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Ø3.3mm*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。