机车减震弹簧的制造工艺研究

机车减震弹簧的制造⼯艺研究
机车减震弹簧的制造⼯艺研究
0引⾔
弹簧⾏业在整个制造业当中虽然是⼀个⼩⾏业，但其所起到的作⽤是不可低估的。

国家的⼯业制造业、汽车⼯业要加快发展，作为基础件、零部件之⼀的弹簧⾏业就更加需要有⼀个发展的超前期，才能适应国家整个⼯业的快速发展。

另外，弹簧产品规模品种的扩⼤、质量⽔平的提⾼也是机械设备更新换代的需要和配套主机性能提⾼的需要，因此，整个国家⼯业的发展，弹簧产品是起到重要作⽤。

交通运输市场，包括为汽车/摩托车/柴油机和铁道等⾏业提供配套和维修件弹簧，这是弹簧⾏业⽬前最重要，最有发展前途的市场，销售额接近全⾏业的40％。

其中摩托车、电动车销售市场依旧很⼤，尚未限牌的⼤中城市和沿海发达地区对⾼档产品的需求和内陆⼩城市及农村市场对中低档产品的需求仍然具有很⼤的空间。

减震弹簧是机车减震器最重要的零件之⼀，是⽤于吸收运动冲击能量,使机车获得⾼平顺性、⾼舒适性的专⽤件。

减震弹簧设计与制造的优劣直接影响减震器的减震性能、寿命、经济性及整机的安全性。

1减震弹簧的选材与造型
1.1减震弹簧的选材
作为摩托车、电动车⽤弹簧, 长期处于反复受⼒和回复过程, 疲劳寿命需达到10万次以上，外⼒卸载后应回复到初始位置, 要求弹簧的塑性变形越⼩越好, 钢丝应具有较⾼的弹性极限, 较⾼的回复⼒, 要求屈服强度和抗拉强度较⾼。

[1]⽬前，市⾯上常⽤的有碳素弹簧钢、合⾦弹簧钢、不锈钢弹簧钢以及铜合⾦、镍合⾦和橡胶等。

本⼯艺采⽤65Mn钢，65Mn 钢属于碳素弹簧钢，主要⽣产成钢丝、钢带、⽤于制造各种截⾯较少的扁，圆弹簧，板簧和弹簧⽚等。

有着强度较⾼，淬透性较⼤，脱碳倾向⼩，价格低廉，切削性好等优点。

1.2减震弹簧的造型
机车⽤减震弹簧是承受压⼒的螺旋弹簧，也称为圆柱螺旋弹簧。

压缩弹簧⼀般⽤料的截⾯基本都是圆形，但形状和尺⼨种类繁多，既有等直径、等节距, 也有变直径、变节距弹簧，不同的设计主要为满⾜安装空间、⼒值、刚度的要求。

表1为⼏种常见的等直径、不同节距弹簧的优缺点。

表1 等直径、不同节距减震弹簧的优缺点
2⽣产弹簧的主要仪器及设备
YH-680CNC电脑数控卷簧机，⾃动卷簧机是⽣产弹簧的专⽤设备, 它的⾼度⾃动化在提升⽣产效率、⼯艺⽔平等⽅⾯发挥了巨⼤的作⽤。

它把钢丝线材卷绕成⼀定形状的弹簧,供回⽕、端磨等后续⼯序处理。

⾃动卷簧机不仅可以卷制圆柱形螺旋弹簧，⽽且能卷制各种形状的变径、变距弹簧。

具有成形速度快、性能稳定强和精准度⾼等特点，真正实现了⼈机对话，具备⼀分钟弹簧成型的能⼒，并在保证速度、精度和性能的条件下，噪⾳低，操作更简便。

M7745K-9S数控弹簧双端⾯磨床，该机床具有上下两个磨头，其主轴位于同⼀轴线上，上下磨头由两个磨轮电机分别独⽴驱动。

磨头进给可以调速，上磨头砂轮磨损时，可以通过上磨轮补偿电机进⾏补偿，下砂轮磨损时，通过下磨轮补偿电机进⾏补
偿。

另外，本机床采⽤双料盘交替进⾏⼯作，即⼀个磨削另⼀个进⾏检测货上、下料，可⼤⼤提⾼⽣产效率。

换盘⽅式可采⽤⾃动换盘或⼿动换盘。

RJC530连续式热风回⽕炉，也称输送带式电控回⽕炉（⽹带炉），采⽤进⼝PID智能化温度控制仪及完整的⾃动控制系统，在500℃炉温内，可按⼯艺要求设定任何温度，控温精度±3℃，配有热风搅拌装置，炉温精确均衡，回⽕⼯件质量稳定可靠。

另外还需要全⾃动送线架，抛丸机，强压机，整形⼯具等，这边就不再⼀⼀做具体说明。

3⽣产⼯艺
3.1⽣产⼯艺流程
下⾯以电动车前减震弹簧（等直径、变节距弹簧）的常⽤尺⼨?3.3mm*外径21.5mm*⾼度215mm*36圈（如图）1为例，来说明弹簧的加⼯⼯艺流程。

加⼯时，可按以下⼯艺执⾏：卷簧-热处理-磨两端⾯-抛丸-强压-整形-⼆次回⽕-表⾯处理。

图 1电动车前减震弹簧尺⼨图
技术要求如下：
①旋向：右旋②总圈数36，有效圈数34，密圈17，密圈解距6.54，拐点55，疏圈17圈③去应⼒回⽕处理④两端⾯磨平，去除内⽑刺⑤在ps载荷下做永久变形不能⼤于⾃由⾼度的0.3% ⑥表⾯上油处理⑦其余技术要求按GB1239.2.2级精度执⾏
3.2主要⼯序
3.2.1卷簧处理
在加⼯前, 根据弹簧的线径、外径、长度、节距等要求先进⾏弹簧特征数据转换，编制程序。

65Mn钢丝经KJS-1000⾃动送线架送YH-680CNC⾃动卷簧机，KJS-1000全⾃动送线架可以承载1吨以内的钢丝，在运转过程中通过⾃动调节送线速度，使配套主机设备与它的送线速度保持同步，当发⽣绞线、断线或送线完毕后，会发出报警信号并⾃动停机。

3.2.2热处理
经卷簧机卷制后的弹簧，内部产⽣了较⾼的内应⼒，必须进⾏去应⼒退货（俗称低温回⽕）。

回⽕处理的⽬的之⼀是能提升钢材的抗⼒强度，保证其能正常的进⾏回弹，保证弹簧的效果。

回⽕之后的弹簧可以将抗压强度提升到百分之九⼗以上，减少了弹簧的抗蠕变性。

第⼆就是消除⾦属丝冷加⼯和弹簧卷绕成时所产⽣的残余应⼒，它可以显著地改善冷成形弹簧的⼒学性能和使⽤特性。

[2]第三是稳定弹簧形状，回⽕15-30分钟后弹簧外圈会缩到⼀个稳定⽔平。

因此，卷制好的弹簧将会由⼈⼯送⼊连续式热风回⽕炉中进⾏低温回⽕定型，回⽕炉温度设定为350?C，时间为半⼩时。

弹簧回⽕处理需要注意的事项如下：
①避免以提⾼温度缩短时间的⽅式进⾏弹簧回⽕处理。

②硬度：随回⽕温度的升⾼，硬度稍微上升后就下降。

疲劳性能最好的温度略低于硬度最⼤的温度。

③缩径：碳钢弹簧回⽕时外径会缩⼩，所以卷簧时应预留⼀些尺⼨。

④弹簧回⽕⾊：回⽕⾊与温度和钢丝表⾯的残留物有关，颜⾊不均匀与温度分布或炉膛内的⽓流有关。

如果期望颜⾊均匀，要管理好炉⼦及装料⽅式；如果局部有油或指印，回⽕后会变⾊。

⑤回⽕温度：⼀般采⽤的回⽕温度在250-350℃,如采⽤200-250℃处理钢丝，虽然可以提⾼强度，但塑韧性也会损失，可导致拉簧做弯钩或扭簧弯腿时发⽣断裂。

3.3磨簧
弹簧经卷簧机卷制并回⽕后，形成的是弹簧半成品，两个端⾯不平⾏，需经磨簧机将两端⾯磨平，⽬的之⼀是使压缩⾯由点接
触改为线接触或者⾯接触，增加受⼒⾯积，避免接触⾯刮伤，第⼆是使两端⾯与弹簧的轴线保持⼀定的垂直度。

3.4抛丸处理
弹簧要求有较⾼的表⾯质量，划痕、折叠、氧化脱碳等表⾯缺陷往往会成为弹簧⼯作时应⼒集中的地⽅和疲劳断裂源。

抛丸处理是⽬前应⽤最⼴泛的改善弹簧表⾯质量的⽅法之⼀。

抛丸处理就是通过直径0.3-0.4mm的不锈钢丸粒⾼速撞击弹簧表⾯，使弹簧表层发⽣塑性变形，从⽽形成⼀定厚度的表⾯强化层，不仅改善弹簧表⾯质量，提⾼表⾯强度，使表⾯处于压应⼒状态，从⽽提⾼弹簧疲劳强度（⼀般可提⾼20%-35%），将弹簧的使⽤寿命提⾼3-10倍。

3.5强压处理
弹簧受到长期反复静压作⽤,其⾃由⾼度将有⼀定缩减,⼒学性能也⽆法⼀直保持设计要求。

因此, 弹簧制成后都要进⾏强压处理,使弹簧在超过弹簧极限变形状态保持⼀定时间, 产⽣⼩塑性变形,获得强化效应,从⽽提⾼弹簧承受静载荷及有限次动载荷的能⼒,⼀般可提⾼其承载能⼒约25%。

强压处理是把弹簧压缩到产⽣与⼯作应⼒相反的有益的残余应⼒，如果强压处理适当，处理后的弹簧⾃由⾼度稳定，并清除弹簧使⽤早期弹⼒衰减，以保证弹簧⼯作可靠性，在同样的⼯作条件下，弹簧的疲劳寿命可以提⾼5％—35％。

[3]强压⽅法是利⽤强压机⽤较慢速度(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。

3.6⼿⼯整形
根据图纸的要求，每个弹簧必须在专⽤的整形台上逐个整形，主要任务是保证其垂直度
和总长度。

3.7⼆次回⽕
为进⼀步消除弹簧内部的内应⼒，定型弹簧的形状和尺⼨，同时改善弹簧的物理性能，提升弹簧的疲劳寿命，减少弹簧在⼯作中的形变量，调整钢丝的抗拉强度和硬度等等。

弹簧制成后需⼆次回⽕，温度设定为300 ?C ，10分钟。

3.8表⾯处理
弹簧在制造、存放、使⽤等过程中，经常会遭受周围介质的腐蚀。

由于弹簧在⼯作时是靠弹⼒发挥作⽤，弹簧被腐蚀后弹⼒会发⽣改变⽽丧失功能。

所以防⽌弹簧的腐蚀可以保证弹簧的⼯作稳定，并延长其使⽤寿命。

弹簧⼀般是⽤喷塑或电镀的⽅法以获得⾦属保护层。

电镀保护层不但可以保护弹簧不受腐蚀，还能改善弹簧的外观。

有些电镀⾦属还能改善弹簧的⼯作性能，⽐如提⾼弹簧的表⾯硬度，增加弹簧的抗磨损能⼒，提⾼热稳定性，防⽌射线腐蚀等。

镉⽐较安定，耐腐蚀性能较强。

镉镀层光亮美观、质软、可塑性好，最适宜于弹簧作保护层。

4结束语
长期⼤量的⽣产实践表明，按本⼯艺流程来⽣产减震弹簧，⽣产效率⾼，弹簧在疲劳寿命，压缩性能，抗永久变形等⽅⾯具有良好的性能，完全能满⾜客户的技术和性能要求。