CN109664075A - 一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其能解决现有我国对同心蜗旋臂板弹簧的加工的研究很少的问题。其包括以下步骤：步骤1、下料，毛坯厚度公差±0.01mm；步骤2、冲安装孔和外形；步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；步骤4、淬火，使毛坯的硬度达到HRC50~HRC55；步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.25A~0.35A，丸坑覆盖率＞100%；步骤6、表面防锈处理；步骤7、检验。
Description
技术领域
本发明涉及斯特林发动机部件加工领域，具体为一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺。
背景技术
同心蜗旋臂板弹簧的制作是斯特林循环发动机制造中的一项关键技术。同心蜗旋臂板弹簧的结构如图1所示，其是在圆形弹性片状材料上构造出一组具有适当几何尺寸的对称的渐开线螺旋槽1，形成可振动的弹性蜗旋臂，从而使片状材料具有一定的轴向刚度和径向刚度，图1中2为安装孔。在斯特林循环发动机中，同心蜗旋臂板弹簧用于支撑压缩活塞和膨胀活塞，不但可以保持运动过程中活塞与气缸的密封间隙，还可以调节压缩活塞与膨胀活塞的相位差。
同心蜗旋臂板弹簧的性能主要体现在疲劳强度、轴向刚度、径向刚度及自振频率四个方面。由于工作需要，同心蜗旋臂板弹簧往复运动超过20亿次，因此其疲劳强度对斯特林循环发动机的寿命及稳定性影响最大，要求在工作时各处应力趋于一致，消除应力集中，并使最大应力远小于材料的疲劳极限。我国对斯特林发动机的开发尚处于起步阶段，对同心蜗旋臂板弹簧的加工的研究很少，因此开发同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，制造出各项性能尤其是疲劳强度高的同心蜗旋臂板弹簧，对斯特林发动机的开发具有重要意义。
发明内容
针对现有我国对同心蜗旋臂板弹簧的加工的研究很少的技术问题，本发明提供了一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其能制造出具有高疲劳强度的同心蜗旋臂板弹簧。
其技术方案是这样的：一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以3Cr13冷轧板、T9A冷轧板或65Mn冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将所述毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将所述毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将所述毛坯置于冲床上，并以所述安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，所述渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，使所述毛坯的硬度达到HRC50~HRC55；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对所述毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.25A~0.35A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理；
步骤7、检验。
其进一步特征在于：
所述步骤1中，所述3Cr13冷轧板、所述9A冷轧板和所述65Mn冷轧板均为退火状态的冷轧板。
所述步骤1中，所述3Cr13冷轧板的表面粗糙度为Ra0.8。
所述步骤4中，所述3Cr13冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度980℃~1050℃，油冷，再150℃~370℃下进行回火处理。
所述步骤4中，所述T9A冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度790℃~810℃，油冷，再280℃~320℃下进行回火处理。
所述步骤4中，所述65Mn冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度770℃~790℃，水油双液冷却或碱浴冷却，再170℃~190℃下进行回火处理。
所述步骤6中，所述3Cr13冷轧板只需在表面涂润滑油，所述T9A冷轧板和所述65Mn冷轧板需先进行发黑处理，再在表面涂润滑油。
本发明的有益效果是：
本发明的同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，利用与蜗旋臂的理论轮廓形状一致的渐开线蜗旋冲模加工蜗旋臂，保证了蜗旋臂的加工尺寸，可避免缺口效应；淬火可提高材料硬度，通过在淬火后进行抛丸强化处理，能够显著提高同心蜗旋臂板弹簧的疲劳强度、耐磨性、耐应力腐蚀性等性能，去除拉力残留应力，使同心蜗旋臂板弹簧满足使用性能要求，本工艺设计合理，便于加工制造，制造成本较低。
附图说明
图1为现有同心蜗旋臂板弹簧的主视图。
具体实施方式
本发明的一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的3Cr13冷轧板、T9A冷轧板或65Mn冷轧板为原料进行毛坯下料，3Cr13冷轧板的表面粗糙度为Ra0.8，毛坯厚度公差±0.01mm，并用机械加工方式将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，使毛坯的硬度达到HRC50~HRC55；其中，3Cr13冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度980℃~1050℃，油冷，再150℃~370℃下进行回火处理；T9A冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度790℃~810℃，油冷，再280℃~320℃下进行回火处理；65Mn冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度770℃~790℃，水油双液冷却或碱浴冷却，再170℃~190℃下进行回火处理；淬火需随炉样本，以便硬度测试；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.25A~0.35A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理，其中，3Cr13冷轧板只需在表面涂润滑油，T9A冷轧板和65Mn冷轧板需先进行发黑处理，发黑处理使用常规发黑工艺，再在表面涂润滑油；
步骤7、检验，蜗旋臂及安装孔的形状与位置用投影仪检测，厚度用千分尺检测，外径、孔的尺寸用数显游标卡尺检测，硬度用洛式硬度计检测。
下面为几个具体实施例。
实施例1
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的3Cr13冷轧板为原料进行毛坯下料，3Cr13冷轧板的表面粗糙度为Ra0.8，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度980℃，油冷，再150℃下进行回火处理，使毛坯的硬度达到HRC50；；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.25A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、在表面涂润滑油进行表面防锈处理；
步骤7、检验。
实施例2
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的3Cr13冷轧板为原料进行毛坯下料，3Cr13冷轧板的表面粗糙度为Ra0.8，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度1015℃，油冷，再260℃下进行回火处理，使毛坯的硬度达到HRC52；；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.3A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、在表面涂润滑油进行表面防锈处理；
步骤7、检验。
实施例3
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的3Cr13冷轧板为原料进行毛坯下料，3Cr13冷轧板的表面粗糙度为Ra0.8，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度1050℃，油冷，再370℃下进行回火处理，使毛坯的硬度达到HRC55；；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.35A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、在表面涂润滑油进行表面防锈处理；
步骤7、检验。
实施例4
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的T9A冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度790℃，油冷，再280℃下进行回火处理，使毛坯的硬度达到HRC51；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.26A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理，先进行发黑处理，再在表面涂润滑油；
步骤7、检验。
实施例5
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的T9A冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度800℃，油冷，再300℃下进行回火处理，使毛坯的硬度达到HRC53；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.31A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理，先进行发黑处理，再在表面涂润滑油；
步骤7、检验。
实施例6
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的T9A冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度810℃，油冷，再320℃下进行回火处理，使毛坯的硬度达到HRC54；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.34A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理，先进行发黑处理，再在表面涂润滑油；
步骤7、检验。
实施例7
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的65Mn冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度770℃，水油双液冷却，再170℃下进行回火处理；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.28A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理，先进行发黑处理，再在表面涂润滑油；
步骤7、检验。
实施例8
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的65Mn冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度780℃，碱浴冷却，再180℃下进行回火处理；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.32A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理，先进行发黑处理，再在表面涂润滑油；
步骤7、检验。
实施例9
斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其包括以下步骤：
步骤1、下料，以退火状态的65Mn冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将毛坯置于冲床上，并以安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，淬火工艺参数为：淬火温度790℃，水油双液冷却，再190℃下进行回火处理；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.33A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理，先进行发黑处理，再在表面涂润滑油；
步骤7、检验。
Claims (7)
1.一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1、下料，以3Cr13冷轧板、T9A冷轧板或65Mn冷轧板为原料进行毛坯下料，毛坯厚度公差±0.01mm，并将所述毛坯分割成正方形毛坯；
步骤2、冲安装孔和外形，将所述毛坯置于冲床上，用冲孔模具冲出安装孔和同心蜗旋臂板弹簧的外形；
步骤3、冲蜗旋臂，将所述毛坯置于冲床上，并以所述安装孔为定位基准，用渐开线蜗旋冲模冲出渐开线螺旋槽，所述渐开线蜗旋冲模的臂与待加工的蜗旋臂的理论轮廓形状一致；
步骤4、淬火，使所述毛坯的硬度达到HRC50~HRC55；
步骤5、抛丸强化，使用履带式抛丸机对所述毛坯进行抛丸强化处理，钢丸直径0.4mm，钢丸硬度Hv640，抛丸强度0.25A~0.35A，丸坑覆盖率＞100%；
步骤6、表面防锈处理；
步骤7、检验。
2.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于：所述步骤1中，所述3Cr13冷轧板、所述9A冷轧板和所述65Mn冷轧板均为退火状态的冷轧板。
3.根据权利要求1或2所述的一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于：所述步骤1中，所述3Cr13冷轧板的表面粗糙度为Ra0.8。
4.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于：所述步骤4中，所述3Cr13冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度980℃~1050℃，油冷，再150℃~370℃下进行回火处理。
5.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于：所述步骤4中，所述T9A冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度790℃~810℃，油冷，再280℃~320℃下进行回火处理。
6.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于：所述步骤4中，所述65Mn冷轧板的淬火工艺参数为：淬火温度770℃~790℃，水油双液冷却或碱浴冷却，再170℃~190℃下进行回火处理。
7.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机用同心蜗旋臂板弹簧的加工工艺，其特征在于：所述步骤6中，所述3Cr13冷轧板只需在表面涂润滑油，所述T9A冷轧板和所述65Mn冷轧板需先进行发黑处理，再在表面涂润滑油。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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