[发明专利]一种高应力扭杆弹簧热处理工艺

说明书

【技术领域】

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】

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】

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。

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：

a）制坯工艺：选取表面粗糙度达到GB6060.1-1997要求的Ra12.5～25，直线度≤1mm/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～l000℃，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～l000℃，降温速度为100～200℃/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；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；

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℃，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℃，处理时间为3～5min，油作为慢冷淬火介质油的温度为50～70℃，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；

d）回火工艺：回火温度为500～600℃，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。

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。

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℃，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。

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。