隔震钢簧的制造工艺.pdf

1、1042023年第16 期隔震钢簧的制造工艺赵涛，季兵，朱更生，徐丽（扬州弹簧有限公司，江苏扬州2 2 50 0 8)摘要：针对该产品刚度大，公差要求严，表面质量和热处理质量要求非常高的情况，采用欧州牌号材料，均温炉，通道式回火炉，双端面数控磨簧机，使用余温一次淬火成型技术，强化抛丸，原材料超声波探伤，弹簧磁粉探伤，隔震钢簧专用试验机，保证弹簧的质量。关键词：隔震；钢簧；工艺中图分类号：U463.9Abstract:Adopting European brand material,uniform temperature furnace,channel tempering furnace,dou

2、ble-end CNC grinding spring machine for the product stiffness,strict tolerance requirements,high surfacequality and heat treatment quality requirements.To ensure the quality of spring,using one-step quenching mold-ing technology,enhanced shot peening,ultrasonic inspection of raw materials,spring mag

3、netic particle inspec-tion,isolation special steel spring testing machine.Key words:Isolation;Steel spring;Process弹簧作为各种各样产品的基础零部件组成部分，行业虽然很小，但是涉及到的面广量大，种类很多，在整个制造业中起着十分重要的不可小觑的作用，其中机车弹簧，轨道弹簧，隔震弹簧等约占整个弹簧行业总产值的4 0%左右，随着弹簧在各行各业的持续发展，对弹簧的质量提出了更高的要求。最近十来年，中国弹簧行业不管是在设计，用来制造弹簧的材料，还是弹簧加工工艺方面，都获得了了不起的发展。针对弹

4、簧加工技术来说，也从长期的手工作坊及半自动化向着数控及机械自动化和计算机智能化的方向发展。弹簧是一种机械零件，它利用材料的弹性和结构特点，在工作时产生变形,把机械功或动能转变为变形能，或把变形能转变为机械功或动能。由于这种特性，它适用于缓冲或减振；机械的储能；控制运动；测力装置。除此之外，在机械设备，仪表，日用电器以及生活器具上也都使用着各式各样的弹性元件。隔震钢簧是减振系统中重要功能性零件，主要作用是隔离和吸收振动，在核电领域，保证核电机组的安全，提高核电系统运行时的平稳性，延长核电机组的使用寿命。在核电机组运行过程中若发生隔震钢簧的断裂，将影响整个核电安全。隔震钢簧的设计使用寿命8 0 年

5、，质量要求比较高，目前世界上只有德国、法国、日本、加拿大等少数几个国家可以生产制造，长期以来，中国一直依赖进口。为此，本文进行了隔震钢簧制造工艺的研究。1隔震钢簧的主要参数及技术要求表1钢簧技术参数名称单位参数钢簧材料直径mm43.2 0.15钢簧内径mm86 1.5钢簧总圈4.6 0.1作者简介：赵涛（198 5一），男，江苏兴化人，汉族，工程师，本科，研究方向：热卷圆柱螺旋弹簧制造工艺。文献标识码：AManufacturing Process of Isolation Steel SpringZhao Tao,Ji Bing,Zhu Geng-sheng,Xu Li(Yangzhou Sp

6、ring Co.,Ltd.,Jiangsu Yangzhou 225008)2隔震钢簧的制造工艺隔震钢簧主要制造工艺：原材料探伤下料制扁加热卷绕热处理强压磨簧强化抛丸成品探伤检验喷塑一包装。2.1原材料探伤欧洲的弹簧钢牌号52 CrMoV4最早用于电力机车转向架钢簧项目上面，为了去除热轧钢材表面直线型裂纹，结疤，三角口裂纹，折叠，夹渣，翅皮，发纹等缺陷，棒料在钢厂出厂前每根进行超声波探伤和表面探伤。2.2下料钢厂生产的棒料都是倍尺料（隔震钢簧的棒料通常比较短），用电动锯床按照工艺要求下料，下料公差控制在土3mm之内。2.3制扁制扁的工艺最早是从法国阿尔斯通公司引人中国，开始是使用在电力机车转向

7、架钢簧的制造过程中，后来延伸到其他产品上，为了保证隔震钢簧的可追溯性，在制扁棒名称单位自由高度mm垂向刚度N/mm5112 256有效圈数3.1文章编号：16 7 4-957 X(2023)16-0104-03热处理要求HRC4551,平面度0.5mm，垂直度2.2mm，平行度 2.0 mm，钢簧表面应光滑，不允许有重皮、划伤、刻痕、尖锐的边缘、夹伤、烧伤等有害缺陷的存在。疲劳试验参照TB/T22112 0 18 机车车辆用压缩钢制螺旋弹簧的要求弹簧经3 0 0 万次的垂向疲劳，弹簧不出现疲劳裂纹和断裂，弹簧的永久变形，试验前后弹簧的自由高度差小于等于0.5mm。参数料的侧面打钢印号：生产单位

8、代码（通常是2 位代码）、生222产年月（通常是四位，如：2 3 0 2）序列号（通常是四位）。2.4棒料加热技术要求：材料选用欧洲的弹簧钢牌号52 CrMoV4，内燃机与配件隔震钢簧的脱碳0.12 mm。采用传统的油炉加热炉控制仪及完整的自动化控制系统，且安装了热风搅拌装无法保证脱碳的技术要求，为此采购了9米长的电阻加热置，保证炉膛温度的均匀准确，回火以后，钢簧质量稳定可电炉，为了去除加热炉中的氧气采用保护气氛滴注控制靠。回火的温度：4 51士8，4.6 小时回火保温的时间法，滴注控温设置值8 50，流量110 150 滴/分钟。预3.4小时，钢簧回火出炉后立即在冷水中速冷。空炉升温：90

9、2 918，进料。加热温度为：93 0 士8，保温时间为：11一2 2 分钟。棒料两边距离炉膛约2 10 mm，每次装料必须单层加热，棒料与棒料之间保持约有2 1mm的间距。从而保证棒料在加热过程中全脱碳的发生，保证产品质量。2.5卷绕采用法国进口的全自动数控绕簧机，全自动数控绕簧机是生产热卷弹簧的专用设备，它的好处在于提高生产效率，高度自动化对工艺水平的提高发挥了不小的作用。反复修正对预制高度这个关键参数，绕簧机在对弹簧编程时保证钢簧的尾圈及起圈的间隙控制尽量保持大小一致，棒料抽出加热炉后，在极短的时间送到绕簧机机头，调整制扁侧面钢印号到钢簧外侧，计算机控制绕簧机开始启动，完成钢簧的卷绕。图

10、1全自动数控绕簧机2.6热处理图2 热处理生产线隔震钢簧成功的关键工序就是热处理，用均温炉对钢簧进行均温处理，使钢簧外内温度尽量均匀一致，设定温度8 58 土8。保温时间控制在6 16 分钟。钢簧均温后用挂钩勾放到热处理生产线的自动翻板上，当红外自动测温枪在钢簧内侧面测得的温度和预先设定的钢簧淬火温度一致后，热处理生产线上翻板会自动把钢簧推到淬火油池的自动传动链端，淬火选用的温度为：8 51士8；淬火介质选用：柴油，介质的最高温度不得大于8 2。淬火后应当立即进行回火操作，倘若回火不及时，钢簧的卷制应力就可能没有消除干净，致使钢簧外内圈间产生了应力差的问题，随着时间的流逝，原子间隙中就会慢慢地

11、渗人空气中的氢离子，引起钢簧的氢脆断裂，卷绕好的钢簧必须在1.8小时内及时回火。回火采用连续通道式回火炉，适用于钢簧批量连续生产的定型，回火，采用进口智能化温度.105:图3 连续通道式回火炉2.7强压钢簧在长期反复静压力的情况下，高度一定会衰减，力学性能也无法一直保持初始状态，为消除加工应力，保持钢簧使用过程中尺寸的稳定，增强抗疲劳性，需进行热强压处理，为了解决在之后钢簧使用时发生蠕变的情况，通常是采用带温强压解决，一般使用的热压温度为17 9 士8,用2.2 倍的压力将钢簧压2 次以上，除去钢簧的塑性变形,保证钢簧在以后的工作中尺寸的稳定，最终为了钢簧的寿命周期延长。2.8磨簧磨簧的定义是

12、指对经过卷制热处理并强压后的钢簧的两端面进行车削或者磨削加工，弹簧在正常工作中，先由钢簧两端的支撑圈接触受力并传导到有效圈，因此要求把钢簧的两端面磨平。强压后的钢簧为半成品，两端面不平，需经过双端面数控磨簧机将两端面磨平，使钢簧支撑圈的接触面由点接触改为面接触，增加了接触面的受力面积，钢簧的端面与轴线保持在规定的垂直度之内，钢簧的热处理及三次压并通常会引起钢簧的变形，在磨削过程中调整，隔震钢簧对于磨削面的要求比较高，磨削后的平面度 0.5mm，磨削面粗糙度6.3 m，垂直度2.2 mm，两端磨削面3/4 圈,平行度2.0 mm,两端头厚度约为棒料直径的1/4，只有采用双端面数控磨簧机才能保证工

13、艺尺寸。磨削要注意的一点就是磨削进给量不能太大，冷却液要把磨削砂轮全部覆盖，不然会出现细微的磨削裂纹，导致弹簧支撑圈断裂。2.9强化抛丸钢簧表面如果有划痕，折叠，氧化脱碳等表面缺陷一般会成为钢簧工作时应力集中区和疲劳断裂源集中点，在时间的作用下，会使钢簧发生断裂失效。因此钢簧的表面质量要求比较高。提高钢簧表面质量的方法首选抛丸。抛丸处理是把直径为0.8 1.2 mm的预处理过的切丝钢丸高速喷射向钢簧表面，增加钢簧表面的残余压应力，对钢簧进行2 次强化抛丸处理，使钢簧表面层发生一定的塑性变形,并形成一定厚度的表面硬化层，从而产生残余压应力，一般情况下残余压应力越大，产生的强化效果也越好。提高钢簧

14、表面的压应力，去掉钢簧内圈的拉应力，减少应力的集中，进一步提高钢簧的使用寿命，从而延长钢簧的疲劳寿命。:1062.10成品探伤荧光磁粉探伤检查可以发现钢簧在热处理过程中有可能出现偏析，裂纹等肉眼不仔细发现不到的细微缺陷，钢簧专用磁粉探伤机对每只钢簧进行测试前探伤，保证钢簧的质量。此外为了检查磨削端面有没有磨削裂纹，可使用马蹄式手持探伤仪对磨削端面进行探伤。CDG-6000ZY弹窗专用磁橱摄伤机图5探伤机2.11检验图6 隔震钢簧专用试验机2023年第16 期核电用隔震钢簧的检验项目通常有，自由高度，材料截面，轴向刚度，偏移角度，垂直度，平行度，平面度，弹簧直径，端圈末端厚度，表面质量，化学成分

15、，表面硬度，芯部硬度，夹杂，晶粒度，脱碳层深度，抗拉强度，冲击吸收能量KU2,塑层厚度，所有检查项目必须10 0%合格。探伤合格后转测力室采用隔震钢簧专用试验机进行测力和测刚度，所有测试数据记录保存10 年。2.12喷塑钢簧在生产，装运，保存及使用过程中，经常会收到周围环境的影响，钢簧生锈以后弹性将发生改变并丧失其弹图4 抛丸机性。所以预防钢簧生锈才能保证钢簧弹性的稳定，并延长它的使用寿命。隔震钢簧获得保护层一般采用喷塑的方式，保护层不但能保护钢簧不受锈蚀，而且也能改善它的外观,增加钢簧抗耐磨的能力,提高钢簧的稳定性,防止被锈蚀，喷塑钢簧的外观美观光亮，质地也软，可塑性比较好，比较适合做钢簧的

16、保护层。2.13包装按客户要求扣标识牌，钢簧外表面包裹厚度不小于5mm的泡塑材料或厚度不小于2 mm的胶皮，钢簧打包使用自动打包机，打包时须调整好载荷以免损伤钢簧表面和影响包装质量。3结语长期大量的生产经验证明，按此制造工艺组织生产隔震钢簧，生产的效率比较高，钢簧的使用寿命持久，在耐锈蚀，抗永久变形等方面具有良好的优势，完全能满足替代进口的隔震钢簧。参考文献：1张英会，刘辉航，王德成.弹簧手册 M.北京：机械工桂林瑞特业出版社，2 0 0 8.2杨芸.机车减震弹簧的制造工艺研究 J.科技风2 0 2 0(20):131-132.3张羽，郑天锐，李渊.铁路客车轴箱钢弹簧断裂失效的分析研究 J.机车车辆工艺2 0 18（4）：4 0-4 1.4张伟龙，张志和，刘辉，赵清海.转向架轴箱弹簧断裂失效分析及预防J.铁道机车车辆2 0 19（5）：104-107.过5曾成，陈忠明.广州地铁某型车辆一系螺旋钢弹簧断裂问题分析J.城市轨道交通研究2 0 18（9）：144-147.6赵涛，季兵，朱更生，徐丽高速电力机车弹簧的国产化工艺J.机械工业标准化与质量2 0 15（10：47-48.