【技术领域】
[0001] 本
发明涉及热处理工艺的技术领域,特别是高
应力扭杆弹簧热处理工艺的技术领域。【背景技术】
[0002] 扭杆弹簧是利用杆(或棒、条)料扭转
变形而产生弹簧作用的杆状弹簧,其特点是单位体积平产生弹簧作用的杆状弹簧,其特点是单位体积平均储存
能量大,结构形状简单,轻型化,一般用作车辆悬挂弹簧和稳定装置,有时也用作高速
旋转机械的
阀弹簧。扭杆弹簧材料断面通常有圆棒料、空心棒料和矩形截面条材三种,最常用的是圆棒料制作的扭杆弹簧。【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是解决
现有技术中的问题,提出一种高应力扭杆弹簧热处理工艺,能够消除扭杆弹簧
镦锻产生的应力,能使
工件在热处理后表面较高的硬度,而中心仍保持一定强度及较高的韧性和塑性,能减少扭杆弹簧疲劳,有效提高扭杆弹簧的使用寿命。
[0004] 为实现上述目的,本发明提出了一种高应力扭杆弹簧热处理工艺,依次包括以下步骤:
[0005] a)制坯工艺:选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ra12.5~25,直线度≤1mm/M的材料,然后把材料按工艺规定长度切断,用端部加热装置把材料加热到950~l000℃,使用镦锻机镦粗或成形,镦锻后的端部用
退火炉进行加热慢冷,
退火炉起始
温度为900~l000℃,降温速度为100~200℃/h,然后对端部进行
机械加工;
[0006] b)机加工工艺:扭杆弹簧在上料架上通过拨料杆拨入辊道,驱动辊子将料送到进给装置中,随后材料通过夹紧架夹紧并被拉出,材料由下料装置上的两组驱动辊子通过
气缸夹紧后送出,最后由卸料杆将材料收集于下料台架中,进给装置中的进给速度为4~10米/分,切削头转速280~1460转/分;
热轧弹簧圆
钢表面存在着裂纹、折叠、结巴及
氧化皮等
缺陷,大大影响了扭杆弹簧的性能和强度
质量;传统的方法,一般采用数控
车床,由夹紧传动装置,刀架转盘装置,走刀及走刀机构来加工扭杆表面;扭杆被夹紧在车头(三爪或四爪卡盘)与尾架顶尖
锁紧,在车头
主轴带动下作旋转运动,刀具装置与走刀
丝杆相连,作直线运动;缺点主要是:
车削速度慢,效率低,卡盘夹紧处的头部不能一次车削(除非掉头再车),特别是长细杆弯曲度的情况下,为了保证外圆表面质量,切削量就要大于或等于弯曲和表面缺陷深度之和,从而降低了扭杆的成品率,本发明中的机加工工艺正好解决了上述难题;
[0007] c)淬火工艺:通过甲醇低温
裂解气氛可控发生器对材料采用甲醇裂解保护,气氛3
浓度为7~10m/h,采用中频淬火工艺对材料进行处理,通过中频交流电将材料在3~5秒内加热至800~1000℃,然后进行双介质淬火,
水作为快冷淬火介质,水的温度为20~
30℃,处理时间为3~5min,油作为慢冷淬火介质油的温度为50~70℃,处理时间为6~
7min,甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为260~390℃,采用的甲醇纯度为
3
99.99%进口甲醇,甲醇耗量为0.55L/m,气氛
碳势可在0.2~1.4%范围内进行调节,甲醇低温裂解气氛可控发生器内安装有超温、超压安全报警装置,进行整体淬火后,材料表面组织应力表现为拉应力,心部表现为压应力,其数值主要取决于相应工作条件,材料的疲劳强度和容许的塑性变形率,扭杆弹簧可承载至应力接近材料的屈服极限,但是最大的应力还要取决于容许的塑性变形率,即扭杆的许用应力要按使用中容许扭转至何种程度来选取,在最大挠曲值的
扭转应力(前悬限位作用时)工作应力高于800MPa;
[0008] d)回火工艺:回火温度为500~600℃,保温时间为2~3h,最后将冷却后的材料进行
喷丸强化;
[0009] e)预扭工艺:扭杆弹簧在回火工序后,表面喷塑加工前对其施加一个大于弹性极根的
扭矩,使表面应力大于屈服极限,但低于强度极限,断面金属产生塑性变形而提高扭杆弹簧的弹性极限,这种工艺方法在工程上称作强扭,把前悬左、右扭杆弹簧分别按逆
时针与顺时针方向施加额定扭矩,计算得到预扭后的弹性极限扭矩与预扭前的弹性极限扭矩的比值,所述比值称作预扭系数,预扭系数反映了预扭后承载能力提高的程度。
[0010] 作为优选,所述步骤a)中机械加工顺序是:加工中心孔、车削外径、滚轧加工,车削外径把镦锻部分直径车削到成品尺寸,同时把与
主体材料直径连接部分车削光滑,滚轧加工是通过滚
轧机或挤齿机来加工锯齿形。
[0011] 本发明的有益效果:本发明能够消除扭杆弹簧镦锻产生的应力,能使工件在热处理后表面较高的硬度,而中心仍保持一定强度及较高的韧性和塑性,表层膨胀体积大,心部膨胀体积小,表层造成压应力,喷丸处理能提高扭杆弹簧疲劳强度,有效提高扭杆弹簧的使用寿命。【具体实施方式】
[0012] 本发明一种高应力扭杆弹簧热处理工艺,依次包括以下步骤:
[0013] a)制坯工艺:选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ra12.5~25,直线度≤1mm/M的材料,然后把材料按工艺规定长度切断,用端部加热装置把材料加热到950~l000℃,使用镦锻机镦粗或成形,镦锻后的端部用退火炉进行加热慢冷,退火炉起始温度为900~l000℃,降温速度为100~200℃/h,然后对端部进行机械加工;
[0014] b)机加工工艺:扭杆弹簧在上料架上通过拨料杆拨入辊道,驱动辊子将料送到进给装置中,随后材料通过夹紧架夹紧并被拉出,材料由下料装置上的两组驱动辊子通过气缸夹紧后送出,最后由卸料杆将材料收集于下料台架中,进给装置中的进给速度为4~10米/分,切削头转速280~1460转/分;热轧弹簧圆钢表面存在着裂纹、折叠、结巴及氧化皮等缺陷,大大影响了扭杆弹簧的性能和强度质量;传统的方法,一般采用数控车床,由夹紧传动装置,刀架转盘装置,走刀及走刀机构来加工扭杆表面;扭杆被夹紧在车头(三爪或四爪卡盘)与尾架顶尖锁紧,在车头主轴带动下作旋转运动,刀具装置与走刀丝杆相连,作直线运动;缺点主要是:车削速度慢,效率低,卡盘夹紧处的头部不能一次车削(除非掉头再车),特别是长细杆弯曲度的情况下,为了保证外圆表面质量,切削量就要大于或等于弯曲和表面缺陷深度之和,从而降低了扭杆的成品率,本发明中的机加工工艺正好解决了上述难题;
[0015] c)淬火工艺:通过甲醇低温裂解气氛可控发生器对材料采用甲醇裂解保护,气氛3
浓度为7~10m/h,采用中频淬火工艺对材料进行处理,通过中频交流电将材料在3~5秒内加热至800~1000℃,然后进行双介质淬火,水作为快冷淬火介质,水的温度为20~
30℃,处理时间为3~5min,油作为慢冷淬火介质油的温度为50~70℃,处理时间为6~
7min,甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为260~390℃,采用的甲醇纯度为
3
99.99%进口甲醇,甲醇耗量为0.55L/m,气氛碳势可在0.2~1.4%范围内进行调节,甲醇低温裂解气氛可控发生器内安装有超温、超压安全报警装置,进行整体淬火后,材料表面组织应力表现为拉应力,心部表现为压应力,其数值主要取决于相应工作条件,材料的疲劳强度和容许的塑性变形率,扭杆弹簧可承载至应力接近材料的屈服极限,但是最大的应力还要取决于容许的塑性变形率,即扭杆的许用应力要按使用中容许扭转至何种程度来选取,在最大挠曲值的扭转应力(前悬限位作用时)工作应力高于800MPa;
[0016] d)回火工艺:回火温度为500~600℃,保温时间为2~3h,最后将冷却后的材料进行喷丸强化;
[0017] e)预扭工艺:扭杆弹簧在回火工序后,表面喷塑加工前对其施加一个大于弹性极根的扭矩,使表面应力大于屈服极限,但低于强度极限,断面金属产生塑性变形而提高扭杆弹簧的弹性极限,这种工艺方法在工程上称作强扭,把前悬左、右扭杆弹簧分别按逆时针与顺时针方向施加额定扭矩,计算得到预扭后的弹性极限扭矩与预扭前的弹性极限扭矩的比值,所述比值称作预扭系数,预扭系数反映了预扭后承载能力提高的程度。
[0018] 所述步骤a)中机械加工顺序是:加工中心孔、车削外径、滚轧加工,车削外径把镦锻部分直径车削到成品尺寸,同时把与主体材料直径连接部分车削光滑,滚轧加工是通过滚轧机或挤齿机来加工锯齿形。
[0020] a)制坯工艺:选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ra12.5~25,直线度≤1mm/M的材料,然后把材料按工艺规定长度切断,用端部加热装置把材料加热到950℃,使用镦锻机镦粗或成形,镦锻后的端部用退火炉进行加热慢冷,退火炉起始温度为900℃,降温速度为100℃/h,然后对端部进行机械加工;
[0021] b)机加工工艺:扭杆弹簧在上料架上通过拨料杆拨入辊道,驱动辊子将料送到进给装置中,随后材料通过夹紧架夹紧并被拉出,材料由下料装置上的两组驱动辊子通过气缸夹紧后送出,最后由卸料杆将材料收集于下料台架中,进给装置中的进给速度为6米/分,切削头转速800转/分;
[0022] c)淬火工艺:通过甲醇低温裂解气氛可控发生器对材料采用甲醇裂解保护,气氛3
浓度为7m/h,采用中频淬火工艺对材料进行处理,通过中频交流电将材料在3~5秒内加热至800℃,然后进行双介质淬火,水作为快冷淬火介质,水的温度为20℃,处理时间为
3min,油作为慢冷淬火介质油的温度为50℃,处理时间为6min,甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为260~390℃,采用的甲醇纯度为99.99%进口甲醇,甲醇耗量为
3
0.55L/m,气氛碳势可在0.2~1.4%范围内进行调节,甲醇低温裂解气氛可控发生器内安装有超温、超压安全报警装置;
[0023] d)回火工艺:回火温度为500℃,保温时间为2h,最后将冷却后的材料进行喷丸强化;