程图。
1、放线装置，2、校直装置，3、酸洗磷化槽，4、圆模，5、淬火加热炉，6、淬火槽，7、回火炉，8、轧辊，9、回火炉，10、收线机。
具体实施方式
本发明以下结合附图和实施例作进一步描述：
实施例一
本实施例的制备工艺包括下述步骤：
A、酸洗磷化：在酸洗磷化槽3内对依次经放线装置1展开和校直装置2校直后的原材料为SAE9254V、直径为φ6.5mm的盘条进行酸洗磷化，去除了盘条的表面氧化皮、获得了致密的磷化涂层。
B、圆模拉拔：酸洗磷化后的钢丝穿经圆模4内腔进行拉拔，得到直径为Φ4.32mm的规则圆钢丝。
C、淬火回火：拉拔后的圆钢丝以10m/s的线速度前移，纵向贯穿淬火加热炉5，线温加热到900℃，保温10s后移出淬火加热炉5，接着纵向贯穿淬火槽6，被淬火槽6内35℃的油淬火介质快速冷却到50℃；淬火后的圆钢丝以10m/s的线速度纵向贯穿回火炉7，线温加热到460℃，保温20s后移出回火炉7，在回火炉7出口被快速水冷却到80℃。
D、轧制成型：对收盘后的圆钢丝再次展开，并利用相同的两轧辊8同步轧制圆钢丝的对称面，得到带有两个对称切面的近圆扁钢丝。
E、去应力回火：将轧制后的近圆扁钢丝通过回火炉9加热到400℃，保温2min，然后缓慢冷却至室温，得到近圆扁钢丝成品。
F、收盘：回火后的近圆扁钢丝成品随着卷扬机的转动被卷绕到收线机10的收线盘上。
G、包装入库：对近圆扁钢丝成品进行检验，满足抗拉强度为1910MPa、且表面无划伤和裂纹的为合格近圆扁钢丝成品，将合格近圆扁钢丝成品包装入库。
实施例二
本实施例的制备工艺包括下述步骤：
A、酸洗磷化：在酸洗磷化槽3内对依次经放线装置1展开和校直装置2校直后的原材料为55CrSi、直径为φ6.5mm的盘条进行酸洗磷化，去除了盘条的表面氧化皮、获得了致密的磷化涂层。
B、圆模拉拔：酸洗磷化后的钢丝穿经圆模4内腔进行拉拔，得到直径为Φ4.32mm的规则圆钢丝。
C、淬火回火：拉拔后的圆钢丝以10m/s的线速度前移，纵向贯穿淬火加热炉5，线温加热到920，保温10s后移出淬火加热炉5，接着纵向贯穿淬火槽6，被淬火槽6内25℃的油淬火介质快速冷却到80℃；淬火后的圆钢丝以10m/s的线速度纵向贯穿回火炉7，线温加热到520℃，保温20s后移出回火炉7，在回火炉7出口被快速水冷却到30℃。
D、轧制成型：对收盘后的圆钢丝再次展开，并利用相同的两轧辊8同步轧制圆钢丝的对称面，得到带有两个对称切面的近圆扁钢丝。
E、去应力回火：将轧制后的近圆扁钢丝通过回火炉9加热到520℃，保温2min，然后缓慢冷却至室温，得到近圆扁钢丝成品。
F、收盘：回火后的近圆扁钢丝成品随着卷扬机的转动被卷绕到收线机10的收线盘上。
G、包装入库：对近圆扁钢丝成品进行检验，满足抗拉强度为1761MPa、且表面无划伤和裂纹的为合格近圆扁钢丝成品，将合格近圆扁钢丝成品包装入库。
实施例三
本实施例的制备工艺包括下述步骤：
A、酸洗磷化：在酸洗磷化槽3内对依次经放线装置1展开和校直装置2校直后的原材料为55CrSi、直径为φ8.0mm的盘条进行酸洗磷化，去除了盘条的表面氧化皮、获得了致密的磷化涂层。
B、圆模拉拔：酸洗磷化后的钢丝穿经圆模4内腔进行拉拔，得到直径为Φ4.95mm的规则圆钢丝。
C、淬火回火：拉拔后的圆钢丝以20m/s的线速度前移，纵向贯穿淬火加热炉5，线温加热到910℃，保温5s后移出淬火加热炉5，接着纵向贯穿淬火槽6，被淬火槽6内15℃的油淬火介质快速冷却到150℃；淬火后的圆钢丝以20m/s的线速度纵向贯穿回火炉7，线温加热到480℃，保温10s后移出回火炉7，在回火炉7出口被快速水冷却到100℃。
D、轧制成型：对收盘后的圆钢丝再次展开，并利用相同的两轧辊8同步轧制圆钢丝的对称面，得到带有两个对称切面的近圆扁钢丝。
E、去应力回火：将轧制后的近圆扁钢丝通过回火炉9加热到480℃，保温2min，然后缓慢冷却至室温，得到近圆扁钢丝成品。
F、收盘：回火后的近圆扁钢丝成品随着卷扬机的转动被卷绕到收线机10的收线盘上。
G、包装入库：对近圆扁钢丝成品进行检验，满足抗拉强度为1826MPa、且表面无划伤和裂纹的为合格近圆扁钢丝成品，将合格近圆扁钢丝成品包装入库。

Claims (2)

1.一种适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺，其特征在于：所述工艺包括下述步骤：
A、酸洗磷化：在酸洗磷化槽（3）内对依次经放线装置（1）展开和校直装置（2）校直后的盘条进行酸洗磷化，去除了盘条的表面氧化皮、获得了致密的磷化涂层；
B、圆模拉拔：酸洗磷化后的钢丝穿经圆模（4）内腔进行拉拔，得到规则的圆钢丝；
C、淬火回火：拉拔后的圆钢丝以10～20m/s的线速度前移，纵向贯穿淬火加热炉（5），线温加热到900～920℃，保温5～10s后移出淬火加热炉（5），接着纵向贯穿淬火槽（6），被淬火槽（6）内15～35℃的油淬火介质快速冷却到50～180℃；淬火后的圆钢丝以10～20m/s的线速度纵向贯穿回火炉（7），线温加热到460～520℃，保温10～20s后移出回火炉（7），在回火炉（7）出口被快速水冷却到30～100℃；
D、轧制成型：对收盘后的圆钢丝再次展开，并利用相同的两轧辊（8）同步轧制圆钢丝的对称面，得到带有两个对称切面的近圆扁钢丝；
E、去应力回火：将轧制后的近圆扁钢丝通过回火炉（9）加热到400～520℃，保温2min，然后缓慢冷却至室温，得到近圆扁钢丝成品；
F、收盘：回火后的近圆扁钢丝成品随着卷扬机的转动被卷绕到收线机（10）的收线盘上；
G、包装入库：对近圆扁钢丝成品进行检验，满足抗拉强度为1760～1910MPa、且表面无划伤和裂纹的为合格近圆扁钢丝成品，将合格近圆扁钢丝成品包装入库。
2.根据权利要求1所述的适合气门弹簧用近圆扁钢丝的制备工艺，其特征在于：所述钢丝盘条的原材料为SAE9254V或55CrSi。
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