一種扭桿彈簧形變熱處理工藝的制作方法

本發明涉及扭桿彈簧熱處理的技術領域，特別涉及一種扭桿彈簧形變熱處理工藝。

背景技術：

扭桿彈簧作為一種彈性元件，廣泛地應用于現代汽車的懸架中，在轎車、貨車及越野汽車中都有采用。與鋼板彈簧相比，扭桿彈簧具有一系列優點：扭桿彈簧單位質量貯能量高，因而可以減小汽車質量，又可節省材料；又由于扭桿彈簧固定在車架上，另一端與懸架控制臂連接，通過扭桿的扭轉力矩達到緩沖作用，有利于改善汽車行駛平順性；當應用于前驅動汽車的前懸架時，扭桿彈簧可以縱向布置，為前驅動橋的擺動半軸留出空間。但扭桿彈簧對材料及工藝要求較嚴，制造難度大且成本相對較高。

扭桿彈簧是承受單向負荷的力矩儲能軸類零件，根據承載的高低結合生產工藝選用所需的鋼種。一般制造工藝路線：切料→鍛粗→退火→端部加工→淬火→回火→校正→噴丸處理→強扭處理→表面噴涂→檢驗→防銹處理→包裝。影響扭桿彈簧壽命因素為材料和熱處理，這兩方面國內與國外均還有一定的差距，特別在熱處理上，淬火變形及校正是扭桿彈簧制造中的兩大難題，為了攻克淬火變形彎曲的難題，有必要提出一種扭桿彈簧形變熱處理工藝。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種扭桿彈簧形變熱處理工藝，其旨在解決現有技術中扭桿彈簧生產過程中淬火變形及校正處理難度大，扭桿彈簧的熱處理質量低，導致使用壽命較短的技術問題。

為實現上述目的，本發明提出了一種扭桿彈簧形變熱處理工藝，依次包括如下步驟：

a)制坯工藝：選用調質處理后的扭桿材料按工藝規定長度切斷，用端部加熱裝置將扭桿材料加熱到950～l000℃，使用鐓鍛機鐓粗處理，鐓粗后扭桿材料的端部用退火爐進行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900～l000℃，降溫速度為100～200℃/h，最后得到扭桿彈簧坯料；

b)感應加熱工藝：將步驟a)制得的扭桿彈簧坯料擺放在步進式進料裝置上，通過步進式進料裝置自動送入穿透加熱旋轉裝置的V型槽中，由提升機構將扭桿彈簧坯料上升到穿透加熱旋轉裝置上的雙V型頂尖位置，通過穿透加熱旋轉裝置兩端的V型頂尖進行夾緊，其中一端的V型頂尖通過變頻電機帶動旋轉，另一V型頂尖可感應調整兩V型頂尖的縱向長度，由絲桿導軌和伺服電機組成的傳輸裝置將扭桿彈簧坯料轉移到感應加熱器的下方進行旋轉感應穿透加熱，然后由絲桿模組快速下降并通過上料機構將扭桿彈簧坯料送入淬火校直機中的第一個工位中進行淬火校直；

c)淬火校直工藝：經步驟b)感應穿透加熱處理后的扭桿彈簧坯料進入淬火校直機，淬火校直機上設置有五個工位，每個工位上設置有軋輥，每個軋輥上設有若干個仿形槽，扭桿彈簧坯料進入淬火校直機第一個工位上的軋輥內腔，并同扭桿彈簧坯料外形相吻后一起迅速旋入淬火油槽內邊淬火邊校直，進行相變超塑變處理；

d)回火工藝：經步驟c)處理后的扭桿彈簧坯料進行回火處理，最后將冷卻后的材料進行噴丸強化；

e)后處理：扭桿彈簧坯料在回火、噴丸處理后，在表面噴涂加工前對扭桿彈簧坯料施加一個大于彈性極根的扭矩進行強扭處理，使表面應力大于屈服極限，但低于強度極限，斷面金屬產生塑性變形而提高扭桿彈簧的彈性極限，強扭處理后依次進行表面噴涂、檢驗、防銹處理、包裝得到扭桿彈簧成品。

作為優選，所述的步驟a)中的扭桿材料采用原始組織在2～3級的60Si₂Mn彈簧鋼制成。

作為優選，所述的步驟b)中的變頻電機的旋轉速度為60～200r/min，所述的感應加熱器的加熱時溫度通過控制電流比例來達到，透入深度根據導磁率比電阻的大小來調整，在保證加熱穿透的前提下，感應加熱器的加熱溫度為850～900℃，加熱時間15～20s/根，電加熱功率為150～200KW，頻率為8KHz。

作為優選，所述的步驟b)中的穿透加熱旋轉裝置與淬火校直機均為臥式。

作為優選，所述的步驟c)淬火校直機在工作中，三個工位進行滾動夾持淬火，第四個工位在迅速卸放扭桿彈簧坯料時是空位，第五工位待命上料，接受下一個工作循環。

作為優選，所述的步驟c)中每個工位上設置的軋輥分別安裝在對應工位上的軋輥支架上，軋輥支架上設置有用于活絡淬火油流動性的仿形圓槽，所述的軋輥支架通過旋轉彈簧來控制壓力的大小。

作為優選，所述的淬火油裝于淬火油槽內，所述的淬火油采用無機水劑淬火油。

作為優選，所述的步驟c)中的軋輥(31)由上軋輥和下軋輥組成，上軋輥做浮動壓力旋轉，下軋輥為固定支撐的旋轉輥。

作為優選，所述的步驟d)中的回火溫度為500～600℃，保溫時間為2～3h。

本發明的有益效果：與現有技術相比，本發明提供的一種扭桿彈簧形變熱處理工藝，采用感應加熱工藝與多工位淬火校直工藝相結合的方式進行扭桿彈簧的熱處理及校正，攻克扭桿彈簧制造中淬火變形彎曲的難題，扭桿彈簧在淬火校直機機械旋轉力的作用下，達到邊淬火邊校直的目的，校直后扭桿的徑向跳動量≤0.6mm，比率能夠達到≥95％的好效果，對于具有均勻、細小分布的球狀碳化物的相變溫度，它不需要進行保溫，這樣可以保持晶粒不長大，此時的晶粒是細小、均勻、等軸狀的，起到了牽制扭桿彈簧畸變的作用，從而保證扭桿彈簧得到較小的畸變，同時在機械力的作用下具有良好的彈性。

本發明的特征及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。

【附圖說明】

圖1是本發明實施例一種扭桿彈簧形變熱處理工藝所用設備的結構示意圖；

圖2是本發明實施例中穿透加熱旋轉裝置的結構示意圖。

圖中：1-穿透加熱旋轉裝置、11-V型頂尖、12-變頻電機、13-感應加熱器、2-上料機構、3-淬火校直機、31-軋輥、32-上軋輥、33-下軋輥。

【具體實施方式】

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面通過附圖中及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。但是應該理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。

參閱圖1和圖2，本發明實施例提供一種扭桿彈簧形變熱處理工藝，依次包括如下步驟：

a)制坯工藝：選用調質處理后的扭桿材料按工藝規定長度切斷，用端部加熱裝置將扭桿材料加熱到950～l000℃，使用鐓鍛機鐓粗處理，鐓粗后扭桿材料的端部用退火爐進行加熱慢冷，退火爐起始溫度為900～l000℃，降溫速度為100～200℃/h，最后得到扭桿彈簧坯料。

其中，扭桿材料采用原始組織在2～3級的60Si₂Mn彈簧鋼制成。

b)感應加熱工藝：將步驟a)制得的扭桿彈簧坯料擺放在步進式進料裝置上，通過步進式進料裝置自動送入穿透加熱旋轉裝置1的V型槽中，由提升機構將扭桿彈簧坯料上升到穿透加熱旋轉裝置1上的雙V型頂尖位置，通過穿透加熱旋轉裝置1兩端的V型頂尖11進行夾緊，其中一端的V型頂尖11通過變頻電機12帶動旋轉，另一V型頂尖11可感應調整兩V型頂尖11的縱向長度，由絲桿導軌和伺服電機組成的傳輸裝置將扭桿彈簧坯料轉移到感應加熱器13的下方進行旋轉感應穿透加熱，然后由絲桿模組快速下降并通過上料機構2將扭桿彈簧坯料送入淬火校直機3中的第一個工位中進行淬火校直。

其中，變頻電機12的旋轉速度為60～200r/min，所述的感應加熱器13的加熱時溫度通過控制電流比例來達到，透入深度根據導磁率比電阻的大小來調整，在保證加熱穿透的前提下，感應加熱器13的加熱溫度為850～900℃，加熱時間15～20s/根，電加熱功率為150～200KW，頻率為8KHz。

在本發明實施例中，為了更好地相配合工作，穿透加熱旋轉裝置1與淬火校直機3均為臥式。

因60Si₂Mn彈簧鋼的原始組織在2～3級，它是由細小、均勻分布的球狀珠光體組成，能適應于快速高溫的感應加熱工藝，當一次感應穿透加熱時的加熱速度越快，鐵素體從滲碳體組織轉變為奧氏體的溫度就越高，即珠光體轉變為奧氏體的溫度范圍也就越高，而形成的時間就越短，晶粒就越細，這對于扭桿的加熱來說是非常有利，同時可以提高扭桿的強韌性和使用耐久性。

對于扭桿來說，由于扭桿的外形為不同R過度的細長形桿件，其兩個端部分別為漸開線花鍵，其硬度和金相組織必須達到技術要求，特別是花鍵與桿體截面積相差很大，故采用一次感應穿透加熱是有很大難度的，本發明實施例中的感應加熱器13的縱向長度可調，因此，在加熱過程中，感應加熱器13與扭桿彈簧的長度相同，既能使整根不同外形的扭桿能夠加熱均勻，又不會使扭桿彈簧兩端的中心孔在加熱時出現的欠熱或花鍵部位過熱組織，具有較好的適用性。

c)淬火校直工藝：經步驟b)感應穿透加熱處理后的扭桿彈簧坯料進入淬火校直機3，淬火校直機3上設置有五個工位，每個工位上設置有軋輥31，每個軋輥31上設有若干個仿形槽，扭桿彈簧坯料進入淬火校直機3第一個工位上的軋輥31內腔，并同扭桿彈簧坯料外形相吻后一起迅速旋入淬火油槽內邊淬火邊校直，進行相變超塑變處理。

在本發明實施例中，淬火校直機3上的五個工位繞著同一軸心做旋轉運動。

進一步地，淬火校直機3在工作中，三個工位進行滾動夾持淬火，第四個工位在迅速卸放扭桿彈簧坯料時是空位，第五工位待命上料，接受下一個工作循環，每個工位上設置的軋輥31分別安裝在對應工位上的軋輥支架上，軋輥支架上設置有用于活絡淬火油流動性的仿形圓槽，所述的軋輥支架通過旋轉彈簧來控制壓力的大小，從而達到調整扭桿徑向跳動量大小的目的。

其中，淬火油裝于淬火油槽內，所述的淬火油采用無機水劑淬火油。無機水劑淬火在高碳彈簧鋼上已經突破，淬火后各項指標符合相關國家標準，無機水劑可降低淬火油消耗，減少油煙的產生，改善生產環境減少環境污染，無機水劑在滾動壓淬工藝上可以徹底解決油煙及著火的危險。

更進一步地，軋輥31由上軋輥32和下軋輥33組成，上軋輥32做浮動壓力旋轉，下軋輥33為固定支撐的旋轉輥。

d)回火工藝：經步驟c)處理后的扭桿彈簧坯料進行回火處理，最后將冷卻后的材料進行噴丸強化。

其中，回火溫度為500～600℃，保溫時間為2～3h。

扭桿彈簧夾持滾動淬火是一種在奧氏體化的淬火溫度逐漸下降到馬氏體轉變終點連續冷卻轉變過程中的形變熱處理，屬于連續形變淬火，可以細化碳化物，因為碳化物只能在晶界和缺陷處形核，形核位置的先后順序應該是：鐵素體→奧氏體相界→晶界→小角度晶界接點→小角度晶界→個別位錯。奧氏體的變形，特別是在析出碳化物的溫度范圍內變形，且變形度達到一定程度時，會在奧氏體晶粒內造成大量的小角度晶界和位錯，因而碳化物的形核不僅在晶界上，而且在晶界內也會大量產生，所以生成碳化物是細小、均勻、彌散的分布，起到了牽制扭桿畸變的作用，從而保證扭桿得到較小的畸變，使淬火硬度均勻，淬火應力很少，從而提高扭桿熱處理的內在質量和產量。

e)后處理：扭桿彈簧坯料在回火、噴丸處理后，在表面噴涂加工前對扭桿彈簧坯料施加一個大于彈性極根的扭矩進行強扭處理，使表面應力大于屈服極限，但低于強度極限，斷面金屬產生塑性變形而提高扭桿彈簧的彈性極限，強扭處理后依次進行表面噴涂、檢驗、防銹處理、包裝得到扭桿彈簧成品。

本發明一種扭桿彈簧形變熱處理工藝，采用感應加熱工藝與多工位淬火校直工藝相結合的方式進行扭桿彈簧的熱處理及校正，攻克扭桿彈簧制造中淬火變形彎曲的難題，扭桿彈簧在淬火校直機機械旋轉力的作用下，達到邊淬火邊校直的目的，校直后扭桿的徑向跳動量≤0.6mm，比率能夠達到≥95％的好效果，對于具有均勻、細小分布的球狀碳化物的相變溫度，它不需要進行保溫，這樣可以保持晶粒不長大，此時的晶粒是細小、均勻、等軸狀的，起到了牽制扭桿彈簧畸變的作用，從而保證扭桿彈簧得到較小的畸變，同時在機械力的作用下具有良好的彈性。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。