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弹簧的热处理强化工艺技术

发布时间:2018/12/20

东光县龙信弹簧制造有限公司
质量(检验)部   第2009121-12字
  弹簧立定处理、强拉、强压、强扭的作用及好处;
  1.立定处理,是把弹簧压缩到工作极限高度或并紧高度数次,一般是3~5次;对拉伸弹簧,是把弹簧长度拉至工作极限长度数次;扭转弹簧,是把弹簧顺工作方向扭转5522作极限扭转角数次。
  2.强压(强拉、强扭)处理对压缩弹簧是把弹簧压至材料层的应力超过屈服点,使表面产生负剩余应力,心部产生正剩余应力。
  其工艺方法有两种,一种是静强压,把弹簧压至要求高度.停放6-48h,然后放开。这种方法占用工艺装置及设备较多,占用场地也较大。但性能较稳定.宜用于一些小弹簧。
  另一种方法是用较慢速度(约1min)把弹簧压至规定高度,然后缓慢放开(约1min),使弹簧产生塑性变形。随后在该高度下进行立定处理。这种方法与静强压有同样效果,适用于各类大弹簧。
  图l为在强压处理过程中,螺旋压缩弹簧材料横截面上的应力分布情况。图1-a是弹簧处于自由状态(即强压处理前),材料截面应力为零。图1-b是弹簧受到载荷F1作用,此载荷小于材料的弹性极限,材料内受到不均匀的切应力,其最大值在材料的表面处,材料中心应力为零。图1-c是对弹簧继续加载荷至F2,把弹簧压并,这时材料表面应力如超过材料的弹性极限则产生了塑性变形,在靠近材料心部所受的力逐渐增加,达到材料弹性极限,应力分布改变了线性关系。图1-d当弹簧上的载荷F:卸掉后,材料内层的弹性变形部分开始恢复,但由于受材料外层塑性变形的影响,不能完全恢复。这样在材料的内外层留下剩余切应力,剩余应力的方向是:材料外表层处与工作切应力方向相反;靠近材料心部处与工作切应力方向相同。图1-e是再次将弹簧加载荷至额定工作载荷F(低于强压载荷)时,材料受切应力的情况,此时材料心部工作切应力和剩余切应力相加后应力增大,表层工作应力与剩余切应力方向相反,切应力减小。这种应力分布的变化,充分发挥了材料心部的潜力。
  不同类型的弹簧其强压处理的方法也不一样。扭杆弹簧是将扭杆在工作载荷的方向,加以超过扭杆切变弹性极限的扭矩。压缩和拉伸弹簧分别加以超过弹簧材料切变弹性极限的压缩和拉伸载荷。扭转弹簧加以超过弹簧材料弹性极限的扭矩。总之,在处理时所加的载荷与弹簧所受的工作载荷类型和方向应一致。剩余应力是由剩余变形的程度来确定的,而剩余变形使得弹簧的尺寸公差难以控制,所以处理载荷的大小,必须在设计时考虑,计算方法见各种弹簧的设计。
  图1压缩弹簧强压过程中的截面应力分布
  a)强压前应力为ob)强压初应力线性分布c)匝并时的应力分布d)强压后的剩余应力e)强压后再加载时的应力分布
  如果强化处理适当,在同样的工作条件下,弹簧的疲劳寿命可以提高5%~35%。反之,如果处理不当,如预加载荷过大,反会使疲劳寿命下降;另外,弹簧经过一定时间的工作之后,随着剩余变形和弹簧性能的变化,会使弹簧的正常工作遭到破坏。
  在高温条件下工作的弹簧,为了防止蠕变和松弛,应进行加温强压处理或蠕变回火。加温强压处理是将弹簧在高于工作温度的条件下进行的强压处理。在加载荷的状态下(一般为工作时的变形状态或并圈状态)进行低温回火的工艺叫蠕变回火。两者的主要区别在于应力和保温时间,它们都具有强化和去应力退火的双重作用。这对于在温度稍高的环境工作的弹簧是有利的,一方面可以防止弹簧的松弛,另一方面可提高疲劳强度。
  加温强压处理和蠕变回火,主要使用在冷加工成形的螺旋弹簧上。它们的处理条件(温度、应力、时间)根据弹簧的设计要求来选择。一般常用的钢质弹簧,温度多在200~400℃,蠕变回火时间为30min左右,加温强压处理的保持时间可为2~6h。对于耐热弹簧材料,温度可再高一些,时间可再长一些。
  立定或强压处理后,如进行低温回火,弹簧的比例极限和承受载荷的能力将有所提高,尤其是对于精密的弹簧和使用温度稍高的弹簧,在改善弹簧性能和提高合格率方面有着明显的效果。
  立定或强压后的低温回火,考虑到加工中金属晶格间微观的剩余应变和不使强化的宏观剩余应力的下降,回火温度应稍低于去应力退火的温度。一般来说,铜弹簧的回火温度为160~200℃,保温1h;钢弹簧的回火温度为200~400℃,保温30min左右。
  3.弹簧的预制高度的计算弹簧经过立定处理、强压处理后自由高度要降低。为了要使弹簧达到图样上规定的自由高度,在卷簧时的卷制高度除自由高度外要留出变形量,这个高度就叫预制高度。因为立定和强压处理影响的因素较多,故变形量不能很精确的计算。下面介绍两个计算预制高度的经验公式,作为确定工艺参数的参考。
  立定处理时螺旋压缩弹簧的预制高度
  强压处理时螺旋压缩弹簧的预制高度
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