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一種波形彈簧的加工方法

發布于:2020-09-01 9:58:25
【專利說明】一種波形彈簧的加工方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于彈簧制造技術領域,涉及一種波形彈簧的加工方法。

【背景技術】
[0002] 條狀波形彈簧屬于異型彈簧范疇,該彈簧使用3J68高溫彈性合金帶材制造,厚度 為3. 5 ±0. 05mm,該波形彈簧展開為249 X 2. 5 (I. 9) mm長條形,它的型面為5個周期的正弦 波波形。現有成型方法是:領取與彈簧寬度相同的3J68高溫彈性合金絲材,使用沖壓模具 通過冷加工沖壓成型,然后通過熱處理穩定尺寸。但對于壁厚為3. 5 ±0. 05mm的3J68材 料高溫彈性合金半冷作硬化態帶材,冷加工成型后零件反彈,冷加工成型后保持形狀非常 困難,且易引起裂紋,無法滿足圖紙要求。波形彈簧現有檢測方法是:采用0-100N標準彈力 試驗機檢測彈力,而0-100N標準彈力試驗機托盤直徑50_,而該彈簧長度遠遠超出托盤直 徑,顯然不能直接采用彈力試驗機測量彈簧彈力。 

【發明內容】
[0003] 為解決上述問題,本發明提供了一種波形彈簧的加工方法,確保波形彈簧的幾何 尺寸和波形滿足設計要求并能實現彈簧彈力精準檢測,解決長條狀波形彈簧加工難題。
[0004] 為達到上述目的,本發明的技術方案如下:
[0005] -種波形彈簧的加工方法,包括以下步驟:
[0006] (1)取與成品波形彈簧厚度、長度及寬度相等的帶材,用細砂紙打磨去帶材重熔 層,制成平面的波形彈簧坯料;
[0007] (2)、對波紋彈簧坯料進行預變形處理:按成品波形彈簧自由高度上限,增加 0.2_設計成型工裝,將波形彈簧坯料裝在工裝內,使工件與工裝內外壁面緊密貼合固定, 使波形彈簧坯料在室溫下固定在工裝內進行冷定型處理;
[0008] (3)、真空定型處理:采用時效定型的方式,將裝夾好的工件放入真空熱處理爐內 鎖緊爐門,按照材料時效處理制度進行熱定型處理,卸掉夾具后零件形狀得到保留,完成彈 簧的成型處理。
[0009] 進一步,所述工裝材料為GH3030高溫合金。
[0010] 進一步,成型工裝包括底座、固定在底座上中間設有凹槽的凹模和放置在凹模凹 槽內的凸模,工件放置在凹模凹槽內通過凸模壓緊,凸模通過穿過凹模的楔形塊壓緊固定。
[0011] 進一步,通過在定型工裝放置熱電偶的孔內埋置負載熱電偶來測量零件溫度。
[0012] 進一步,包括以下步驟:
[0013] (1)、取厚度為3. 5mm的帶材加工成249 X 2. 5mm和249 X I. 9mm的條帶,用細砂紙 打磨去重熔層,制成平面的波形彈簧坯料;
[0014] (2)、將兩個波形彈簧坯料裝在工裝內,使工件與夾具內外壁面緊密貼合固定,使 波形彈簧坯料在室溫下固定在工裝內進行冷定型處理;
[0015] (3)、真空定型處理:采用時效定型的方式,將裝夾好的工件放入真空熱處理爐內 鎖緊爐門,在800± 10°C保溫1小時+15分,冷卻后再在700± 10°C保溫2小時+15分冷卻 到室溫的,卸掉夾具后零件形狀得到保留,完成彈簧的成型處理。
[0016] 本發明利用時效成型原理,利用工裝將沒有基礎形狀的坯料通過彈性變形形成需 要的形狀,即利用工藝裝備的固定作用預成型零件,隨后通過時效熱處理,消除彈性變形應 力而使零件的精準加工形態保留下來,確保波形彈簧的幾何尺寸和波形滿足設計要求,解 決了條狀波形彈簧加工的難題,確保彈簧滿足設計要求。

【附圖說明】
[0017] 圖1是彈簧定型工裝的結構示意圖;
[0018] 圖Ia是主視圖;圖Ib是圖Ia的A-A向剖視圖;圖Ic是圖Ia的B-B向剖視圖;
[0019] 圖2是彈簧彈力檢測工裝結構示意圖;
[0020] 圖2a是主視圖;圖2b是圖2a的A-A向剖視圖;
[0021] 圖中:1.底座、2.凹模、3.凸模、4.楔塊、5.螺栓、6.螺母、7.圓柱銷、8.熱電偶 孔、9.本體、10.本體、11.擋片、12.壓板、13.螺釘。

【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和實施例,對本發明作進一步的說明,但本發明并不限于以下實施 例。
[0023] 本發明提出了一種高溫彈性合金波形彈簧的成型方法,以解決高溫高彈性合金波 形彈簧解決長條狀波形彈簧加工難,及冷加工成型后不能保持形狀的難題,同時提出了一 種長條狀波形彈簧簧檢測方法,能實現彈簧彈力精準檢測。
[0024] 如圖1所示,圖Ia是主視圖;圖Ib是圖Ia的A-A向剖視圖;圖Ic是圖Ia的B-B 向剖視圖;工裝由底座1、凹模2、凸模3、楔塊4、螺栓5、螺母6、圓柱銷7、熱電偶孔8、本體 9、本體10、擋片11、壓板12和螺釘13組成。中間設有凹槽的凹模2固定在底座1上,凸模 3放置在凹模2凹槽內,工件放置在凹模2凹槽內通過凸模3壓緊,凸模通過穿過凹模2的 楔形塊壓緊固定。
[0025] 夾具的凸模、凹模型面按照彈簧型面設計,為5個正弦波,波形高度H =零件自由 高度h+ δ。δ為彈簧回彈量,與波紋形狀和材料彈性模量有關,本發明采用3J68材料,通 過實驗得出S =0.3+/-0. 1。裝夾時,將需成型的零件毛坯裝在凹模和凸模之間,然后用楔 塊卡緊,將裝夾好后的零件裝入真空爐內,熱電偶插入熱偶孔內進行熱定型處理。本發明根 據F = mg的關系,彈力值可采用等效質量法測得,由此通過設計的彈力測量工裝解決波形 彈簧的彈力測量問題。
[0026] 參考圖2,圖2a是主視圖;圖2b是圖2a的A-A向剖視圖;彈簧彈力檢測工裝包括 本體10、擋片11、壓板12(1. 0Kg/0. 3Kg/0. 4Kg/0. 5Kg/0. 6Kg)壓板根據彈力要求設計成不 同的質量壓塊、和螺釘13。
[0027] 測量時,將零件置于凹槽內,依次壓上標準塊直至塞尺不能塞入,此時彈簧壓縮到 工作高度,彈簧彈力可等效為標準塊的重量,計算出標準塊的總質量即可算出零件彈力值, 見表1。
[0028] 表1等效彈力值計算方法
[0029]
[0030] 波形彈簧的加工方法步驟如下:
[0031] 1、線切割加工彈簧坯料:領取厚度為3. 5_的帶材后,用剪板機切成279X 100_ 的塊料,通過線切割加工成249 X 2. 5mm和249 X I. 9mm的條帶,去重熔層制成平面的波形彈 簧坯料,該波形彈簧坯料為長條形狀,其長度及寬度尺寸與波形彈簧的尺寸相等;
[0032] 2、對波形彈簧坯料進行預變形處理:為了保證零件在真空熱處理過程中能夠定 型,設計了 一套專用工裝,每套工裝能夠處理1~2個工件,工裝材料為GH3030,將制成平 面的波形彈簧坯料裝在工裝內,使工件與夾具內外壁面緊密貼合,并用螺栓緊固,使其在室 溫下固定在工裝內進行冷定型(預定型)處理。
[0033] 3、將負載熱電偶2~3支,插入工裝放置熱電偶的孔內,升溫時,以最后一支負載 熱電偶的指示值達到設定溫度的下限時記錄熱處理保溫時間。
[0034] 4、關閉爐門,對爐子進行抽真空,使爐內壓力抽至低于6.65 X 10_2Pa ;
[0035] 5、升溫,以KTC /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C止,以6°C /分 將爐溫升至800±10°C止,在800±10°C保溫1小時+10分;
[0036] 6、冷卻,先將零件真空冷至650±10°C,然后打開氬氣、風扇將零件冷到80°C以 下;
[0037] 7、重新抽真空,使爐內真空度抽至低于6. 65X 10_2Pa ;
[0038] 8、升溫,以KTC /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C止,以6°C /分 將爐溫升至700±10°C止,在700±10°C保溫2小時+10分;
[0039] 9、冷卻,先將零件真空冷至650±10°C,然后打開氬氣、風扇將零件冷到80°C以 下;
[0040] 10、打開爐門,取出熱處理工裝,打開熱處理工裝,取出波形彈簧。
[0041] 11、檢測彈力,將零件置于測量工裝的凹槽內,依次壓上標準塊直至塞尺不能塞 入,計算出標準塊的總質量即可算出零件彈力值,零件檢測合格,彈力滿足設計要求3。
[0042] 實施例1 :處理的彈簧展開為249 X I. 9mm。
[0043] 用丙酮將零件、工裝清洗干凈,并晾干,將制作好的波形彈簧坯料1個,裝入成型 工裝,進行真空時效處理:
[0044] 1. 1、將負載熱電偶2支,插入工裝放置熱電偶的孔內,升溫時,以最后一支負載熱 電偶的指示值達到設定溫度的下限時記錄熱處理保溫時間。
[0045] 1. 2、關閉爐門,對爐子進行抽真空,使爐內壓力抽至低于6. 65 X 10_2Pa ;
[0046] 1. 3、升溫、保溫、冷卻,以KTC /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C 止,以6°C /分將爐溫升至800±10°C止,在800±10°C保溫1小時+10分;冷卻,先將零件 真空冷至650± KTC,然后打開氬氣、風扇將零件冷到100°C以下;
[0047] 1.4、重新抽真空,使爐內壓力抽至低于6.65X 10_2Pa ;
[0048] 1. 5、升溫、保溫、冷卻,,以KTC /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C 止,以6°C /分將爐溫升至700±10°C止,在700±10°C保溫2小時+10分;冷卻,先將零件 真空冷至650± KTC,然后打開氬氣、風扇將零件冷到100°C以下;
[0049] 1. 6、打開爐門,取出熱處理工裝,打開熱處理工裝,取出波形彈簧。
[0050] 1.7、彈力測量,在室溫下,將零件裝入工裝,擠壓彈簧至工作高度H= 2至少10 次,用等質量測量零件彈力值,P = 37. 36,符合設計要求。
[0051] 實施例2 :處理的彈簧展開為249 X I. 9mm。
[0052] 用丙酮將零件、工裝清洗干凈,并晾干,將制作好的波形彈簧坯料2個,同時裝入 成型工裝,進行真空時效處理:
[0053] 2. 1、將負載熱電偶3支,插入工裝放置熱電偶的孔內,升溫時,以最后一支負載熱 電偶的指示值達到設定溫度的下限時記錄熱處理保溫時間。
[0054] 2. 2、關閉爐門,對爐子進行抽真空,使爐內壓力抽至低于6. 65X 10_2Pa ;
[0055] 2. 3、升溫、保溫、冷卻,以KTC /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C 止,以6°C /分將爐溫升至800±10°C止,在800±10°C保溫1小時+10分;冷卻,先將零件 真空冷至650±10°C,然后打開氬氣、風扇將零件冷到80°C以下;
[0056] 2. 4、重新抽真空,使爐內壓力抽至低于6· 65X 10_2Pa ;
[0057] 2. 5、升溫、保溫、冷卻,以10°C /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C 止,以6°C /分將爐溫升至700± 10°C止,在700± 10°C保溫2小時+10分;先將零件真空冷 至650±10°C,然后打開氬氣、風扇將零件冷到80°C以下;
[0058] 2. 6、打開爐門,取出熱處理工裝,打開熱處理工裝,取出波形彈簧。
[0059] 2. 7、彈力測量,在室溫下,將零件裝入工裝,擠壓彈簧至工作高度H= 2至少10 次,用等質量測量零件彈力值,P = 44. 33,符合設計要求。
[0060] 實施例3 :處理的彈簧展開為249 X 2. 5mm。
[0061] 用丙酮將零件、工裝清洗干凈,并晾干,將制作好的波形彈簧坯料1個,同時裝入 成型工裝,進行真空時效處理:
[0062] 3. 1、將負載熱電偶兩支,插入工裝放置熱電偶的孔內,升溫時,以最后一支負載熱 電偶的指示值達到設定溫度的下限時記錄熱處理保溫時間。
[0063] 3. 2、鎖緊爐門,對爐子進行抽真空,使爐內壓力抽至低于6. 65 X 10_2Pa ;
[0064] 清洗:用丙酮將零件、工裝清洗干凈,并晾干。
[0065] 3. 3、升溫、保溫、冷卻,以KTC /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C 止,以6°C /分將爐溫升至800±10°C止,在800±10°C保溫1小時+10分;冷卻,打開氬氣、 風扇將零件冷到l〇〇°C以下;
[0066] 3. 4、重新抽真空,使爐內壓力抽至低于6· 65X 10_2Pa ;
[0067] 3. 5、升溫、保溫、冷卻,以10°C /分將爐溫升至600°C,保溫至零件溫度達到600°C 止,以6°C /分將爐溫升至700±10°C止,在700±10°C保溫2小時+10分;冷卻:打開氬氣、 風扇將零件冷到80°C以下;
[0068] 3. 6、打開爐門,取出熱處理工裝,打開熱處理工裝,取出波形彈簧。零件檢測合格。
[0069] 3. 7、彈力測量,在室溫下,將零件裝入工裝,擠壓彈簧至工作高度H= 2至少10 次,用等質量測量零件彈力值,P = 43. 34,符合設計要求。

【主權項】
1. 一種波形彈簧的加工方法,其特征在于包括以下步驟: (1) 取與成品波形彈簧厚度、長度及寬度相等的帶材,用細砂紙打磨去帶材重熔層,制 成平面的波形彈簧坯料; (2) 、對波紋彈簧坯料進行預變形處理:按成品波形彈簧自由高度上限,增加0. 2mm設 計成型工裝,將波形彈簧坯料裝在工裝內,使工件與工裝內外壁面緊密貼合固定,使波形彈 簧坯料在室溫下固定在工裝內進行冷定型處理; (3) 、真空定型處理:采用時效定型的方式,將裝夾好的工件放入真空熱處理爐內鎖緊 爐門,按照材料時效處理制度進行熱定型處理,卸掉夾具后零件形狀得到保留,完成彈簧的 成型處理。2. 根據權利要求1所述的波形彈簧的加工方法,其特征在于:所述工裝材料為GH3030 高溫合金。3. 根據權利要求1所述的波形彈簧的加工方法,其特征在于:成型工裝包括底座(1)、 固定在底座上中間設有凹槽的凹模(2)和放置在凹模(2)凹槽內的凸模(3),工件放置在凹 模(2)凹槽內通過凸模(3)壓緊,凸模通過穿過凹模(2)的楔形塊壓緊固定。4. 根據權利要求3所述的波形彈簧的加工方法,其特征在于:通過在定型工裝放置熱 電偶的孔內埋置負載熱電偶來測量零件溫度。5. 根據權利要求1所述的波形彈簧的加工方法,其特征在于包括以下步驟: (1) 、取厚度為3. 5mm的帶材加工成249X2. 5mm和249 X I. 9mm的條帶,用細砂紙打磨 去重熔層,制成平面的波形彈簧坯料; (2) 、將兩個波形彈簧坯料裝在工裝內,使工件與夾具內外壁面緊密貼合固定,使波形 彈簧坯料在室溫下固定在工裝內進行冷定型處理; (3) 、真空定型處理:采用時效定型的方式,將裝夾好的工件放入真空熱處理爐內鎖緊 爐門,在800± 10°C保溫1小時+15分,冷卻后再在700± 10°C保溫2小時+15分冷卻到室 溫的,卸掉夾具后零件形狀得到保留,完成彈簧的成型處理。

【專利摘要】本發明提供一種波形彈簧的加工方法,取與成品波形彈簧厚度、長度及寬度相等的帶材,用細砂紙打磨去帶材重熔層,制成平面的波形彈簧坯料;使波形彈簧坯料在室溫下固定在工裝內進行冷定型處理;真空定型處理:采用時效定型的方式進行熱定型處理,卸掉夾具后零件形狀得到保留,完成彈簧的成型處理;利用工藝裝備的固定作用預成型零件,隨后通過時效熱處理,消除彈性變形應力而使零件的精準加工形態保留下來,確保波形彈簧的幾何尺寸和波形滿足設計要求,解決了條狀波形彈簧加工的難題,確保彈簧滿足設計要求。
 

 



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