東莞彈簧廠在對彈簧鋼進行合適的合金化及提高鋼的純凈度的基礎(chǔ)上,采用適宜的熱處理工藝,可以生產(chǎn)強度高、韌性好的螺旋彈簧用線材,從而可以使用更細的線材來制造螺旋彈簧,這既改善了螺旋彈簧這一防護性組件的動態(tài)性能,又減少了螺旋彈簧及其相鄰部件的尺寸和重量。
汽車工業(yè)對螺旋彈簧的要求
載重車輛用螺旋彈簧需承受極高的交變載荷,這就要求其原料線材具有高的強度和韌性。同時,汽車工業(yè)的發(fā)展要求螺旋彈簧重量要減輕20%以上,彈簧型式要多樣化且材料損耗少。
為了滿足這些要求,已采取了多種措施,如調(diào)整彈簧鋼的化學(xué)成分,采用恰當?shù)臒崽幚砉に嚦尚喂に嚭途に?以及最優(yōu)化的防護措施等。
生產(chǎn)螺旋合金鋼彈簧,前提條件是防止脫碳和表面缺陷,并防止表面層非金屬夾雜出現(xiàn)。下面就螺旋彈簧的生產(chǎn)工藝作一介紹。
熱繞工藝
目前,熱繞工藝占生產(chǎn)主導(dǎo)地位,這是因為東莞彈簧廠擁有此種設(shè)備及多年的技術(shù)決竅。常規(guī)的熱繞工藝流程:熱軋彈簧鋼線材※剝皮或拉拔→加熱到Ac3以上熱繞→油淬→回火。
在采用不同直徑的線材生產(chǎn)彈簧時,為了獲良好的切削性能和冷加工性能,經(jīng)常要求得到退火軟化組織或特殊組織。
然而熱繞工藝已難以滿足汽車工業(yè)對螺旋彈簧的新要求,原因如下:
(1)硅合金化的合金鋼彈簧鋼因其高應(yīng)力下的抗松弛能力,取代了含鉻彈簧鋼。然而在奧氏體化過程中,含硅彈簧鋼表層易脫碳,尤其是在老式燃氣加熱爐中。
(2)該工藝不能獲得細晶組織,而細晶組織的線材,既有高的屈服強度、抗拉強度,又有高的韌性,具有制造高效輕型彈簧的必要條件。
(3)調(diào)整與纏繞時間之比太高,不經(jīng)濟。
(4)各種復(fù)雜形式的彈簧只能在附加工序中生產(chǎn)。
冷繞工藝
冷繞工藝采用的是經(jīng)成品調(diào)質(zhì)處理或附加冷軋、熱處理的線材具有以下優(yōu)點:
(1)含硅合金鋼彈簧鋼線材連續(xù)調(diào)質(zhì)處理時可采用保護氣體(或感應(yīng)加熱),不會脫碳)
(2)成形區(qū)和熱處理區(qū)投資低,調(diào)整時間短(采用2臺纏繞機,僅有切換時間),生產(chǎn)效率高。
(3)可生產(chǎn)復(fù)雜型式的彈簧。
(4)采用感應(yīng)連續(xù)加熱方式,可獲得細晶組織。
冷繞螺旋彈簧還需在燃氣室狀爐或直通式爐加熱約60min,至回火溫度400℃左右并保溫以消除殘余應(yīng)力。
冷繞工藝的缺點是材料成本高,原因是:
(1)燃氣加熱淬火爐加熱時間和保溫時間相對較長;
(2)鉛浴池的長度有限,且調(diào)節(jié)復(fù)雜;
(3)線材通條速度低。
因此,冷繞技術(shù)尚未在大生產(chǎn)中普遍采用。
在線形變調(diào)質(zhì)處理及熱繞技術(shù)
這是一項新的螺旋彈簧生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)主要流程:線材剝皮→在線形變熱處理→熱繞等。
剝皮
對熱軋彈簧鋼線材進行周向逐層剝皮消除因熱軋或隨后熱處理導(dǎo)致的表面缺陷、表面脫碳層(特別是大直徑線材較嚴重)、表層非金屬夾雜。剝皮的加工成本很高,但利于彈簧的進一步加工,因而不能用其他措施取代。
在線形變調(diào)質(zhì)處理
(1)形變調(diào)質(zhì)處理彈簧鋼線材在線感應(yīng)加熱形變調(diào)質(zhì)處理原理,分4個階段:
①將線材連續(xù)感應(yīng)加熱至高于Ac3溫度,絕熱保溫。
②線材第1次變形,變形量要足夠大,
使變形奧氏體發(fā)生再結(jié)晶,細化晶粒,然后對細晶奧氏體組織的線材進行第2次變形,變形方式有2種,一是采用高溫小變形,(a);
另一種是將線材速冷至低溫后進行變形。這2種方式都保證不發(fā)生再結(jié)晶,使線材組織中有大量位錯。
③淬火,形成顆粒細小的馬氏體。
④連續(xù)感應(yīng)加熱至回火溫度,絕熱保溫。
(2)形變熱處理生產(chǎn)線的組成在線形變熱處理生產(chǎn)線如圖2所示,由3個部分組成。
第1部分包括線材調(diào)質(zhì)設(shè)備,實現(xiàn)在線調(diào)質(zhì)處理,設(shè)備有:開卷機,帶套圈和夾送輥;矯直機;奧氏體化用感應(yīng)線卷組(加熱速度為85～100℃/s),電阻輻射加熱管式爐,保護氣氛中絕熱保溫(保溫時間10～60s),淬火槽(淬火速度>80℃/s);回火用感應(yīng)線卷組(加熱速度為85～95℃/s);回火后電阻輻射加熱管式爐,保護氣氛中絕熱保溫(保溫時間60～120s);冷卻槽;干燥設(shè)備和防腐涂油設(shè)備;卷取機。
第2部分由1架平-立軋機和冷卻裝置組成,實現(xiàn)再結(jié)晶形變熱處理。此部分建在輻射管式爐和淬火槽之間。
第3部分由第2架平-立軋機及隨后的定徑模組成,實現(xiàn)未再結(jié)晶形變熱處理,建在第2部分和淬火槽之間。
(3)熱繞經(jīng)形變調(diào)質(zhì)工藝處理的線材在計算機控制的纏繞設(shè)備上熱繞成形,纏繞后,彈簧通過均熱爐,然后在預(yù)壓設(shè)備進行平整,冷卻,隨后是生產(chǎn)載重車輛用螺旋彈簧的常規(guī)操作。
生產(chǎn)線的原料為熱軋盤卷,直徑為Υ8～Υ20mm,卷重小于5t,線卷外徑至2400mm,內(nèi)徑至800mm,卷高至1700mm。出口線材直徑為Υ7～Υ20mm,公差為0.05mm,生產(chǎn)速度為4～60m/min。
(4)優(yōu)點該技術(shù)具有如下優(yōu)點:
①可優(yōu)化材質(zhì),表現(xiàn)為:含硅彈簧鋼線材連續(xù)調(diào)質(zhì),不易脫碳;彈簧鋼線材可獲得顆粒非常細小的回火馬氏體組織,有高的屈服強度、抗拉強度和高的韌性,從而有高的變形能力;在線感應(yīng)加熱,有利于消 除前道工序中產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力,也有利于防止在纏繞彈簧時產(chǎn)生表面拉應(yīng)力。由于材質(zhì)的優(yōu)化,可使彈簧重量減輕。
②生產(chǎn)線適用范圍大,通條速度可變,生產(chǎn)效率高,可降低生產(chǎn)成本。
③由于連續(xù)化生產(chǎn)及材質(zhì)的優(yōu)化,材料損耗降低。
螺旋彈簧用線材在線形變熱處理和計算機控制的熱繞技術(shù)具有很高的靈活性和經(jīng)濟效益,國外已有應(yīng)用。
