一种高应力扭杆弹簧热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高应力扭杆弹簧热处理工艺，包括制坯工艺、机加工工艺、淬火工艺、回火工艺和预扭工艺。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。
【专利说明】一种高应力扭杆弹簧热处理工艺
【【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Ral2.5~25，直线度(lmm/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950~1000°c，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900~1000°C，降温速度为100~200°C /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，气氛浓度为7~10m3/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°C,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°C，处理时间为3~5min，油作为慢冷淬火介质油的温度为50~70°C，处理时间为6~7min，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°C，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]作为优选，所述步骤c)中的甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为260~390°C，采用的甲醇纯度为99.99%进口甲醇，甲醇耗量为0.55L/m3，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。
[0012]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】】
[0013]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:
[0014]a)制坯工艺:选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直线度(lmm/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950~1000°c，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900~1000°C，降温速度为100~200°C /h，然后对端部进行机械加工；
[0015]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；
[0016]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，气氛浓度为7~10m3/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°C,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°C，处理时间为3~5min，油作为慢冷淬火介质油的温度为50~70°C，处理时间为6~7min，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 ；
[0017]d)回火工艺:回火温度为500~600°C，保温时间为2~3h，最后将冷却后的材料进行喷丸强化；[0018]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。
[0019]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，所述步骤c)中的甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为260~390°C，采用的甲醇纯度为99.99%进口甲醇，甲醇耗量为0.55L/m3，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。
[0020]实施例一:
[0021]a)制坯工艺:选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直线度(lmm/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°C，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°C，降温速度为100°C /h，然后对端部进行机械加工；
[0022]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；
[0023]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，气氛浓度为7m3/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°C，然后进行双介质淬火，水作为快冷淬火介质，水的温度为20°C，处理时间为3min,油作为慢冷淬火介质油的温度为50°C,处理时间为6min ；
[0024]d)回火工艺:回火温度为500°C，保温时间为2h，最后将冷却后的材料进行喷丸强化；[0025]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。
[0026]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，所述步骤c)中的甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为260°C，采用的甲醇纯度为99.99%进口甲醇，甲醇耗量为0.55L/m3，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
装直。
[0027]实施例二:
[0028]a)制坯工艺:选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直线度(lmm/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1000°C，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1000°c，降温速度为200°c /h，然后对端部进行机械加工；
[0029]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10米/分，切削头转速1200转/分；
[0030]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，气氛浓度为10m3/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1000°C，然后进行双介质淬火，水作为快冷淬火介质，水的温度为30°C，处理时间为5min，油作为慢冷淬火介质油的温度为70°C，处理时间为7min ；
[0031]d)回火工艺:回火温度为600°C，保温时间为3h，最后将冷却后的材料进行喷丸强化；
[0032]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。
[0033]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，所述步骤c)中的甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为390°C，采用的甲醇纯度为99.99%进口甲醇，甲醇耗量为0.55L/m3，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
装直。
[0034]上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种高应力扭杆弹簧热处理工艺，依次包括以下步骤: a)制坯工艺:选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ral2.5~25，直线度< Imm/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950~1000°C，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~.1000°C，降温速度为100~200°C /h，然后对端部进行机械加工； 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； 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，气氛浓度为7~10m3/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°C，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°C，处理时间为3~5min,油作为慢冷淬火介质油的温度为50~70°C,处理时间为6~7min ； d)回火工艺:回火温度为500~600°C，保温时间为2~3h，最后将冷却后的材料进行喷丸强化； 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。
2.如权利要求1所述的一种高应力扭杆弹簧热处理工艺，其特征在于: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。
3.如权利要求1所述的一种高应力扭杆弹簧热处理工艺，其特征在于:所述步骤c)中的甲醇低温裂解气氛可控发生器中甲醇的裂解温度为260~390°C，采用的甲醇纯度为.99.99%进口甲醇，甲醇耗量为0.55L/m3,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。
【文档编号】C21D9/02GK103898302SQ201410123890
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】周成水 申请人:浙江玛斯特汽配有限公司