彈簧的制造工藝和表面處理的探討

劉維亮

（大連路明發(fā)光科技股份有限公司 遼寧省大連市 116000）

彈簧的制造工藝和表面處理的探討

劉維亮

（大連路明發(fā)光科技股份有限公司 遼寧省大連市 116000）

彈簧的制造工藝很多，但其主要的成形有冷成形和熱成形兩種。結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，本文對(duì)冷成形以及熱成形彈簧常用的材料及制造工藝進(jìn)行分析，并探討了彈簧的表面處理，以供借鑒參考。

彈簧；常用材料；工藝制造；表面處理

1 冷成形彈簧常用的材料及制造工藝

1.1 冷成形彈簧常用的材料

冷成形彈簧的制作材料主要采用油淬火回火材料、鉛浴韌化熱處理彈簧線材、冷拔強(qiáng)化線材等，采用這類材料制造彈簧的工藝過(guò)程中一般不需要專門的熱處理而只需要進(jìn)行去應(yīng)力退火，彈簧的設(shè)計(jì)工作應(yīng)力與所采用的材料性能相關(guān)。彈簧冷成形工藝一般適合于線徑較小的、或形狀較為復(fù)雜的異形彈簧，如線徑小于15mm，各種卡、拉、扭彈簧、中凸、中凹、弧形彈簧等。冷成形工藝特點(diǎn)是：工藝流程簡(jiǎn)單，避免了再次熱處理的變形、脫碳等情況發(fā)生。

1.2 冷成形彈簧的制造工藝

當(dāng)使用成形后不需淬火、回火處理的材料制造彈簧時(shí)，其工藝過(guò)程為：①螺旋壓縮彈簧：卷制、去應(yīng)力退火、兩端面磨削、（拋丸）、（校整）、（去應(yīng)力退火）、立定或強(qiáng)壓處理、檢驗(yàn)、表面防腐處理、包裝。②螺旋拉伸彈簧：卷制、去應(yīng)力退火、鉤環(huán)制作、（切尾）、去應(yīng)力退火、立定處理、檢驗(yàn)、表面防腐處理、包裝。③螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧：卷制、去應(yīng)力退火、扭臂制作、切尾、去應(yīng)力退火、立定處理、檢驗(yàn)、表面防腐處理、包裝。上述的螺旋拉伸和扭轉(zhuǎn)彈簧的制造工藝都是在普通卷簧機(jī)動(dòng)上卷繞后再加工兩端部的鉤環(huán)或扭臂。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外很多廠家都生產(chǎn)和使用了電腦成形機(jī)或?qū)Ｓ贸尚螜C(jī)，簧身和尾部形狀能在成形機(jī)上一次完成，省去加工鉤環(huán)或扭臂的工序。帶括號(hào)的工序視彈簧的性能需要是否需要進(jìn)行。

2 熱成形彈簧常用的材料及其制造工藝

2.1 熱成形彈簧常用的材料

熱成形彈簧制作的材料主要采用熱軋材料、退火材料、退火冷拔材料等，采用這類材料制造彈簧需要加熱淬火和回火熱處理，彈簧的設(shè)計(jì)工作應(yīng)力與所選材料及熱處理工藝相關(guān)。彈簧熱成形工藝一般適合于線徑較大的、或形狀較為簡(jiǎn)單的彈簧，如線徑大于6mm的各種圓柱或錐形彈簧。熱成形工藝特點(diǎn)是產(chǎn)品的增值效應(yīng)較大，可以生產(chǎn)線徑較大的彈簧。

2.2 熱成形彈簧的制造工藝

直徑大于10mm的大型彈簧件，多用熱軋盤條拉拔的鋼絲制成。加工及熱處理為：先把彈簧鋼絲加熱到高于正常淬火溫度50～80℃的條件下熱卷成型，然后淬火+中溫回火，獲得彈性極限和疲勞強(qiáng)度極佳的回火索氏體。彈簧鋼淬火加熱應(yīng)選用少氧或無(wú)氧化的設(shè)備如鹽浴爐、保護(hù)氣氛爐等，防止氧化脫碳。彈簧鋼熱處理后還要進(jìn)行噴丸處理，強(qiáng)化表面，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。當(dāng)使用成形后需淬火、回火處理的材料制造彈簧時(shí)，其工藝過(guò)程為：下料、制扁、熱卷繞、余熱淬火（或二次淬火）、中溫回火、一次壓縮、磨簧、噴丸、探傷、二次壓縮、性能檢查、表面防護(hù)、檢驗(yàn)、包裝。以上熱卷制造工藝中，熱卷繞采用專用模具來(lái)控制節(jié)距進(jìn)行卷繞，有時(shí)國(guó)內(nèi)采用了電腦成形機(jī)或?qū)Ｓ贸尚螜C(jī)進(jìn)行卷繞，減少了專用的模具制造。

3 彈簧的表面處理分析

3.1 彈簧的腐蝕

彈簧在制造、存放、使用等過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遭受周圍介質(zhì)的腐蝕。按其反應(yīng)的類型可分為化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕。彈簧受化學(xué)腐蝕是少量的、緩慢的，而受電化學(xué)腐蝕是主要的、普遍的。但一般來(lái)講化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕是同時(shí)存在的。①化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是彈簧表面金屬只單純與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如彈簧在特別干燥的大氣中氧化生成氧化膜，以及彈簧在非電解質(zhì)液體中與該液體或該液體中的雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化等，屬于化學(xué)腐蝕。②電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是彈簧與電解質(zhì)溶液接觸，由于微電池的作用而產(chǎn)生的腐蝕。例如彈簧與酸性或鹽類溶液接觸，這類溶液都是電解質(zhì)，由于彈簧表面的缺陷或雜質(zhì)等原因而形成電位差不同的電極以致彈簧不斷受到電解腐蝕；又例如彈簧處在潮濕大氣中，由于大氣中的水蒸氣在彈簧表面上凝成水膜或水珠，加上大氣中的腐蝕性氣體（如工業(yè)廢氣中的二氧化硫和硫化氫或海洋大氣中的鹽霧等）溶解于水膜或水珠中形成電解質(zhì)。再加上彈簧金屬的雜質(zhì)或缺陷亦可形成電位差不同的電極，彈簧亦產(chǎn)生電解腐蝕。這些都屬電化學(xué)腐蝕。

3.2 彈簧的防腐方法

通常采用保護(hù)層：①?gòu)椈傻慕饘俦Ｗo(hù)層。金屬保護(hù)層種類很多，就彈簧而言，一般是用電鍍金方法以獲得金屬保護(hù)層。電鍍保護(hù)層不但可以保護(hù)不受腐蝕，同時(shí)能改善彈簧的外觀。有些電鍍金屬還能改善彈簧的工作性能，例如進(jìn)步表面硬度，增加抗磨損力，進(jìn)步熱穩(wěn)定性，防止射線腐蝕等。②彈簧的化學(xué)保護(hù)層。利用化學(xué)反應(yīng)的方法使彈簧表面天生一層致密的保護(hù)膜，以防止彈簧腐蝕。通常采用氧化處理與磷化處理。氧化處理與磷化處理，本錢低、生產(chǎn)效率高，一般彈簧制造廠均采用氧化處理，作為防腐蝕性處理。a.氧化處理。鋼的氧化處理亦稱發(fā)藍(lán)、發(fā)黑、煮黑。氧化處理后，彈簧表面天生保護(hù)性的磁性氧化鐵，此氧化膜一般呈藍(lán)色或玄色，也有時(shí)呈黑褐色。其顏色決定于彈簧的表面狀態(tài)、彈簧材料的化學(xué)成分和氧化處理工藝。氧化處理的方法有：咸性氧化法、無(wú)堿氧化法和電解氧化法。以采用堿性氧化法為多。b.磷化處理將彈簧放進(jìn)含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中，在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜的方法叫做磷化。磷化膜的外觀呈暗灰色、灰色或黑灰色、不具光澤。在磷化后進(jìn)行重鉻酸鹽填充、浸油或涂漆，能進(jìn)一步進(jìn)步其耐腐蝕性。磷化膜在動(dòng)物油、植物油、礦物油中均較穩(wěn)定，在某些有機(jī)溶液（如苯、甲苯）中亦較穩(wěn)定。③噴丸處理。彈簧經(jīng)熱處理后，一般要進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高疲勞強(qiáng)度。強(qiáng)力噴丸技術(shù)是將高速?gòu)椡鑷娚涞綇椈杀砻?，使表面層在彈丸的沖擊作用下發(fā)生塑性變形，由此產(chǎn)生強(qiáng)化及表面壓應(yīng)力，使彈簧的抗疲勞性能及耐應(yīng)力腐蝕能力均得到改善的方法。

[1]樊東黎，主編.《熱處理手冊(cè)》第2卷第5章彈簧熱處理.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]韓佳宏.關(guān)于彈簧鋼絲表面麻點(diǎn)現(xiàn)象的解決[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（10）.

[3]顧曉飛.表面缺陷對(duì)彈簧疲勞性能的影響[D].西南交通大學(xué)，2008.

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