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一种波形弹簧的加工方法

发布于:2020-09-01 9:58:25
【专利说明】一种波形弹簧的加工方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于弹簧制造技术领域,涉及一种波形弹簧的加工方法。

【背景技术】
[0002] 条状波形弹簧属于异型弹簧范畴,该弹簧使用3J68高温弹性合金带材制造,厚度 为3. 5 ±0. 05mm,该波形弹簧展开为249 X 2. 5 (I. 9) mm长条形,它的型面为5个周期的正弦 波波形。现有成型方法是:领取与弹簧宽度相同的3J68高温弹性合金丝材,使用冲压模具 通过冷加工冲压成型,然后通过热处理稳定尺寸。但对于壁厚为3. 5 ±0. 05mm的3J68材 料高温弹性合金半冷作硬化态带材,冷加工成型后零件反弹,冷加工成型后保持形状非常 困难,且易引起裂纹,无法满足图纸要求。波形弹簧现有检测方法是:采用0-100N标准弹力 试验机检测弹力,而0-100N标准弹力试验机托盘直径50_,而该弹簧长度远远超出托盘直 径,显然不能直接采用弹力试验机测量弹簧弹力。 

【发明内容】
[0003] 为解决上述问题,本发明提供了一种波形弹簧的加工方法,确保波形弹簧的几何 尺寸和波形满足设计要求并能实现弹簧弹力精准检测,解决长条状波形弹簧加工难题。
[0004] 为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
[0005] -种波形弹簧的加工方法,包括以下步骤:
[0006] (1)取与成品波形弹簧厚度、长度及宽度相等的带材,用细砂纸打磨去带材重熔 层,制成平面的波形弹簧坯料;
[0007] (2)、对波纹弹簧坯料进行预变形处理:按成品波形弹簧自由高度上限,增加 0.2_设计成型工装,将波形弹簧坯料装在工装内,使工件与工装内外壁面紧密贴合固定, 使波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理;
[0008] (3)、真空定型处理:采用时效定型的方式,将装夹好的工件放入真空热处理炉内 锁紧炉门,按照材料时效处理制度进行热定型处理,卸掉夹具后零件形状得到保留,完成弹 簧的成型处理。
[0009] 进一步,所述工装材料为GH3030高温合金。
[0010] 进一步,成型工装包括底座、固定在底座上中间设有凹槽的凹模和放置在凹模凹 槽内的凸模,工件放置在凹模凹槽内通过凸模压紧,凸模通过穿过凹模的楔形块压紧固定。
[0011] 进一步,通过在定型工装放置热电偶的孔内埋置负载热电偶来测量零件温度。
[0012] 进一步,包括以下步骤:
[0013] (1)、取厚度为3. 5mm的带材加工成249 X 2. 5mm和249 X I. 9mm的条带,用细砂纸 打磨去重熔层,制成平面的波形弹簧坯料;
[0014] (2)、将两个波形弹簧坯料装在工装内,使工件与夹具内外壁面紧密贴合固定,使 波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理;
[0015] (3)、真空定型处理:采用时效定型的方式,将装夹好的工件放入真空热处理炉内 锁紧炉门,在800± 10°C保温1小时+15分,冷却后再在700± 10°C保温2小时+15分冷却 到室温的,卸掉夹具后零件形状得到保留,完成弹簧的成型处理。
[0016] 本发明利用时效成型原理,利用工装将没有基础形状的坯料通过弹性变形形成需 要的形状,即利用工艺装备的固定作用预成型零件,随后通过时效热处理,消除弹性变形应 力而使零件的精准加工形态保留下来,确保波形弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求,解 决了条状波形弹簧加工的难题,确保弹簧满足设计要求。

【附图说明】
[0017] 图1是弹簧定型工装的结构示意图;
[0018] 图Ia是主视图;图Ib是图Ia的A-A向剖视图;图Ic是图Ia的B-B向剖视图;
[0019] 图2是弹簧弹力检测工装结构示意图;
[0020] 图2a是主视图;图2b是图2a的A-A向剖视图;
[0021] 图中:1.底座、2.凹模、3.凸模、4.楔块、5.螺栓、6.螺母、7.圆柱销、8.热电偶 孔、9.本体、10.本体、11.挡片、12.压板、13.螺钉。

【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例,对本发明作进一步的说明,但本发明并不限于以下实施 例。
[0023] 本发明提出了一种高温弹性合金波形弹簧的成型方法,以解决高温高弹性合金波 形弹簧解决长条状波形弹簧加工难,及冷加工成型后不能保持形状的难题,同时提出了一 种长条状波形弹簧簧检测方法,能实现弹簧弹力精准检测。
[0024] 如图1所示,图Ia是主视图;图Ib是图Ia的A-A向剖视图;图Ic是图Ia的B-B 向剖视图;工装由底座1、凹模2、凸模3、楔块4、螺栓5、螺母6、圆柱销7、热电偶孔8、本体 9、本体10、挡片11、压板12和螺钉13组成。中间设有凹槽的凹模2固定在底座1上,凸模 3放置在凹模2凹槽内,工件放置在凹模2凹槽内通过凸模3压紧,凸模通过穿过凹模2的 楔形块压紧固定。
[0025] 夹具的凸模、凹模型面按照弹簧型面设计,为5个正弦波,波形高度H =零件自由 高度h+ δ。δ为弹簧回弹量,与波纹形状和材料弹性模量有关,本发明采用3J68材料,通 过实验得出S =0.3+/-0. 1。装夹时,将需成型的零件毛坯装在凹模和凸模之间,然后用楔 块卡紧,将装夹好后的零件装入真空炉内,热电偶插入热偶孔内进行热定型处理。本发明根 据F = mg的关系,弹力值可采用等效质量法测得,由此通过设计的弹力测量工装解决波形 弹簧的弹力测量问题。
[0026] 参考图2,图2a是主视图;图2b是图2a的A-A向剖视图;弹簧弹力检测工装包括 本体10、挡片11、压板12(1. 0Kg/0. 3Kg/0. 4Kg/0. 5Kg/0. 6Kg)压板根据弹力要求设计成不 同的质量压块、和螺钉13。
[0027] 测量时,将零件置于凹槽内,依次压上标准块直至塞尺不能塞入,此时弹簧压缩到 工作高度,弹簧弹力可等效为标准块的重量,计算出标准块的总质量即可算出零件弹力值, 见表1。
[0028] 表1等效弹力值计算方法
[0029]
[0030] 波形弹簧的加工方法步骤如下:
[0031] 1、线切割加工弹簧坯料:领取厚度为3. 5_的带材后,用剪板机切成279X 100_ 的块料,通过线切割加工成249 X 2. 5mm和249 X I. 9mm的条带,去重熔层制成平面的波形弹 簧坯料,该波形弹簧坯料为长条形状,其长度及宽度尺寸与波形弹簧的尺寸相等;
[0032] 2、对波形弹簧坯料进行预变形处理:为了保证零件在真空热处理过程中能够定 型,设计了 一套专用工装,每套工装能够处理1~2个工件,工装材料为GH3030,将制成平 面的波形弹簧坯料装在工装内,使工件与夹具内外壁面紧密贴合,并用螺栓紧固,使其在室 温下固定在工装内进行冷定型(预定型)处理。
[0033] 3、将负载热电偶2~3支,插入工装放置热电偶的孔内,升温时,以最后一支负载 热电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。
[0034] 4、关闭炉门,对炉子进行抽真空,使炉内压力抽至低于6.65 X 10_2Pa ;
[0035] 5、升温,以KTC /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C止,以6°C /分 将炉温升至800±10°C止,在800±10°C保温1小时+10分;
[0036] 6、冷却,先将零件真空冷至650±10°C,然后打开氩气、风扇将零件冷到80°C以 下;
[0037] 7、重新抽真空,使炉内真空度抽至低于6. 65X 10_2Pa ;
[0038] 8、升温,以KTC /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C止,以6°C /分 将炉温升至700±10°C止,在700±10°C保温2小时+10分;
[0039] 9、冷却,先将零件真空冷至650±10°C,然后打开氩气、风扇将零件冷到80°C以 下;
[0040] 10、打开炉门,取出热处理工装,打开热处理工装,取出波形弹簧。
[0041] 11、检测弹力,将零件置于测量工装的凹槽内,依次压上标准块直至塞尺不能塞 入,计算出标准块的总质量即可算出零件弹力值,零件检测合格,弹力满足设计要求3。
[0042] 实施例1 :处理的弹簧展开为249 X I. 9mm。
[0043] 用丙酮将零件、工装清洗干净,并晾干,将制作好的波形弹簧坯料1个,装入成型 工装,进行真空时效处理:
[0044] 1. 1、将负载热电偶2支,插入工装放置热电偶的孔内,升温时,以最后一支负载热 电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。
[0045] 1. 2、关闭炉门,对炉子进行抽真空,使炉内压力抽至低于6. 65 X 10_2Pa ;
[0046] 1. 3、升温、保温、冷却,以KTC /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C 止,以6°C /分将炉温升至800±10°C止,在800±10°C保温1小时+10分;冷却,先将零件 真空冷至650± KTC,然后打开氩气、风扇将零件冷到100°C以下;
[0047] 1.4、重新抽真空,使炉内压力抽至低于6.65X 10_2Pa ;
[0048] 1. 5、升温、保温、冷却,,以KTC /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C 止,以6°C /分将炉温升至700±10°C止,在700±10°C保温2小时+10分;冷却,先将零件 真空冷至650± KTC,然后打开氩气、风扇将零件冷到100°C以下;
[0049] 1. 6、打开炉门,取出热处理工装,打开热处理工装,取出波形弹簧。
[0050] 1.7、弹力测量,在室温下,将零件装入工装,挤压弹簧至工作高度H= 2至少10 次,用等质量测量零件弹力值,P = 37. 36,符合设计要求。
[0051] 实施例2 :处理的弹簧展开为249 X I. 9mm。
[0052] 用丙酮将零件、工装清洗干净,并晾干,将制作好的波形弹簧坯料2个,同时装入 成型工装,进行真空时效处理:
[0053] 2. 1、将负载热电偶3支,插入工装放置热电偶的孔内,升温时,以最后一支负载热 电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。
[0054] 2. 2、关闭炉门,对炉子进行抽真空,使炉内压力抽至低于6. 65X 10_2Pa ;
[0055] 2. 3、升温、保温、冷却,以KTC /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C 止,以6°C /分将炉温升至800±10°C止,在800±10°C保温1小时+10分;冷却,先将零件 真空冷至650±10°C,然后打开氩气、风扇将零件冷到80°C以下;
[0056] 2. 4、重新抽真空,使炉内压力抽至低于6· 65X 10_2Pa ;
[0057] 2. 5、升温、保温、冷却,以10°C /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C 止,以6°C /分将炉温升至700± 10°C止,在700± 10°C保温2小时+10分;先将零件真空冷 至650±10°C,然后打开氩气、风扇将零件冷到80°C以下;
[0058] 2. 6、打开炉门,取出热处理工装,打开热处理工装,取出波形弹簧。
[0059] 2. 7、弹力测量,在室温下,将零件装入工装,挤压弹簧至工作高度H= 2至少10 次,用等质量测量零件弹力值,P = 44. 33,符合设计要求。
[0060] 实施例3 :处理的弹簧展开为249 X 2. 5mm。
[0061] 用丙酮将零件、工装清洗干净,并晾干,将制作好的波形弹簧坯料1个,同时装入 成型工装,进行真空时效处理:
[0062] 3. 1、将负载热电偶两支,插入工装放置热电偶的孔内,升温时,以最后一支负载热 电偶的指示值达到设定温度的下限时记录热处理保温时间。
[0063] 3. 2、锁紧炉门,对炉子进行抽真空,使炉内压力抽至低于6. 65 X 10_2Pa ;
[0064] 清洗:用丙酮将零件、工装清洗干净,并晾干。
[0065] 3. 3、升温、保温、冷却,以KTC /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C 止,以6°C /分将炉温升至800±10°C止,在800±10°C保温1小时+10分;冷却,打开氩气、 风扇将零件冷到l〇〇°C以下;
[0066] 3. 4、重新抽真空,使炉内压力抽至低于6· 65X 10_2Pa ;
[0067] 3. 5、升温、保温、冷却,以10°C /分将炉温升至600°C,保温至零件温度达到600°C 止,以6°C /分将炉温升至700±10°C止,在700±10°C保温2小时+10分;冷却:打开氩气、 风扇将零件冷到80°C以下;
[0068] 3. 6、打开炉门,取出热处理工装,打开热处理工装,取出波形弹簧。零件检测合格。
[0069] 3. 7、弹力测量,在室温下,将零件装入工装,挤压弹簧至工作高度H= 2至少10 次,用等质量测量零件弹力值,P = 43. 34,符合设计要求。

【主权项】
1. 一种波形弹簧的加工方法,其特征在于包括以下步骤: (1) 取与成品波形弹簧厚度、长度及宽度相等的带材,用细砂纸打磨去带材重熔层,制 成平面的波形弹簧坯料; (2) 、对波纹弹簧坯料进行预变形处理:按成品波形弹簧自由高度上限,增加0. 2mm设 计成型工装,将波形弹簧坯料装在工装内,使工件与工装内外壁面紧密贴合固定,使波形弹 簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理; (3) 、真空定型处理:采用时效定型的方式,将装夹好的工件放入真空热处理炉内锁紧 炉门,按照材料时效处理制度进行热定型处理,卸掉夹具后零件形状得到保留,完成弹簧的 成型处理。2. 根据权利要求1所述的波形弹簧的加工方法,其特征在于:所述工装材料为GH3030 高温合金。3. 根据权利要求1所述的波形弹簧的加工方法,其特征在于:成型工装包括底座(1)、 固定在底座上中间设有凹槽的凹模(2)和放置在凹模(2)凹槽内的凸模(3),工件放置在凹 模(2)凹槽内通过凸模(3)压紧,凸模通过穿过凹模(2)的楔形块压紧固定。4. 根据权利要求3所述的波形弹簧的加工方法,其特征在于:通过在定型工装放置热 电偶的孔内埋置负载热电偶来测量零件温度。5. 根据权利要求1所述的波形弹簧的加工方法,其特征在于包括以下步骤: (1) 、取厚度为3. 5mm的带材加工成249X2. 5mm和249 X I. 9mm的条带,用细砂纸打磨 去重熔层,制成平面的波形弹簧坯料; (2) 、将两个波形弹簧坯料装在工装内,使工件与夹具内外壁面紧密贴合固定,使波形 弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理; (3) 、真空定型处理:采用时效定型的方式,将装夹好的工件放入真空热处理炉内锁紧 炉门,在800± 10°C保温1小时+15分,冷却后再在700± 10°C保温2小时+15分冷却到室 温的,卸掉夹具后零件形状得到保留,完成弹簧的成型处理。

【专利摘要】本发明提供一种波形弹簧的加工方法,取与成品波形弹簧厚度、长度及宽度相等的带材,用细砂纸打磨去带材重熔层,制成平面的波形弹簧坯料;使波形弹簧坯料在室温下固定在工装内进行冷定型处理;真空定型处理:采用时效定型的方式进行热定型处理,卸掉夹具后零件形状得到保留,完成弹簧的成型处理;利用工艺装备的固定作用预成型零件,随后通过时效热处理,消除弹性变形应力而使零件的精准加工形态保留下来,确保波形弹簧的几何尺寸和波形满足设计要求,解决了条状波形弹簧加工的难题,确保弹簧满足设计要求。
 

 



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