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上,采用適宜的熱處理工藝,可以生產強度高、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,汽車工業的發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,如調整彈簧鋼的化學成分,采用恰當的熱處理工藝成形工藝和精整工藝,以及最優化的防護措施等。
生產螺旋合金鋼彈簧,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。下面就螺旋彈簧的生產工藝作一介紹。
熱繞工藝
目前,熱繞工藝占生產主導地位,這是因為東莞彈簧廠擁有此種設備及多年的技術決竅。常規的熱繞工藝流程: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彈簧時,為了獲良好的切削性能和冷加工性能,經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)調整與纏繞時間之比太高,不經濟。
(4)各種復雜形式的彈簧只能在附加工序中生產。
冷繞工藝
冷繞工藝采用的是經成品調質處理或附加冷軋、熱處理的線材具有以下優點:
(1)含硅合金鋼彈簧鋼線材連續調質處理時可采用保護氣體(或感應加熱),不會脫碳)
(2)成形區和熱處理區投資低,調整時間短(采用2臺纏繞機,僅有切換時間),生產效率高。
(3)可生產復雜型式的彈簧。
(4)采用感應連續加熱方式,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,且調節復雜;
(3)線材通條速度低。
因此,冷繞技術尚未在大生產中普遍采用。
在線形變調質處理及熱繞技術
這是一項新的螺旋彈簧生產技術。生產主要流程: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。
在線形變調質處理
(1)形變調質處理彈簧鋼線材在線感應加熱形變調質處理原理,分4個階段:
①將線材連續感應加熱至高于Ac3溫度,絕熱保溫。
②線材第1次變形,變形量要足夠大,
使變形奧氏體發生再結晶,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種方式都保證不發生再結晶,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連續感應加熱至回火溫度,絕熱保溫。
(2)形變熱處理生產線的組成在線形變熱處理生產線如圖2所示,由3個部分組成。
第1部分包括線材調質設備,實現在線調質處理,設備有:開卷機,帶套圈和夾送輥;矯直機;奧氏體化用感應線卷組(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;干燥設備和防腐涂油設備;卷取機。
第2部分由1架平-立軋機和冷卻裝置組成,實現再結晶形變熱處理。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,實現未再結晶形變熱處理,建在第2部分和淬火槽之間。
(3)熱繞經形變調質工藝處理的線材在計算機控制的纏繞設備上熱繞成形,纏繞后,彈簧通過均熱爐,然后在預壓設備進行平整,冷卻,隨后是生產載重車輛用螺旋彈簧的常規操作。
生產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,內徑至800mm,卷高至1700mm。出口線材直徑為Υ7～Υ20mm,公差為0.05mm,生產速度為4～60m/min。
(4)優點該技術具有如下優點:
①可優化材質,表現為:含硅彈簧鋼線材連續調質,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;在線感應加熱,有利于消 除前道工序中產生的表面拉應力,也有利于防止在纏繞彈簧時產生表面拉應力。由于材質的優化,可使彈簧重量減輕。
②生產線適用范圍大,通條速度可變,生產效率高,可降低生產成本。
③由于連續化生產及材質的優化,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具有很高的靈活性和經濟效益,國外已有應用。
