CN110004283B - 弹簧片热处理装置及热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弹簧片热处理装置及热处理方法。本发明的弹簧片热处理装置，包括：上卡环、下卡环和连接件，上卡环与下卡环通过连接件连接；上卡环的轴线与下卡环的轴线重合，上卡环的内缘直径与下卡环的内缘直径相等；上卡环的内侧壁具有至少一个开口向下的卡槽，卡槽与弹簧片的折弯端相匹配；下卡环上具有至少一个与弹簧片的平直端连接的连接部，连接部与卡槽一一对应，且连接部与对应的卡槽位于不同径向方向上。本发明提供的弹簧片热处理装置及热处理方法，通过卡槽、连接部、上卡环、下卡环和连接件共同约束弹簧片，阻碍了弹簧片在真空热处理中的自由高尺寸变形，提高弹簧片热处理后的合格率。

Description

弹簧片热处理装置及热处理方法

技术领域

本发明涉及车辆制动缸技术领域，尤其涉及一种弹簧片热处理装置及热处理方法。

背景技术

主动式润滑制动缸为铁路货车车辆制动关键部件。其中，主动式润滑制动缸中的弹簧片是实现铁路货车车辆制动的关键零件。弹簧片在使用过程中在缸体内随活塞动作而往复弹性变形，弹簧片在组装和使用过程中，对弹簧片的自由高尺寸(59-66mm)要求严格，如果该尺寸不满足要求，那么会加大制动缸组装的难度，而且还会影响主动润滑式制动缸的工作性能。主动润滑式制动缸的生产工艺为，下料-冲压-真空热处理-抛光-组装。在热处理过程中，弹簧片会发生组织变形，组织变化后，弹簧片的关键自由高尺寸会发生变形，而且在真空热处理淬火加热、淬火、回火过程中，在全密封状态无法进行弹簧片淬火后校型，回火后弹簧片则具备了弹性，变形已无法校正。

根据弹簧片热处理组织变化特点和试制情况，热处理时弹簧片的变形一般是自由高尺寸降低，因此，在弹簧片热处理前冲压时预留热处理变形量，将自由高尺寸59-66mm尺寸预制到73mm，以增加弹簧片热处理后的自由高尺寸合格率。

但是，弹簧片自由高尺寸变形虽有大体趋势，但存在变形方向和发生扭转及折弯位置改变等问题，因此，弹簧片热处理时废品率较高。

发明内容

本发明提供一种弹簧片热处理装置及热处理方法，能提高弹簧片热处理后的合格率。

本发明提供了一种弹簧片热处理装置，应用在一端弯折、另一端平直的弹簧片上，包括：上卡环、下卡环和连接件，所述上卡环与所述下卡环通过所述连接件连接；

所述上卡环的轴线与所述下卡环的轴线重合，所述上卡环的内缘直径与所述下卡环的内缘直径相等；

所述上卡环的内侧壁具有至少一个开口向下的卡槽，所述卡槽与弹簧片的折弯端相匹配；

所述下卡环上具有至少一个与所述弹簧片的平直端连接的连接部，所述连接部与所述卡槽一一对应，且所述连接部与对应的卡槽位于不同径向方向上。

本发明提供的弹簧片热处理装置，所述上卡环的底部与所述下卡环的顶部之间为距离为73-73.5mm。

本发明提供的弹簧片热处理装置，还包括卡板，所述卡板与所述弹簧片的平直端相匹配，所述弹簧片的平直端位于所述卡板和所述下卡环之间，所述卡板与所述连接部连接。

本发明提供的弹簧片热处理装置，所述下卡环在径向上的宽度与所述卡板在该方向上的宽度相等，且所述下卡环的所述宽度大于所述弹簧片的折弯端的宽度。

本发明提供的弹簧片热处理装置，所述卡槽数量为多个，多个所述卡槽绕所述上卡环的内侧壁的圆周方向均匀间隔设置。

本发明提供的弹簧片热处理装置，所述连接部的数量为多个，多个所述连接部绕所述下卡环的圆周方向均匀间隔设置，所有所述连接部均位于所述下卡环同直径的圆周上。

本发明提供的弹簧片热处理装置，所述上卡环的外缘直径与所述下卡环的外缘直径相等。

本发明提供的弹簧片热处理装置，所述连接件的数量为多个，所述连接件的长度方向与所述上卡环所在的平面垂直。

本发明提供的弹簧片热处理装置，所述连接件均匀间隔连接在所述上卡环的内侧壁和所述下卡环的内侧壁，和/或所述连接件均匀间隔连接在所述上卡环的外侧壁和所述下卡环的外侧壁。

本发明还提供了一种弹簧片热处理方法，包括：

将弹簧片连接至上述的弹簧片热处理装置中，其中，弹簧片的平直端与所述下卡环的连接部连接，弹簧片的折弯端置于所述上卡环的内侧壁的卡槽内；

将连接弹簧片的弹簧片热处理装置放入真空热处理炉中进行真空热处理。

本发明提供的弹簧片热处理装置及热处理方法，通过设置上卡环、下卡环和连接件，上卡环、下卡环和连接件共同构成放置弹簧片的托盘，弹簧片的平直端与下卡环上的连接部连接，弹簧片的折弯端卡入卡槽中，卡槽、连接部、上卡环、下卡环和连接件共同约束弹簧片，阻碍了弹簧片在真空热处理中的自由高尺寸变形，提高弹簧片热处理后的合格率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有主动式润滑制动缸中弹簧片的结构示意图；

图2为现有主动式润滑制动缸中弹簧片的俯视图；

图3为本发明一种弹簧片热处理装置一实施例的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明一种弹簧片热处理装置一实施例中下卡环的结构示意图；

图6为本发明一种弹簧片热处理装置另一实施例的结构示意图；

图7为本发明一种弹簧片热处理装置另一实施例中卡板的结构示意图。

附图标记说明：

10-上卡环；

101-卡槽；

20-下卡环；

201-连接部；

30-连接件；

40-弹簧片；

401-第一通孔；

402-插入部；

50-卡板；

501-第二通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

弹簧片40是实现铁路货车车辆制动中主动式润滑制动缸的关键零件，弹簧片40在运用过程中，在主动式润滑制动缸的缸体内随活塞动作而往复弹性变形。

图1为现有主动式润滑制动缸中弹簧片的结构示意图；图2为现有主动式润滑制动缸中弹簧片的俯视图。如图1和图2所示，弹簧片40的平直端具有第一通孔401，弹簧片40的折弯端具有插入部402；

通过第一通孔401将弹簧片40连接在主动式润滑制动缸中，具体的，为了保证弹簧片40在主动式润滑制动缸中连接的稳定性，将第一通孔401的数量设置为至少两个；

插入部402的相对侧均设置倒角；

弹簧片40的厚度为1mm；

弹簧片40的材质为60Si2MnA，在真空热处理前硬度较低。

弹簧片40在组装和运用过程中，对弹簧片40的自由高尺寸(59-66mm)要求严格，如果弹簧片40的自由高尺寸不满足要求，会增加制动缸组装的难度，而且会影响主动润滑式制动缸的运用性能。

根据弹簧片40的技术要求，弹簧片40需进行真空热处理，以满足技术要求中的组织为回火屈氏体、脱碳层0.02mm和硬度35-42HRC的要求。但是在热处理过程中，为得到硬化效果，弹簧片40会发生组织变形，组织变化后，其关键的自由高尺寸会发生变形，而且在真空热处理淬火加热、淬火、回火过程中，在全密封状态无法淬火后校型，回火后弹簧片40则具备了弹性，弹簧片40的自由高尺寸变形无法进行校正，只能报废，影响弹簧40热处理后的尺寸合格率，使得生产效率低，提高了生产成本。

主动润滑式制动缸的生产工艺为，下料-冲压-真空热处理-抛光-组装，下料、冲压采用小型冲床和专用工装，真空热处理采用专用设备。为了解决弹簧片40在真空热处理中的自由高尺寸容易变形的问题，根据弹簧片40真空热处理组织变化特点和试制情况，在弹簧片40热处理前冲压时预留热处理变形量，将弹簧片40的自由高尺寸59-66mm预制到73mm，因为真空热处理时弹簧片40的变形一般是自由高尺寸降低，希望能够变形到图纸要求尺寸范围内。

但是，弹簧片40自由高尺寸变形虽有大体趋势，但是由于还存在弹簧片40的变形方向和发生扭转及折弯位置改变等问题，真空热处理后弹簧片40的废品率还是较高。

根据弹簧片40的尺寸，设计制作仿形工装，即用相同的工装制作两块与弹簧片40尺寸相同的钢板，并在钢板上下位置预留连接孔面积，一块钢板的内弧面与弹簧片40尺寸一致，另一块钢板的外弧面与弹簧片40尺寸一致，并在两块钢板的上下位置加工连接孔，真空热处理时将弹簧片40放入两块钢板之间，通过两块钢板包裹弹簧片40，进行真空热处理，以保证弹簧片40的外形尺寸。

上述仿形工装的方式虽然能够解决弹簧片40的变形问题，但其对弹簧片40包裹严密，影响弹簧片40热处理效果，使得弹簧片40硬度无法达到要求，即使弹簧片40硬度合格，真空热处理的组织也不会是要求的回火屈式体，而是一种复杂的混合组织，会在后期的使用过程中，造成弹簧片40的制动不足等其它危害。同时这种仿形工装制作较难，采用冲压钢淬透性不足，采用高强钢则冲压困难，而且仿形工装会在真空热处理时也会发生变形，从而无法再次利用，并且仿形工装安装弹簧片40的数量较少，生产效率低、生产成本高。

本发明提供了一种弹簧片热处理装置，应用在一端弯折、另一端平直的弹簧片40上，图3为本发明一种弹簧片热处理装置一实施例的结构示意图；图4为图3的俯视图；图5为本发明一种弹簧片热处理装置一实施例中下卡环的结构示意图。如图3-图5所示，本实施例提供的弹簧片热处理装置，包括：上卡环10、下卡环20和连接件30；

上卡环10与下卡环20通过连接件30连接，连接件30还能阻挡弹簧片40，防止弹簧片40脱离本实施例提供的弹簧片热处理装置；

上卡环10的轴线与下卡环20的轴线重合，上卡环10的内缘直径与下卡环20的内缘直径相等；

上卡环10的内侧壁具有至少一个开口向下的卡槽101，卡槽101与弹簧片40的折弯端相匹配，卡槽101用于供弹簧片40的折弯端的插入部402插入，阻碍弹簧片40在真空热处理中的自由高尺寸变形；

下卡环20上具有至少一个与弹簧片40的平直端连接的连接部201，连接部201与卡槽101一一对应，且连接部201与对应的卡槽101位于不同径向方向上，保证折弯端后的弹簧片40的平直端与连接部201连接，弹簧片40的折弯端插入卡槽101中。

本实施例提供的弹簧片热处理装置，上卡环10与下卡环20通过连接件30连接，上卡环10、下卡环20和连接件30共同构成放置弹簧片40的托盘，使用时，将已经冲压折弯的弹簧片40的平直端与下卡环20上的连接部20连接，然后将弹簧片40的折弯端的插入部402插入卡槽101中，弹簧片40的平直端和折弯端分别位于对应的连接部20和卡槽101中，然后将连接为一体的上卡环10、下卡环20、连接件30和弹簧片40放入真空热处理炉中，对弹簧片40进行真空热处理。

本实施例提供的弹簧片热处理装置，通过设置上卡环、下卡环和连接件，上卡环、下卡环和连接件共同构成放置弹簧片的托盘，弹簧片的平直端与下卡环上的连接部连接，弹簧片的折弯端卡入卡槽中，卡槽、连接部、上卡环、下卡环和连接件共同约束弹簧片，阻碍了弹簧片在真空热处理中的自由高尺寸变形，提高弹簧片热处理后的合格率。

在一些实施例中，具体的，上卡环10的底部与下卡环20的顶部之间为距离为73-73.5mm。

根据弹簧片40热处理组织变化特点和试制情况，在弹簧片40真空热处理前冲压时预留热处理变形量，将弹簧片40的自由高尺寸59-66mm预制到73mm，因为真空热处理时弹簧片40的变形一般是自由高尺寸降低，从而保证弹簧片40真空热处理后的自由高尺寸符合要求，因此，将上卡环10的底部与下卡环20的顶部之间为距离为73-73.5mm，使得弹簧片40的折弯端的插入部402能插入卡槽101内，并保证真空热处理后弹簧片40的自由高尺寸位于59-66mm之间，提高弹簧片40热处理后的合格率。

在上述实施例的基础上，本实施例提供了另一弹簧片热处理装置，图6为本发明一种弹簧片热处理装置另一实施例的结构示意图；图7为本发明一种弹簧片热处理装置另一实施例中卡板的结构示意图。如图6和图7所示，本实施例提供的弹簧片热处理装置，还包括卡板50，卡板50与弹簧片40的平直端相匹配，弹簧片40的平直端位于卡板50和下卡环20之间，卡板50与连接部201连接。

卡板50的厚度大于弹簧片40的厚度，卡板50的厚度可以为2mm，卡板50的材质与弹簧片40的材质相同，均为60Si2MnA。

作为一种可选的方式，连接部201为设置有外螺纹的圆柱凸台，卡板50上设置有第二通孔501，第二通孔501和第一通孔401的内缘直径相等，第二通孔501和第一通孔401的数量相等且位置相对，圆柱凸台上依次穿入第二通孔501和第一通孔401，然后拧入螺母，通过设置有外螺纹的圆柱凸台、螺母将卡板50和弹簧片40的平直端连接在下卡环20上。

作为另一种可选的方式，连接部201为第三通孔，卡板50上设置有第二通孔501，第三通孔、第二通孔501和第一通孔401的内缘直径均相等，第三通孔、第二通孔501和第一通孔401的数量均相等且位置均相对，螺栓依次穿过第三通孔、第二通孔501和第一通孔401，然后拧入螺母，通过设置螺栓、螺母将卡板50和弹簧片40的平直端连接在下卡环20上。

本实施例提供的弹簧片热处理装置，使用时，由于设置了卡板50，卡板50与弹簧片40的平直端相匹配，弹簧片40的厚度为1mm，在真空热处理前硬度较低，所以不需要进行冲压工序，直接将下料后的弹簧片40连接至本实施例提供的弹簧片热处理装置中，具体的，将下料后的弹簧片40具有插入部402端插入上卡环10的卡槽101中(图6为图4中A-A的展开图)，然后在下料后的弹簧片40的另一端放置于卡板50和下卡环20之间，下卡环20的连接部201与卡板50和弹簧片40的另一端均连接。

通过将弹簧片40连接在卡槽101、连接部201和卡板50中，使得弹簧片40的另一端折弯。并且，由于将上卡环10的底部与下卡环20的顶部之间为距离为73-73.5mm，从而保证弹簧片40的自由高尺寸在73-73.5mm之间，并保证真空热处理后弹簧片40的自由高尺寸位于59-66mm之间，提高弹簧片40热处理后的合格率。保证了弹簧片40真空热处理后的硬度、脱碳层、自由高、组织、折弯位置的指标。上卡环10、下卡环20、连接件30和卡板50共同构成放置弹簧片40的托盘，不需要额外提供放置弹簧片40工装的托盘，减少需要加热的零件，降低能源。

本实施例提供的弹簧片热处理装置，通过设置卡板，将弹簧片的两端分别连接在卡槽和连接部、卡板中，卡槽、连接部、上卡环、下卡环、连接件和卡板共同约束弹簧片，节省了冲压工序，降低了成本，提高弹簧片热处理后的合格率，保证了弹簧片真空热处理后的硬度、脱碳层、自由高、组织、折弯位置的指标。

在上述实施例的基础上，具体的，在一些实施例中，下卡环20在径向上的宽度与卡板50在该方向上(卡板50的径向)的宽度相等，且下卡环20的宽度大于弹簧片40的折弯端的宽度。

由于弹簧片40的折弯端位于卡板50和下卡环20之间，通过卡板50和下卡环20共同固定弹簧片40的折弯端，然后将弹簧片40的插入部402插入卡槽101中，保证下料后的弹簧片40不需要经过冲压工序，通过卡板50、下卡环20和上卡环10的定型作用，直接具有折弯端。因此，将下卡环20在径向上的宽度与卡板50在该方向上的宽度相等，且下卡环20的宽度大于弹簧片40的折弯端的宽度，保证弹簧片40的折弯端宽度方向的边缘充分折弯。

具体的，卡槽101数量为多个，多个卡槽101绕上卡环10的内侧壁的圆周方向均匀间隔设置，可选的，上卡环10可以用采用主动润滑缸中上齿圈。

进一步的，连接部201的数量为多个，多个连接部201绕下卡环20的圆周方向均匀间隔设置，所有连接部201均位于下卡环20同直径的圆周上。

卡槽101和连接部201的数量均为多个，使本实施例提供的弹簧片热处理装置能安装多个弹簧片40进行真空热处理，提高了弹簧片热处理效率。

具体的，上卡环10的外缘直径与下卡环20的外缘直径相等，在相同体积的真空热处理炉中可以放置多个弹簧片热处理装置，提高了弹簧片热处理效率。

进一步的，连接件30的数量为多个，连接件30的长度方向与上卡环10所在的平面垂直，通过多个连接件30连接上卡环10和下卡环20，保证弹簧片热处理装置的稳固性。

具体的，连接件30的宽度可以为10mm，连接件30的顶部和底部分别与上卡环10的顶部和下卡环20的底部平齐。

进一步的，连接件30均匀间隔连接在上卡环10的内侧壁和下卡环20的内侧壁，和/或连接件30均匀间隔连接在上卡环10的外侧壁和下卡环20的外侧壁，保证弹簧片热处理装置的稳固性。

本发明提供了一种弹簧片热处理方法，本实施例提供的弹簧片热处理方法，包括：

将弹簧片40连接至上述实施例提供的弹簧片热处理装置中，其中，弹簧片40的平直端与下卡环20的连接部201连接，弹簧片40的折弯端置于上卡环10的内侧壁的卡槽101内；

将弹簧片40连接在弹簧片热处理装置的方式、弹簧片热处理装置的结构、工作原理和主要功能均已在前述实施例中进行了详细说明，此处不再赘述。

将连接弹簧片40的弹簧片热处理装置放入真空热处理炉中进行真空热处理。

具体的，将连接弹簧片40的弹簧片热处理装置通过传送链直接传送至真空热处理炉中，首先，在真空热处理中淬火，淬火温度为860-880℃，真空保温时间为20-30分钟，然后真空油冷，其次，真空回火，回火温度为520-560℃，保温时间90-120分钟，最后，真空水冷，直至室温。

本发明提供的弹簧片热处理方法，通过将弹簧片连接在弹簧片热处理装置中，将弹簧片的两端分别连接在卡槽和连接部、卡板中，卡槽、连接部、上卡环、下卡环、连接件和卡板共同约束弹簧片，节省了冲压工序，降低了成本，提高弹簧片热处理后的合格率，保证了弹簧片真空热处理后的硬度、脱碳层、自由高、组织、折弯位置的指标。

在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“底部”、“顶部”、“宽度”、“内侧壁”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，四个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“一些实施例”、“一实施例”、“另一实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种弹簧片热处理装置，应用在一端弯折、另一端平直的弹簧片上，其特征在于，包括：上卡环、下卡环和连接件，所述上卡环与所述下卡环通过所述连接件连接；

所述上卡环的轴线与所述下卡环的轴线重合，所述上卡环的内缘直径与所述下卡环的内缘直径相等；

所述上卡环的内侧壁具有至少一个开口向下的卡槽，所述卡槽与弹簧片的折弯端相匹配；

所述下卡环上具有至少一个与所述弹簧片的平直端连接的连接部，所述连接部与所述卡槽一一对应，且所述连接部与对应的卡槽位于不同径向方向上。

2.根据权利要求1所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，所述上卡环的底部与所述下卡环的顶部之间为距离为73-73.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，还包括卡板，所述卡板与所述弹簧片的平直端相匹配，所述弹簧片的平直端位于所述卡板和所述下卡环之间，所述卡板与所述连接部连接。

4.根据权利要求3所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，所述下卡环在径向上的宽度与所述卡板在该方向上的宽度相等，且所述下卡环的所述宽度大于所述弹簧片的折弯端的宽度。

5.根据权利要求1或2所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，所述卡槽数量为多个，多个所述卡槽绕所述上卡环的内侧壁的圆周方向均匀间隔设置。

6.根据权利要求5所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，所述连接部的数量为多个，多个所述连接部绕所述下卡环的圆周方向均匀间隔设置，所有所述连接部均位于所述下卡环同直径的圆周上。

7.根据权利要求1或2所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，所述上卡环的外缘直径与所述下卡环的外缘直径相等。

8.根据权利要求1或2所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，所述连接件的数量为多个，所述连接件的长度方向与所述上卡环所在的平面垂直。

9.根据权利要求8所述的弹簧片热处理装置，其特征在于，所述连接件均匀间隔连接在所述上卡环的内侧壁和所述下卡环的内侧壁，和/或所述连接件均匀间隔连接在所述上卡环的外侧壁和所述下卡环的外侧壁。

10.一种弹簧片热处理方法，其特征在于，包括：

将弹簧片连接至权利要求1-9任一项所述的弹簧片热处理装置中，其中，弹簧片的平直端与所述下卡环的连接部连接，弹簧片的折弯端置于所述上卡环的内侧壁的卡槽内；

将连接弹簧片的弹簧片热处理装置放入真空热处理炉中进行真空热处理。

Images