东莞弹簧厂在对弹簧钢进行合适的合金化及提高钢的纯净度的基础上,采用适宜的热处理工艺,可以生产强度高、韧性好的螺旋弹簧用线材,从而可以使用更细的线材来制造螺旋弹簧,这既改善了螺旋弹簧这一防护性组件的动态性能,又减少了螺旋弹簧及其相邻部件的尺寸和重量。
汽车工业对螺旋弹簧的要求
载重车辆用螺旋弹簧需承受极高的交变载荷,这就要求其原料线材具有高的强度和韧性。同时,汽车工业的发展要求螺旋弹簧重量要减轻20%以上,弹簧型式要多样化且材料损耗少。
为了满足这些要求,已采取了多种措施,如调整弹簧钢的化学成分,采用恰当的热处理工艺成形工艺和精整工艺,以及最优化的防护措施等。
生产螺旋合金钢弹簧,前提条件是防止脱碳和表面缺陷,并防止表面层非金属夹杂出现。下面就螺旋弹簧的生产工艺作一介绍。
热绕工艺
目前,热绕工艺占生产主导地位,这是因为东莞弹簧厂拥有此种设备及多年的技术决窍。常规的热绕工艺流程:热轧弹簧钢线材※剥皮或拉拔→加热到Ac3以上热绕→油淬→回火。
在采用不同直径的线材生产弹簧时,为了获良好的切削性能和冷加工性能,经常要求得到退火软化组织或特殊组织。
然而热绕工艺已难以满足汽车工业对螺旋弹簧的新要求,原因如下:
(1)硅合金化的合金钢弹簧钢因其高应力下的抗松弛能力,取代了含铬弹簧钢。然而在奥氏体化过程中,含硅弹簧钢表层易脱碳,尤其是在老式燃气加热炉中。
(2)该工艺不能获得细晶组织,而细晶组织的线材,既有高的屈服强度、抗拉强度,又有高的韧性,具有制造高效轻型弹簧的必要条件。
(3)调整与缠绕时间之比太高,不经济。
(4)各种复杂形式的弹簧只能在附加工序中生产。
冷绕工艺
冷绕工艺采用的是经成品调质处理或附加冷轧、热处理的线材具有以下优点:
(1)含硅合金钢弹簧钢线材连续调质处理时可采用保护气体(或感应加热),不会脱碳)
(2)成形区和热处理区投资低,调整时间短(采用2台缠绕机,仅有切换时间),生产效率高。
(3)可生产复杂型式的弹簧。
(4)采用感应连续加热方式,可获得细晶组织。
冷绕螺旋弹簧还需在燃气室状炉或直通式炉加热约60min,至回火温度400℃左右并保温以消除残余应力。
冷绕工艺的缺点是材料成本高,原因是:
(1)燃气加热淬火炉加热时间和保温时间相对较长;
(2)铅浴池的长度有限,且调节复杂;
(3)线材通条速度低。
因此,冷绕技术尚未在大生产中普遍采用。
在线形变调质处理及热绕技术
这是一项新的螺旋弹簧生产技术。生产主要流程:线材剥皮→在线形变热处理→热绕等。
剥皮
对热轧弹簧钢线材进行周向逐层剥皮消除因热轧或随后热处理导致的表面缺陷、表面脱碳层(特别是大直径线材较严重)、表层非金属夹杂。剥皮的加工成本很高,但利于弹簧的进一步加工,因而不能用其他措施取代。
在线形变调质处理
(1)形变调质处理弹簧钢线材在线感应加热形变调质处理原理,分4个阶段:
①将线材连续感应加热至高于Ac3温度,绝热保温。
②线材第1次变形,变形量要足够大,
使变形奥氏体发生再结晶,细化晶粒,然后对细晶奥氏体组织的线材进行第2次变形,变形方式有2种,一是采用高温小变形,(a);
另一种是将线材速冷至低温后进行变形。这2种方式都保证不发生再结晶,使线材组织中有大量位错。
③淬火,形成颗粒细小的马氏体。
④连续感应加热至回火温度,绝热保温。
(2)形变热处理生产线的组成在线形变热处理生产线如图2所示,由3个部分组成。
第1部分包括线材调质设备,实现在线调质处理,设备有:开卷机,带套圈和夹送辊;矫直机;奥氏体化用感应线卷组(加热速度为85～100℃/s),电阻辐射加热管式炉,保护气氛中绝热保温(保温时间10～60s),淬火槽(淬火速度>80℃/s);回火用感应线卷组(加热速度为85～95℃/s);回火后电阻辐射加热管式炉,保护气氛中绝热保温(保温时间60～120s);冷却槽;干燥设备和防腐涂油设备;卷取机。
第2部分由1架平-立轧机和冷却装置组成,实现再结晶形变热处理。此部分建在辐射管式炉和淬火槽之间。
第3部分由第2架平-立轧机及随后的定径模组成,实现未再结晶形变热处理,建在第2部分和淬火槽之间。
(3)热绕经形变调质工艺处理的线材在计算机控制的缠绕设备上热绕成形,缠绕后,弹簧通过均热炉,然后在预压设备进行平整,冷却,随后是生产载重车辆用螺旋弹簧的常规操作。
生产线的原料为热轧盘卷,直径为Υ8～Υ20mm,卷重小于5t,线卷外径至2400mm,内径至800mm,卷高至1700mm。出口线材直径为Υ7～Υ20mm,公差为0.05mm,生产速度为4～60m/min。
(4)优点该技术具有如下优点:
①可优化材质,表现为:含硅弹簧钢线材连续调质,不易脱碳;弹簧钢线材可获得颗粒非常细小的回火马氏体组织,有高的屈服强度、抗拉强度和高的韧性,从而有高的变形能力;在线感应加热,有利于消 除前道工序中产生的表面拉应力,也有利于防止在缠绕弹簧时产生表面拉应力。由于材质的优化,可使弹簧重量减轻。
②生产线适用范围大,通条速度可变,生产效率高,可降低生产成本。
③由于连续化生产及材质的优化,材料损耗降低。
螺旋弹簧用线材在线形变热处理和计算机控制的热绕技术具有很高的灵活性和经济效益,国外已有应用。
