CN116000582A - 轻型车用扭杆弹簧制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻型车用扭杆弹簧制造方法，其中所述扭杆弹簧包括花键端部、杆部和过渡段三部分，其过渡段采用R60+直线的过渡方式，其制造方法为：原材料→锯切下料→端头感应加热→镦粗→切削加工→搓齿→热处理→打跳动、校直、精车→抛丸清理→预扭处理→探伤→强力喷丸→检验入库。本发明涉及一种轻型车用扭杆弹簧制造方法，有效提高轻型车用扭杆弹簧生产效率及效益，提高扭杆弹簧稳定性、可靠性及安全性，使产品具有更高的表面质量与疲劳寿命；这对优化特殊汽车用零部件产品结构、提高产品档次及市场竞争力，增强盈利水平，提高扭杆弹簧寿命。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件制造领域，具体的说，是涉及一种轻型车用扭杆弹簧制造方法。
背景技术
轻型汽车一般是指最大总质量不超过3.5t的M1类、M2类和N1类车辆。在轻型汽车设计中，对汽车的行驶稳定性和成员的舒适性要求越来越高。扭杆弹簧(又称为扭力轴、扭杆)是汽车悬架系统中最为主要的一种弹性元件，是保证悬架系统具有优良性能的关键零件之一，它的性能和寿命直接影响整车的性能。其主要功能为当车轮上下跳动时，利用其扭转变形吸收冲击能，缓和汽车在不平路面行驶时产生的震动和倾斜。其主要特点有：单位储能量高；占用空间小；疲劳寿命高。目前扭杆弹簧在轻型汽车和重型汽车的悬架系统中应用非常广泛，在重型汽车中的应用相较于轻型车更加成熟。随着轻型汽车的不断普及，需求日益增加，其零部件质量及其使用寿命成为当下汽车制造行业研究要点。
目前国内企业生产轻型车用扭杆弹簧大多使用42CrMo、40CrNiMo、45CrNiMoVA、60Si2Mn等中碳合金钢，传统制造工艺为：下料→镦粗→车削→整体淬火、回火→预扭→喷丸→磁粉探伤→检验入库；其中整体淬火、回火过程耗时长，耗能大，生产效益低，并且生产出的扭杆弹簧疲劳寿命不高.
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种缩短生产周期，降低能耗，提高扭杆弹簧的质量与使用寿命的轻型车用扭杆弹簧制造方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种轻型车用扭杆弹簧制造方法，所述轻型车用扭杆弹簧分为花键端部、杆部和过渡段，过渡段采用R60圆弧+直线过渡，扭杆弹簧生产包括如下步骤：
(1)切锯下料，原材料采用原材料为45CrNiMoVA、42CrMo、40CrNiMo等中碳合金钢圆棒，机器切割成所需尺寸的圆杆；
(2)端部镦粗，将扭杆弹簧端部通过感应加热至1300～1400℃，在热锻机上进行镦粗，以形成加工端部花键所需的圆柱毛坯；
(3)切削加工，参考图纸要求进行粗略切削加工，为后期热处理后扭杆弹簧尺寸变化预留修改空间；
(4)搓齿，使用搓齿机对切削后的扭杆弹簧端部进行冷挤压加工，挤压过程重复2～5次，以保证花键跨棒距和大径；
(5)热处理，将扭杆弹簧首先进行预调质处理，860～920℃油淬，590～660℃高温回火，空冷至室温；预调完成后，进行中频感应淬火，扭杆弹簧在工作台上转速控制在3000～4500r/h，花键端感应线圈移动速度控制在900～1100mm/min，杆部感应线圈移动速度控制在700～900mm/min，同时使用PAG冷却液进行冷却，随后在330～450℃回火，空冷至室温；
(6)打跳动、校直、精车，中频感应淬火前后的扭杆弹簧尺寸变化较大，对扭杆弹簧进行打跳动、校直并精确车削，将尺寸控制在图纸尺寸公差范围内，跳动≤0.8mm；
(7)抛丸清理，清除扭杆弹簧表面氧化皮与夹杂物；
(8)室温预扭处理，预扭次数为3～7次，预扭角为30～60°，最后一次预扭后残余变形角应≤0.5°；
(9)探伤，使用湿式磁粉法检测扭杆弹簧表面和近表面缺陷，每次探伤前在扭杆弹簧表面喷洒磁悬浊液，在荧光系统照射下观察是否存在缺陷，转动一定角度重复3～5次以确保各个位置都被检验到；
(10)强力喷丸，钢丸硬度58～63HRC，直径0.6mm，钢丸喷射速度为100～120m/s；目的是增强表面残余压应力，提高扭杆弹簧疲劳寿命。
(11)磷化、电泳涂装，提升扭杆弹簧表面防腐蚀性；
(12)检验入库，对扭杆弹簧尺寸进行复核，合格后进行包装入库。
优选的，所述步骤(1)中的扭杆弹簧原材料为中碳合金钢。
优选的，所述步骤(3)中切削加工尺寸设计预留调整空间；防止后续热处理后尺寸变化过大，造成扭杆弹簧尺寸不合格。
优选的，所述步骤(4)中的制齿工艺采用搓齿工艺。
优选的，所述步骤(5)中预调质过程中冷却液为油基淬火液，中频感应淬火过程冷却液为水基淬火液。
优选的，所述步骤(5)中热处理后扭杆弹簧，心部硬度为32～38HRC，表面淬硬层硬度为44～52HRC。
优选的，所述步骤(6)中精确车削是在中频感应淬火完成后进行。
优选的，所述步骤(6)中，跳动检测需≤0.8mm。将扭杆弹簧径向窜动程度降到最低。
优选的，所述步骤(8)中，预扭次数3～7次，预扭角为30～60°，残余变形角应≤0.5°。
优选的，所述步骤(10)中，钢丸射速为100～110m/s，直径为0.6mm，硬度为58～63HRC。
扭杆弹簧强力喷丸后采用磷化、电泳涂装，大大提高其耐腐蚀性。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明轻型车用扭杆弹簧制造方法，花键成形阶段不采用铣齿、滚齿工艺，而是采用冷挤压成形搓齿技术，减小花键端应力集中程度，使花键与杆部平稳过渡，有利于提高花键端的疲劳寿命，搓齿操作重复2～5遍，以保证花键的跨棒距与大径在尺寸公差范围内。
本发明考虑到热处理中涉及中频感应淬火，扭杆弹簧中频感应淬火前后尺寸变化相对较大，在热处理前车削时适当预留尺寸修改空间，大大降低产品不合格率。
本发明在热处理步骤中打破了传统的整体淬火+回火工艺，采用预调质+中频感应淬火+回火的优化工艺，保证扭杆弹簧心部强韧性的同时提高了表面硬度，大大提高扭杆弹簧综合性能，尤其疲劳寿命(传统工艺该材料疲劳寿命15万次左右，本发明制造工艺该材料疲劳寿命可达55万次左右)，合格率可由80％提升到100％，经济效益可观。
本发明在预调质过程中一次淬火加热方式由箱式炉加热更改为快速淬火炉感应加热，扭杆弹簧通过履带不断送入快速淬火炉，实现连续作业，单个扭杆弹簧加热到温时间根据扭杆弹簧材料及尺寸调整时长以确保加热完全，随后通过机器臂放入废机油槽进行冷却至室温，45CrNiMoVA淬透性好，防止淬裂。中频感应淬火采用感应线圈上下移动的加热方式，使用6％的PAG溶液进行冷却，扭杆弹簧转速为3000～4500r/h，确保各个部分加热均匀；中频线圈感应淬火能够提高扭杆弹簧表面硬度，并获得一定深度的淬硬层，表面淬硬层硬度为44～52HRC；淬硬层深度、表面淬硬层硬度调整可以通过控制中频感应线圈的移动速度和设备频率进行调整。
本发明在扭杆弹簧喷丸后进行磷化电泳涂装，该步骤可以大大增强扭杆弹簧耐腐蚀性能，提高产品品质。
本发明制造工艺能够实现连续智能化作业，高效节能，以一条生产线满负荷生产为例，每支扭杆弹簧可降低成本7.2元，生产速度可提高至以往的2.5～4倍，以每条生产线1000支/天的产能，每月可节省21.6万元。
附图说明
图1本发明轻型车用扭杆弹簧制造方法扭杆弹簧制造流程图；
图2为本发明扭杆弹簧的结构示意图；
图3为图2过渡段的放大图；
图4为本发明搓齿工艺示意图；
图5为强力喷丸工艺示意图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
附图1-5可知，一种轻型车用扭杆弹簧制造方法，所述轻型车用扭杆弹簧分为花键端部、杆部和过渡段，过渡段采用R60圆弧+直线过渡，扭杆弹簧生产包括如下步骤：
(1)切锯下料，原材料采用原材料为45CrNiMoVA、42CrMo、40CrNiMo等中碳合金钢圆棒，机器切割成所需尺寸的圆杆；
(2)端部镦粗，将扭杆弹簧端部通过感应加热至1300～1400℃，在热锻机上进行镦粗，以形成加工端部花键所需的圆柱毛坯；
(3)切削加工，参考图纸要求进行粗略切削加工，为后期热处理后扭杆弹簧尺寸变化预留修改空间；
(4)搓齿，使用搓齿机对切削后的扭杆弹簧端部进行冷挤压加工，挤压过程重复2～5次，以保证花键跨棒距和大径；
(5)热处理，将扭杆弹簧首先进行预调质处理，860～920℃油淬，590～660℃高温回火，空冷至室温；预调完成后，进行中频感应淬火，扭杆弹簧在工作台上转速控制在3000～4500r/h，花键端感应线圈移动速度控制在900～1100mm/min，杆部感应线圈移动速度控制在700～900mm/min，同时使用PAG冷却液进行冷却，随后在330～450℃回火，空冷至室温；
(6)打跳动、校直、精车，中频感应淬火前后的扭杆弹簧尺寸变化较大，对扭杆弹簧进行打跳动、校直并精确车削，将尺寸控制在图纸尺寸公差范围内，跳动≤0.8mm；
(7)抛丸清理，清除扭杆弹簧表面氧化皮与夹杂物；
(8)室温预扭处理，预扭次数为3～7次，预扭角为30～60°，最后一次预扭后残余变形角应≤0.5°；
(9)探伤，使用湿式磁粉法检测扭杆弹簧表面和近表面缺陷，每次探伤前在扭杆弹簧表面喷洒磁悬浊液，在荧光系统照射下观察是否存在缺陷，转动一定角度重复3～5次以确保各个位置都被检验到；
(10)强力喷丸，钢丸硬度58～63HRC，直径0.6mm，钢丸喷射速度为100～120m/s；目的是增强表面残余压应力，提高扭杆弹簧疲劳寿命。
(11)磷化、电泳涂装，提升扭杆弹簧表面防腐蚀性；
(12)检验入库，对扭杆弹簧尺寸进行复核，合格后进行包装入库。
所述步骤(1)中的扭杆弹簧原材料为中碳合金钢。
所述步骤(3)中切削加工尺寸设计预留调整空间；防止后续热处理后尺寸变化过大，造成扭杆弹簧尺寸不合格。
所述步骤(4)中的制齿工艺采用搓齿工艺。
所述步骤(5)中预调质过程中冷却液为油基淬火液，中频感应淬火过程冷却液为水基淬火液。
所述步骤(5)中热处理后扭杆弹簧，心部硬度为32～38HRC，表面淬硬层硬度为44～52HRC。
所述步骤(6)中精确车削是在中频感应淬火完成后进行。
所述步骤(6)中，跳动检测需≤0.8mm。将扭杆弹簧径向窜动程度降到最低。
所述步骤(8)中，预扭次数3～7次，预扭角为30～60°，残余变形角应≤0.5°。
所述步骤(10)中，钢丸射速为100～110m/s，直径为0.6mm，硬度为58～63HRC。
扭杆弹簧强力喷丸后采用磷化、电泳涂装，大大提高其耐腐蚀性。
本发明轻型车用扭杆弹簧制造方法，花键成形阶段不采用铣齿、滚齿工艺，而是采用冷挤压成形搓齿技术，减小花键端应力集中程度，使花键与杆部平稳过渡，有利于提高花键端的疲劳寿命，搓齿操作重复2～5遍，以保证花键的跨棒距与大径在尺寸公差范围内。
本发明考虑到热处理中涉及中频感应淬火，扭杆弹簧中频感应淬火前后尺寸变化相对较大，在热处理前车削时适当预留尺寸修改空间，大大降低产品不合格率。
本发明在热处理步骤中打破了传统的整体淬火+回火工艺，采用预调质+中频感应淬火+回火的优化工艺，保证扭杆弹簧心部强韧性的同时提高了表面硬度，大大提高扭杆弹簧综合性能，尤其疲劳寿命(传统工艺该材料疲劳寿命15万次左右，本发明制造工艺该材料疲劳寿命可达55万次左右)，合格率可由80％提升到100％，经济效益可观。
本发明在预调质过程中一次淬火加热方式由箱式炉加热更改为快速淬火炉感应加热，扭杆弹簧通过履带不断送入快速淬火炉，实现连续作业，单个扭杆弹簧加热到温时间根据扭杆弹簧材料及尺寸调整时长以确保加热完全，随后通过机器臂放入废机油槽进行冷却至室温，45CrNiMoVA淬透性好，防止淬裂。中频感应淬火采用感应线圈上下移动的加热方式，使用6％的PAG溶液进行冷却，扭杆弹簧转速为3000～4500r/h，确保各个部分加热均匀；中频线圈感应淬火能够提高扭杆弹簧表面硬度，并获得一定深度的淬硬层，表面淬硬层硬度为44～52HRC；淬硬层深度、表面淬硬层硬度调整可以通过控制中频感应线圈的移动速度和设备频率进行调整。
本发明在扭杆弹簧喷丸后进行磷化电泳涂装，该步骤可以大大增强扭杆弹簧耐腐蚀性能，提高产品品质。
本发明制造工艺能够实现连续智能化作业，高效节能，以一条生产线满负荷生产为例，每支扭杆弹簧可降低成本7.2元，生产速度可提高至以往的2.5～4倍，以每条生产线1000支/天的产能，每月可节省21.6万元。
实施例1：
如图1、2所示，一种轻型车用扭杆弹簧，由花键端、过渡段、杆部三部分组成，其总长度为L1＝697mm，杆部直径为R1＝31.3mm，花键端直径为R2＝35.8mm，过渡段采用R60圆弧+直线过渡。
一种轻型车用扭杆弹簧制造方法，原材料选用45CrNiMoVA，包括以下步骤：
(1)切锯下料，根据图纸要求切割成圆杆，各部分尺寸均适当大于图纸要求。
(2)端部镦粗，将扭杆弹簧端部通过感应加热至1300℃，在热锻机上进行镦粗，以形成加工端部花键所需的圆柱毛坯，检验花键端部硬度值是否≤24HRC，以便于后续的机械加工。
(3)切削加工，参考图纸要求进行粗略切削加工，为后期热处理后扭杆弹簧尺寸变化预留修改空间。
(4)搓齿，使用搓齿机对切削后的扭杆弹簧端部进行冷挤压加工，挤压过程重复3次，以保证花键跨棒距和大径。
(5)热处理，将扭杆弹簧首先进行预调质处理，放入快速感应淬火炉中加热，加热温度为865℃，加热时间为1min，到温后迅速夹出扭杆弹簧进行放入废机油中冷却至室温，随后640℃高温回火，保温90min。预调质完成后，进行中频感应淬火，同时使用PAG冷却液冷却至室温，随后360℃回火，保温90min后空冷至室温。
(6)打跳动、校直、精车，中频感应淬火后的扭杆弹簧尺寸变化较大，将扭杆弹簧进行打跳动、校直并精确车削，将尺寸控制在图纸要求公差范围内，跳动≤0.8mm。
(7)抛丸清理，清除扭杆弹簧表面氧化皮与夹杂物，提高产品表面外观质量。
(8)室温预扭处理，预扭次数为5次，预扭角为42°，最后一次预扭后残余变形角应≤0.5°。
(9)探伤，使用湿式磁粉法检测扭杆弹簧表面和近表面缺陷，每次探伤前在扭杆弹簧表面喷洒磁悬浊液，在荧光系统照射下观察是否存在缺陷，转动90°，重复4次。
(10)强力喷丸，增强表面残余压应力，提高扭杆弹簧疲劳寿命。
(11)磷化、电泳涂装，提高扭杆弹簧耐腐蚀性能。
(12)检验入库，对扭杆弹簧尺寸进行复核，合格后进行包装入库。
实施例2：
本实施例与实施例1步骤相同，不同点在于热处理中中频感应淬火后回火温度选择为445℃。
实施例1、2区别在于中频感应淬火后回火温度选择，将不同实施例方案所试制扭杆弹簧进行尺寸、跳动、探伤、硬度、预扭检测，检测合格后参照《汽车悬架用扭杆弹簧技术条件与台架试验方法》行业标准进行台架试验。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种轻型车用扭杆弹簧制造方法，所述轻型车用扭杆弹簧分为花键端部、杆部和过渡段，过渡段采用R60圆弧+直线过渡，其特征在于扭杆弹簧生产包括如下步骤：
(1)切锯下料，原材料采用原材料为45CrNiMoVA、42CrMo、40CrNiMo等中碳合金钢圆棒，机器切割成所需尺寸的圆杆；
(2)端部镦粗，将扭杆弹簧端部通过感应加热至1300～1400℃，在热锻机上进行镦粗，以形成加工端部花键所需的圆柱毛坯；
(3)切削加工，参考图纸要求进行粗略切削加工，为后期热处理后扭杆弹簧尺寸变化预留修改空间；
(4)搓齿，使用搓齿机对切削后的扭杆弹簧端部进行冷挤压加工，挤压过程重复2～5次，以保证花键跨棒距和大径；
(5)热处理，将扭杆弹簧首先进行预调质处理，860～920℃油淬，590～660℃高温回火，空冷至室温；预调完成后，进行中频感应淬火，扭杆弹簧在工作台上转速控制在3000～4500r/h，花键端感应线圈移动速度控制在900～1100mm/min，杆部感应线圈移动速度控制在700～900mm/min，同时使用PAG冷却液进行冷却，随后在330～450℃回火，空冷至室温；
(6)打跳动、校直、精车，中频感应淬火前后的扭杆弹簧尺寸变化较大，对扭杆弹簧进行打跳动、校直并精确车削，将尺寸控制在图纸尺寸公差范围内，跳动≤0.8mm；
(7)抛丸清理，清除扭杆弹簧表面氧化皮与夹杂物；
(8)室温预扭处理，预扭次数为3～7次，预扭角为30～60°，最后一次预扭后残余变形角应≤0.5°；
(9)探伤，使用湿式磁粉法检测扭杆弹簧表面和近表面缺陷，每次探伤前在扭杆弹簧表面喷洒磁悬浊液，在荧光系统照射下观察是否存在缺陷，转动一定角度重复3～5次以确保各个位置都被检验到；
(10)强力喷丸，钢丸硬度58～63HRC，直径0.6mm，钢丸喷射速度为100～120m/s；
(11)磷化、电泳涂装，提升扭杆弹簧表面防腐蚀性；
(12)检验入库，对扭杆弹簧尺寸进行复核，合格后进行包装入库。
2.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中的扭杆弹簧原材料为中碳合金钢。
3.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中切削加工尺寸设计预留调整空间。
4.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中的制齿工艺采用搓齿工艺。
5.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(5)中预调质过程中冷却液为油基淬火液，中频感应淬火过程冷却液为水基淬火液。
6.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(5)中热处理后扭杆弹簧，心部硬度为32～38HRC，表面淬硬层硬度为44～52HRC。
7.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(6)中精确车削是在中频感应淬火完成后进行。
8.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(6)中，跳动检测需≤0.8mm。
9.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(8)中，预扭次数3～7次，预扭角为30～60°，残余变形角应≤0.5°。
10.根据权利要求1所述的一种轻型车用扭杆弹簧的制造方法，其特征在于：所述步骤(10)中，钢丸射速为100～110m/s，直径为0.6mm，硬度为58～63HRC。
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