CN110438304A - 弹簧钢丝去应力退火生产系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于弹簧钢丝制造技术领域，尤其涉及一种弹簧钢丝去应力退火生产系统及方法。本发明，包括内部具有退火空腔的外壳体，外壳体内壁固定连接有一层隔热层，外壳体一侧设有可打开或闭合退火空腔的炉门，退火空腔内设有若干加热电阻，用于放置弹簧钢丝的加热台位于加热电阻正下方，且与外壳体固定连接，加热台上固定设置有支撑机构，钢丝套管位于支撑机构上。本发明在加热台上设有托举弹簧钢丝的支撑机构，大大减小了弹簧钢丝与加热台的接触面积，提高了弹簧钢丝退火过程受热的均匀性，并且，本发明在初始阶段加热至一个较高温度，降温冷却过程中具有一个回温过程，从而保证制得的弹簧钢丝具有较小内应力，可用于绕制内径较小的弹簧。
Description
技术领域
本发明属于弹簧钢丝制造技术领域，尤其涉及一种弹簧钢丝去应力退火生产系统及方法。
背景技术
退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。准确的说，退火是一种对材料的热处理工艺，包括金属材料、非金属材料。但现有技术中的退火工艺对弹簧钢丝内应力的消除效果还有待提高，这导致在弹簧绕制过程中，容易出现倒刺、裂纹等问题。
例如，中国发明专利申请公开了一种超塑性中碳钢丝的球化退火工艺[申请号：201410162530.6]，该发明专利申请包括如下步骤：A、将钢丝置于热处理炉中，向热处理炉中充入保护气体，再将炉内的温度升至720-740℃，保温3-5h；B、第一阶段冷却：将炉内的温度以10℃/小时的速度冷却至660-680℃，保温3-5h；C、第二阶段冷却：继续将炉内的温度以20℃/小时的速度冷却至610-630℃；D、第三阶段冷却：线材自然冷却到常温。
该发明专利申请具有工艺流程简单，对设备要求不高，生产效率高的优势，但仍具有上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种弹簧钢丝去应力退火生产系统。
本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种弹簧钢丝去应力退火生产方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种弹簧钢丝去应力退火生产系统，包括内部具有退火空腔的外壳体，所述外壳体内壁固定连接有一层隔热层，外壳体一侧设有可打开或闭合退火空腔的炉门，所述退火空腔内设有若干加热电阻，用于放置弹簧钢丝的加热台位于加热电阻正下方，且与外壳体固定连接，所述加热台上固定设置有支撑机构，钢丝套管位于支撑机构上。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产系统中，所述支撑机构包括若干个沿钢丝套管轴心线方向设置的支撑底座，所述支撑底座与加热台固定连接，支撑底座远离加热台的一端固定连接有呈圆弧形的支撑面，所述支撑面上表面与钢丝套管外表面相贴合。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产系统中，所述支撑面的弧度与钢丝套管的弧度相适配。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产系统中，所述加热电阻设有至少三根，且每根加热电阻的轴心线相互平行，所述加热电阻的轴心线沿外壳体长度方向延伸。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产系统中，所述退火空腔内还设有若干个固定连接在外壳体上的感温元件，感温元件对称设置在加热电阻上下两侧，所述感温元件与设置在外壳体外侧的温度显示器电连接。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产系统中，所述外壳体上还设有贯通外壳体且与退火空腔相连通的抽真空口和氮气置换口。
一种利用上述弹簧钢丝去应力退火生产系统进行的弹簧钢丝去应力退火生产方法，包括以下步骤：
步骤一：将弹簧钢丝放入钢丝套管内，再将钢丝套管放置在支撑机构上，此时，钢丝套管与支撑面相贴合，关闭炉门；
步骤二：利用抽真空口除去退火空腔内的气体，再通过氮气置换口向退火空腔补充氮气，重复上述操作若干次后，关闭抽真空口和氮气置换口；
步骤三：利用加热电阻控制退火空腔内温度对钢丝套管内弹簧钢丝退火，利用感温元件测量退火空腔内的温度；
步骤四：出炉，得到退火后的去应力弹簧钢丝。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产方法中，步骤三中利用加热电阻控制退火空腔内温度具体包括以下几个步骤：
步骤A：升温至600-650℃，保温0.5-1.5h，再以300-600℃/h的升温速率升温至900℃以上；
步骤B：以15-25℃/h的降温速率冷却至800-850℃，保温2-4h；
步骤C：以15-25℃/h的降温速率冷却至650-700℃，保温1-2h；
步骤D：以50-100℃/h的升温速率升温至730-770℃，保温1-2h；
步骤E：以低于10℃/h的降温速率冷却至500℃以下。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产方法中，步骤A中保温后，以300-600℃/h的升温速率升温至900-940℃。
在上述的弹簧钢丝去应力退火生产方法中，步骤E中降温速率为8℃/h。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明在加热台上设有托举弹簧钢丝的支撑机构，大大减小了弹簧钢丝与加热台的接触面积，提高了弹簧钢丝退火过程受热的均匀性。
2、本发明的整个工艺在氮气的保护下进行，防止弹簧钢丝被氧化。
3、本发明在初始阶段加热至一个较高温度，降温冷却过程中具有一个回温过程，从而保证制得的弹簧钢丝具有较小内应力，可用于绕制内径较小的弹簧。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2是本发明的截面图；
图3是支撑面的结构示意图；
图中：退火空腔1、外壳体2、隔热层3、炉门4、加热电阻5、加热台6、支撑机构7、钢丝套管8、感温元件9、抽真空口10、氮气置换口11、支撑底座71、支撑面72、下表面73、上表面74、防滑凸点75。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种弹簧钢丝去应力退火生产系统，如图1所示，包括内部具有退火空腔1的外壳体2，所述外壳体2内壁固定连接有一层隔热层3，外壳体2一侧设有可打开或闭合退火空腔1的炉门4，所述退火空腔1内设有若干加热电阻5，用于放置弹簧钢丝的加热台6位于加热电阻5正下方，且与外壳体2固定连接，所述加热台6上固定设置有支撑机构7，钢丝套管8位于支撑机构7上。
本发明，使用时，将弹簧钢丝置于位于支撑机构7上的钢丝套管8内，关闭炉门4，通电使加热电阻5发热，以提升退火空腔1内温度，实现对弹簧钢丝的退火处理，故本发明在加热台6上设有托举弹簧钢丝的支撑机构7，大大减小了弹簧钢丝与加热台6的接触面积，提高了弹簧钢丝退火过程受热的均匀性。
优选地，所述加热电阻5设有至少三根，且每根加热电阻5的轴心线相互平行，所述加热电阻5的轴心线沿外壳体2长度方向延伸，这样能进一步保证加热的均匀性。
如图2所示，所述支撑机构7包括若干个沿钢丝套管8轴心线方向设置的支撑底座71，所述支撑底座71与加热台6固定连接，支撑底座71远离加热台6的一端固定连接有呈圆弧形的支撑面72，所述支撑面72上表面与钢丝套管8外表面相贴合，这样钢丝套管8仅与支撑面72相接触，保证了退火过程中钢丝套管8放置的稳定性，同时相比于放置在加热台6上与加热台6直接接触的方式，具有更小的接触面积。
优选地，所述支撑面72的弧度与钢丝套管8的弧度相适配，这样能增强钢丝套管8放置的稳定性。
如图3所示，所述支撑面72包括与支撑底座71固定连接的下表面73和与钢丝套管8相贴合的上表面74，所述上表面74还凸出有若干个均匀排布的防滑凸点75，其中，所述防滑凸点75由橡胶材料制得，这样可以增大钢丝套管8与支撑面72之间的摩擦力，防止钢丝套管8在退火过程中发生沿轴心线方向的转动。
如图2所示，所述退火空腔1内还设有若干个固定连接在外壳体2上的感温元件9，感温元件9对称设置在加热电阻5上下两侧，多点测量可以提高温度测量的准确性，所述感温元件9与设置在外壳体2外侧的温度显示器(图中未画出)电连接，感温元件9可采用市售的温度传感器，用于测量退火空腔1内的温度，测得的温度数据通过设置在外壳体2外侧的温度显示器以数值的方式显示，便于使用者控制退火空腔1内的温度。
如图1所示，所述外壳体2上还设有贯通外壳体2且与退火空腔1相连通的抽真空口10和氮气置换口11，这样整个退火过程在氮气的保护下进行，防止弹簧钢丝被氧化。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1中提供的弹簧钢丝去应力退火生产系统进行的弹簧钢丝去应力退火生产方法，结合图1和图2所示，包括以下步骤：
步骤一：将弹簧钢丝放入钢丝套管8内，再将钢丝套管8放置在支撑机构7上，此时，钢丝套管8与支撑面72相贴合，关闭炉门4；
步骤二：利用抽真空口10除去退火空腔1内的气体，再通过氮气置换口11向退火空腔1补充氮气，重复上述操作若干次后，关闭抽真空口10和氮气置换口11；
步骤三：利用加热电阻5控制退火空腔1内温度对钢丝套管8内弹簧钢丝退火，利用感温元件9测量退火空腔1内的温度；
步骤四：出炉，得到退火后的去应力弹簧钢丝。
其中，步骤三中利用加热电阻5控制退火空腔1内温度具体包括以下几个步骤：
步骤A：升温至600℃，保温0.5h，再以300℃/h的升温速率升温至900℃；
步骤B：以15℃/h的降温速率冷却至800℃，保温2h；
步骤C：以15℃/h的降温速率冷却至650℃，保温1h；
步骤D：以50℃/h的升温速率升温至730℃，保温1h；
步骤E：以10℃/h的降温速率冷却至500℃以下。
故本发明在初始阶段加热至一个较高温度，即在步骤A中升温至900-940℃，降温冷却过程中具有一个回温过程，即步骤D中的回温过程，从而保证制得的弹簧钢丝具有较小内应力，可用于绕制内径较小的弹簧。
实施例3
本实施例提供一种利用实施例1中提供的弹簧钢丝去应力退火生产系统进行的弹簧钢丝去应力退火生产方法，结合图1和图2所示，包括以下步骤：
步骤一：将弹簧钢丝放入钢丝套管8内，再将钢丝套管8放置在支撑机构7上，此时，钢丝套管8与支撑面72相贴合，关闭炉门4；
步骤二：利用抽真空口10除去退火空腔1内的气体，再通过氮气置换口11向退火空腔1补充氮气，重复上述操作若干次后，关闭抽真空口10和氮气置换口11；
步骤三：利用加热电阻5控制退火空腔1内温度对钢丝套管8内弹簧钢丝退火，利用感温元件9测量退火空腔1内的温度；
步骤四：出炉，得到退火后的去应力弹簧钢丝。
其中，步骤三中利用加热电阻5控制退火空腔1内温度具体包括以下几个步骤：
步骤A：升温至650℃，保温1.5h，再以600℃/h的升温速率升温至940℃；
步骤B：以25℃/h的降温速率冷却至850℃，保温4h；
步骤C：以25℃/h的降温速率冷却至700℃，保温2h；
步骤D：以100℃/h的升温速率升温至770℃，保温2h；
步骤E：以6℃/h的降温速率冷却至500℃以下。
实施例4
本实施例提供一种利用实施例1中提供的弹簧钢丝去应力退火生产系统进行的弹簧钢丝去应力退火生产方法，结合图1和图2所示，包括以下步骤：
步骤一：将弹簧钢丝放入钢丝套管8内，再将钢丝套管8放置在支撑机构7上，此时，钢丝套管8与支撑面72相贴合，关闭炉门4；
步骤二：利用抽真空口10除去退火空腔1内的气体，再通过氮气置换口11向退火空腔1补充氮气，重复上述操作若干次后，关闭抽真空口10和氮气置换口11；
步骤三：利用加热电阻5控制退火空腔1内温度对钢丝套管8内弹簧钢丝退火，利用感温元件9测量退火空腔1内的温度；
步骤四：出炉，得到退火后的去应力弹簧钢丝。
其中，步骤三中利用加热电阻5控制退火空腔1内温度具体包括以下几个步骤：
步骤A：升温至620℃，保温1h，再以450℃/h的升温速率升温至920℃；
步骤B：以20℃/h的降温速率冷却至820℃，保温3h；
步骤C：以20℃/h的降温速率冷却至680℃，保温1.5h；
步骤D：以75℃/h的升温速率升温至750℃，保温1.5h；
步骤E：以8℃/h的降温速率冷却至500℃以下。
应用例1
取300根相同的弹簧钢丝，等分为甲、乙、丙三组，每组均为100根弹簧钢丝，将甲、乙、丙三组分别按实施例2、实施例3和实施例4中记载的方法进行退火处理，分别得到弹簧钢丝1、弹簧钢丝2和弹簧钢丝3，分别对弹簧钢丝1、弹簧钢丝2和弹簧钢丝3的抗拉强度和洛氏硬度进行检测，结果取平均值后，如下表所示：
结果分析：通过以上实验数据可以看出，本发明制得的弹簧钢丝，具有较高的洛氏硬度和抗拉强度，适宜作为制作弹簧的材料。
抗拉强度的检测数据来自济南辰鑫试验机制造有限公司生产的拉力试验机，硬度的检测数据来自石家庄飞泰检测仪器有限公司生产的金属硬度检测仪。
对比例1
取与应用例1中相同弹簧钢丝，通过以下步骤进行退火处理，得到弹簧钢丝4：
步骤S1：升温至620℃，保温1h；
步骤S2：升温至820℃，保温3h；
步骤S3：以20℃/h的降温速率冷却至680℃，保温1.5h；
步骤S4：以8℃/h的降温速率冷却至500℃以下。
取上述弹簧钢丝4和应用例1中制得的弹簧钢丝3，分别绕制直径为10mm、6mm、3mm和1mm的弹簧，绕制完成后，观察弹簧表面，结果如下表所示：
结果分析：通过以上实验数据可以看出，本发明制得的弹簧钢丝具有更小的内应力，达到了本发明预期的目的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了退火空腔1、外壳体2、隔热层3、炉门4、加热电阻5、加热台6、支撑机构7、钢丝套管8、感温元件9、抽真空口10、氮气置换口11、支撑底座71、支撑面72、下表面73、上表面74、防滑凸点75等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种弹簧钢丝去应力退火生产系统，包括内部具有退火空腔(1)的外壳体(2)，所述外壳体(2)内壁固定连接有一层隔热层(3)，外壳体(2)一侧设有可打开或闭合退火空腔(1)的炉门(4)，其特征在于：所述退火空腔(1)内设有若干加热电阻(5)，用于放置弹簧钢丝的加热台(6)位于加热电阻(5)正下方，且与外壳体(2)固定连接，所述加热台(6)上固定设置有支撑机构(7)，钢丝套管(8)位于支撑机构(7)上。
2.如权利要求1所述的弹簧钢丝去应力退火生产系统，其特征在于：所述支撑机构(7)包括若干个沿钢丝套管(8)轴心线方向设置的支撑底座(71)，所述支撑底座(71)与加热台(6)固定连接，支撑底座(71)远离加热台(6)的一端固定连接有呈圆弧形的支撑面(72)，所述支撑面(72)上表面与钢丝套管(8)外表面相贴合。
3.如权利要求2所述的弹簧钢丝去应力退火生产系统，其特征在于：所述支撑面(72)的弧度与钢丝套管(8)的弧度相适配。
4.如权利要求1所述的弹簧钢丝去应力退火生产系统，其特征在于：所述加热电阻(5)设有至少三根，且每根加热电阻(5)的轴心线相互平行，所述加热电阻(5)的轴心线沿外壳体(2)长度方向延伸。
5.如权利要求1所述的弹簧钢丝去应力退火生产系统，其特征在于：所述退火空腔(1)内还设有若干个固定连接在外壳体(2)上的感温元件(9)，感温元件(9)对称设置在加热电阻(5)上下两侧，所述感温元件(9)与设置在外壳体(2)外侧的温度显示器电连接。
6.如权利要求1所述的弹簧钢丝去应力退火生产系统，其特征在于：所述外壳体(2)上还设有贯通外壳体(2)且与退火空腔(1)相连通的抽真空口(10)和氮气置换口(11)。
7.一种利用权利要求1-6任一所述弹簧钢丝去应力退火生产系统进行的弹簧钢丝去应力退火生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将弹簧钢丝放入钢丝套管(8)内，再将钢丝套管(8)放置在支撑机构(7)上，此时，钢丝套管(8)与支撑面(72)相贴合，关闭炉门(4)；
步骤二：利用抽真空口(10)除去退火空腔(1)内的气体，再通过氮气置换口(11)向退火空腔(1)补充氮气，重复上述操作若干次后，关闭抽真空口(10)和氮气置换口(11)；
步骤三：利用加热电阻(5)控制退火空腔(1)内温度对钢丝套管(8)内弹簧钢丝退火，利用感温元件(9)测量退火空腔(1)内的温度；
步骤四：出炉，得到退火后的去应力弹簧钢丝。
8.如权利要求7所述的弹簧钢丝去应力退火生产方法，其特征在于：步骤三中利用加热电阻(5)控制退火空腔(1)内温度具体包括以下几个步骤：
步骤A：升温至600-650℃，保温0.5-1.5h，再以300-600℃/h的升温速率升温至900℃以上；
步骤B：以15-25℃/h的降温速率冷却至800-850℃，保温2-4h；
步骤C：以15-25℃/h的降温速率冷却至650-700℃，保温1-2h；
步骤D：以50-100℃/h的升温速率升温至730-770℃，保温1-2h；
步骤E：以低于10℃/h的降温速率冷却至500℃以下。
9.如权利要求8所述的弹簧钢丝去应力退火生产方法，其特征在于：步骤A中保温后，以300-600℃/h的升温速率升温至900-940℃。
10.如权利要求8所述的弹簧钢丝去应力退火生产方法，其特征在于：步骤E中降温速率为8℃/h。
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