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，其工藝過程為：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)動上卷繞后再加工兩端部的鉤環(huán)或扭臂。近年來國內(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，其工藝過程為：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控制節(jié)距進(jìn)行卷繞，有時國內(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、使用等過程中，經(jīng)常會遭受周圍介質(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。但一般來講化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕是同時存在的。①化學(xué)腐蝕。化學(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彈簧的金屬保護(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)是將高速彈丸噴射到彈簧表面，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》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.表面缺陷對彈簧疲勞性能的影響[D].西南交通大學(xué)，2008.

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