一种扭杆弹簧形变热处理工艺

摘要

本发明公开了一种扭杆弹簧形变热处理工艺，依次通过制坯工艺、感应加热工艺、淬火校直工艺、回火工艺和后处理得到扭杆弹簧成品。本发明一种扭杆弹簧形变热处理工艺，采用感应加热工艺与多工位淬火校直工艺相结合的方式进行扭杆弹簧的热处理及校正，攻克扭杆弹簧制造中淬火变形弯曲的难题，扭杆弹簧在淬火校直机机械旋转力的作用下，达到边淬火边校直的目的，校直后扭杆的径向跳动量≤0.6mm，比率能够达到≥95％的好效果，对于具有均匀、细小分布的球状碳化物的相变温度，不需要进行保温，可以保持晶粒不长大，此时的晶粒是细小、均匀、等轴状的，起到了牵制扭杆弹簧畸变的作用，从而保证扭杆弹簧得到较小的畸变，同时在机械力的作用下具有良好的弹性。

权利要求

1.一种扭杆弹簧形变热处理工艺，其特征在于：依次包括如下步骤：

a)制坯工艺：选用调质处理后的扭杆材料按工艺规定长度切断，用端部加热装置将扭杆材料加热到950～l000℃，使用镦锻机镦粗处理，镦粗后扭杆材料的端部用退火炉进行加热慢冷，退火炉起始温度为900～l000℃，降温速度为100～200℃/h，最后得到扭杆弹簧坯料；

b)感应加热工艺：将步骤a)制得的扭杆弹簧坯料摆放在步进式进料装置上，通过步进式进料装置自动送入穿透加热旋转装置(1)的V型槽中，由提升机构将扭杆弹簧坯料上升到穿透加热旋转装置(1)上的双V型顶尖位置，通过穿透加热旋转装置(1)两端的V型顶尖(11)进行夹紧，其中一端的V型顶尖(11)通过变频电机(12)带动旋转，变频电机(12)的旋转速度为60～200r/min，另一V型顶尖(11)可感应调整两V型顶尖(11)的纵向长度，由丝杆导轨和伺服电机组成的传输装置将扭杆弹簧坯料转移到感应加热器(13)的下方进行旋转感应穿透加热，然后由丝杆模组快速下降并通过上料机构(2)将扭杆弹簧坯料送入淬火校直机(3)中的第一个工位中进行淬火校直，所述的感应加热器(13)的加热时温度通过控制电流比例来达到，透入深度根据导磁率比电阻的大小来调整，在保证加热穿透的前提下，感应加热器(13)的加热温度为850～900℃，加热时间15～20s/根，电加热功率为150～200KW，频率为

8KHz，穿透加热旋转装置(1)与淬火校直机(3)均为卧式；

c)淬火校直工艺：经步骤b)感应穿透加热处理后的扭杆弹簧坯料进入淬火校直机(3)，淬火校直机(3)上设置有五个工位，淬火校直机(3)在工作中，三个工位进行滚动夹持淬火，第四个工位在迅速卸放扭杆弹簧坯料时是空位，第五工位待命上料，接受下一个工作循环，每个工位上设置有轧辊(31)，每个轧辊(31)上设有若干个仿形槽，每个工位上设置的轧辊(31)分别安装在对应工位上的轧辊支架上，轧辊支架上设置有用于活络淬火油流动性的仿形圆槽，所述的轧辊支架通过旋转弹簧来控制压力的大小，扭杆弹簧坯料进入淬火校直机(3)第一个工位上的轧辊(31)内腔，并同扭杆弹簧坯料外形相吻后一起迅速旋入淬火油槽内边淬火边校直，进行相变超塑变处理，淬火油装于淬火油槽内，所述的淬火油采用无机水剂淬火油；

d)回火工艺：经步骤c)处理后的扭杆弹簧坯料进行回火处理，最后将冷却后的材料进行喷丸强化；

e)后处理：扭杆弹簧坯料在回火、喷丸处理后，在表面喷涂加工前对扭杆弹簧坯料施加一个大于弹性极根的扭矩进行强扭处理，使表面应力大于屈服极限，但低于强度极限，断面金属产生塑性变形而提高扭杆弹簧的弹性极限，强扭处理后依次进行表面喷涂、检验、防锈处理、包装得到扭杆弹簧成品。

2.如权利要求1所述的一种扭杆弹簧形变热处理工艺，其特征在于：所述的步骤a)中的扭杆材料采用原始组织在2～3级的60Si2Mn弹簧钢制成。

3.如权利要求1所述的一种扭杆弹簧形变热处理工艺，其特征在于：所述的步骤c)中的轧辊(31)由上轧辊(32)和下轧辊(33)组成，上轧辊(32)做浮动压力旋转，下轧辊(33)为固定支撑的旋转辊。

4.如权利要求1所述的一种扭杆弹簧形变热处理工艺，其特征在于：所述的步骤d)中的回火温度为500～600℃，保温时间为2～3h。

说明书

一种扭杆弹簧形变热处理工艺

【技术领域】

[0001] 本发明涉及扭杆弹簧热处理的技术领域，特别涉及一种扭杆弹簧形变热处理工艺。【背景技术】

[0002] 扭杆弹簧作为一种弹性元件，广泛地应用于现代汽车的悬架中，在轿车、货车及越野汽车中都有采用。与钢板弹簧相比，扭杆弹簧具有一系列优点：扭杆弹簧单位质量贮能量高，因而可以减小汽车质量，又可节省材料；又由于扭杆弹簧固定在车架上，另一端与悬架控制臂连接，通过扭杆的扭转力矩达到缓冲作用，有利于改善汽车行驶平顺性；当应用于前驱动汽车的前悬架时，扭杆弹簧可以纵向布置，为前驱动桥的摆动半轴留出空间。但扭杆弹簧对材料及工艺要求较严，制造难度大且成本相对较高。

[0003] 扭杆弹簧是承受单向负荷的力矩储能轴类零件，根据承载的高低结合生产工艺选用所需的钢种。一般制造工艺路线：切料→锻粗→退火→端部加工→淬火→回火→校正→喷丸处理→强扭处理→表面喷涂→检验→防锈处理→包装。影响扭杆弹簧寿命因素为材料和热处理，这两方面国内与国外均还有一定的差距，特别在热处理上，淬火变形及校正是扭杆弹簧制造中的两大难题，为了攻克淬火变形弯曲的难题，有必要提出一种扭杆弹簧形变热处理工艺。【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种扭杆弹簧形变热处理工艺，其旨在解决现有技术中扭杆弹簧生产过程中淬火变形及校正处理难度大，扭杆弹簧的热处理质量低，导致使用寿命较短的技术问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明提出了一种扭杆弹簧形变热处理工艺，依次包括如下步骤：

[0006] a)制坯工艺：选用调质处理后的扭杆材料按工艺规定长度切断，用端部加热装置将扭杆材料加热到950～l000℃，使用镦锻机镦粗处理，镦粗后扭杆材料的端部用退火炉进行加热慢冷，退火炉起始温度为900～l000℃，降温速度为100～200℃/h，最后得到扭杆弹簧坯料；

[0007] b)感应加热工艺：将步骤a)制得的扭杆弹簧坯料摆放在步进式进料装置上，通过步进式进料装置自动送入穿透加热旋转装置的V型槽中，由提升机构将扭杆弹簧坯料上升到穿透加热旋转装置上的双V型顶尖位置，通过穿透加热旋转装置两端的V型顶尖进行夹紧，其中一端的V型顶尖通过变频电机带动旋转，另一V型顶尖可感应调整两V型顶尖的纵向长度，由丝杆导轨和伺服电机组成的传输装置将扭杆弹簧坯料转移到感应加热器的下方进行旋转感应穿透加热，然后由丝杆模组快速下降并通过上料机构将扭杆弹簧坯料送入淬火校直机中的第一个工位中进行淬火校直；

[0008] c)淬火校直工艺：经步骤b)感应穿透加热处理后的扭杆弹簧坯料进入淬火校直机，淬火校直机上设置有五个工位，每个工位上设置有轧辊，每个轧辊上设有若干个仿形槽，扭杆弹簧坯料进入淬火校直机第一个工位上的轧辊内腔，并同扭杆弹簧坯料外形相吻后一起迅速旋入淬火油槽内边淬火边校直，进行相变超塑变处理；

[0009] d)回火工艺：经步骤c)处理后的扭杆弹簧坯料进行回火处理，最后将冷却后的材料进行喷丸强化；

[0010] e)后处理：扭杆弹簧坯料在回火、喷丸处理后，在表面喷涂加工前对扭杆弹簧坯料施加一个大于弹性极根的扭矩进行强扭处理，使表面应力大于屈服极限，但低于强度极限，断面金属产生塑性变形而提高扭杆弹簧的弹性极限，强扭处理后依次进行表面喷涂、检验、防锈处理、包装得到扭杆弹簧成品。

[0011] 作为优选，所述的步骤a)中的扭杆材料采用原始组织在2～3级的60Si2Mn弹簧钢制成。

[0012] 作为优选，所述的步骤b)中的变频电机的旋转速度为60～200r/min，所述的感应加热器的加热时温度通过控制电流比例来达到，透入深度根据导磁率比电阻的大小来调整，在保证加热穿透的前提下，感应加热器的加热温度为850～900℃，加热时间15～20s/根，电加热功率为150～200KW，频率为8KHz。

[0013] 作为优选，所述的步骤b)中的穿透加热旋转装置与淬火校直机均为卧式。

[0014] 作为优选，所述的步骤c)淬火校直机在工作中，三个工位进行滚动夹持淬火，第四个工位在迅速卸放扭杆弹簧坯料时是空位，第五工位待命上料，接受下一个工作循环。

[0015] 作为优选，所述的步骤c)中每个工位上设置的轧辊分别安装在对应工位上的轧辊支架上，轧辊支架上设置有用于活络淬火油流动性的仿形圆槽，所述的轧辊支架通过旋转弹簧来控制压力的大小。

[0016] 作为优选，所述的淬火油装于淬火油槽内，所述的淬火油采用无机水剂淬火油。

[0017] 作为优选，所述的步骤c)中的轧辊(31)由上轧辊和下轧辊组成，上轧辊做浮动压力旋转，下轧辊为固定支撑的旋转辊。

[0018] 作为优选，所述的步骤d)中的回火温度为500～600℃，保温时间为2～3h。

[0019] 本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种扭杆弹簧形变热处理工艺，采用感应加热工艺与多工位淬火校直工艺相结合的方式进行扭杆弹簧的热处理及校正，攻克扭杆弹簧制造中淬火变形弯曲的难题，扭杆弹簧在淬火校直机机械旋转力的作用下，达到边淬火边校直的目的，校直后扭杆的径向跳动量≤0.6mm，比率能够达到≥95％的好效果，对于具有均匀、细小分布的球状碳化物的相变温度，它不需要进行保温，这样可以保持晶粒不长大，此时的晶粒是细小、均匀、等轴状的，起到了牵制扭杆弹簧畸变的作用，从而保证扭杆弹簧得到较小的畸变，同时在机械力的作用下具有良好的弹性。

[0020] 本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。【附图说明】

[0021] 图1是本发明实施例一种扭杆弹簧形变热处理工艺所用设备的结构示意图；

[0022] 图2是本发明实施例中穿透加热旋转装置的结构示意图。

[0023] 图中：1-穿透加热旋转装置、11-V型顶尖、12-变频电机、13-感应加热器、2-上料机构、3-淬火校直机、31-轧辊、32-上轧辊、33-下轧辊。【具体实施方式】

[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

[0025] 参阅图1和图2，本发明实施例提供一种扭杆弹簧形变热处理工艺，依次包括如下步骤：

[0026] a)制坯工艺：选用调质处理后的扭杆材料按工艺规定长度切断，用端部加热装置将扭杆材料加热到950～l000℃，使用镦锻机镦粗处理，镦粗后扭杆材料的端部用退火炉进行加热慢冷，退火炉起始温度为900～l000℃，降温速度为100～200℃/h，最后得到扭杆弹簧坯料。

[0027] 其中，扭杆材料采用原始组织在2～3级的60Si2Mn弹簧钢制成。

[0028] b)感应加热工艺：将步骤a)制得的扭杆弹簧坯料摆放在步进式进料装置上，通过步进式进料装置自动送入穿透加热旋转装置1的V型槽中，由提升机构将扭杆弹簧坯料上升到穿透加热旋转装置1上的双V型顶尖位置，通过穿透加热旋转装置1两端的V型顶尖11进行夹紧，其中一端的V型顶尖11通过变频电机12带动旋转，另一V型顶尖11可感应调整两V型顶尖11的纵向长度，由丝杆导轨和伺服电机组成的传输装置将扭杆弹簧坯料转移到感应加热器13的下方进行旋转感应穿透加热，然后由丝杆模组快速下降并通过上料机构2将扭杆弹簧坯料送入淬火校直机3中的第一个工位中进行淬火校直。

[0029] 其中，变频电机12的旋转速度为60～200r/min，所述的感应加热器13的加热时温度通过控制电流比例来达到，透入深度根据导磁率比电阻的大小来调整，在保证加热穿透的前提下，感应加热器13的加热温度为850～900℃，加热时间15～20s/根，电加热功率为150～200KW，频率为8KHz。

[0030] 在本发明实施例中，为了更好地相配合工作，穿透加热旋转装置1与淬火校直机3均为卧式。

[0031] 因60Si2Mn弹簧钢的原始组织在2～3级，它是由细小、均匀分布的球状珠光体组成，能适应于快速高温的感应加热工艺，当一次感应穿透加热时的加热速度越快，铁素体从渗碳体组织转变为奥氏体的温度就越高，即珠光体转变为奥氏体的温度范围也就越高，而形成的时间就越短，晶粒就越细，这对于扭杆的加热来说是非常有利，同时可以提高扭杆的强韧性和使用耐久性。

[0032] 对于扭杆来说，由于扭杆的外形为不同R过度的细长形杆件，其两个端部分别为渐开线花键，其硬度和金相组织必须达到技术要求，特别是花键与杆体截面积相差很大，故采用一次感应穿透加热是有很大难度的，本发明实施例中的感应加热器13的纵向长度可调，因此，在加热过程中，感应加热器13与扭杆弹簧的长度相同，既能使整根不同外形的扭杆能够加热均匀，又不会使扭杆弹簧两端的中心孔在加热时出现的欠热或花键部位过热组织，具有较好的适用性。

[0033] c)淬火校直工艺：经步骤b)感应穿透加热处理后的扭杆弹簧坯料进入淬火校直机3，淬火校直机3上设置有五个工位，每个工位上设置有轧辊31，每个轧辊31上设有若干个仿形槽，扭杆弹簧坯料进入淬火校直机3第一个工位上的轧辊31内腔，并同扭杆弹簧坯料外形相吻后一起迅速旋入淬火油槽内边淬火边校直，进行相变超塑变处理。

[0034] 在本发明实施例中，淬火校直机3上的五个工位绕着同一轴心做旋转运动。

[0035] 进一步地，淬火校直机3在工作中，三个工位进行滚动夹持淬火，第四个工位在迅速卸放扭杆弹簧坯料时是空位，第五工位待命上料，接受下一个工作循环，每个工位上设置的轧辊31分别安装在对应工位上的轧辊支架上，轧辊支架上设置有用于活络淬火油流动性的仿形圆槽，所述的轧辊支架通过旋转弹簧来控制压力的大小，从而达到调整扭杆径向跳动量大小的目的。

[0036] 其中，淬火油装于淬火油槽内，所述的淬火油采用无机水剂淬火油。无机水剂淬火在高碳弹簧钢上已经突破，淬火后各项指标符合相关国家标准，无机水剂可降低淬火油消耗，减少油烟的产生，改善生产环境减少环境污染，无机水剂在滚动压淬工艺上可以彻底解决油烟及着火的危险。

[0037] 更进一步地，轧辊31由上轧辊32和下轧辊33组成，上轧辊32做浮动压力旋转，下轧辊33为固定支撑的旋转辊。

[0038] d)回火工艺：经步骤c)处理后的扭杆弹簧坯料进行回火处理，最后将冷却后的材料进行喷丸强化。

[0039] 其中，回火温度为500～600℃，保温时间为2～3h。

[0040] 扭杆弹簧夹持滚动淬火是一种在奥氏体化的淬火温度逐渐下降到马氏体转变终点连续冷却转变过程中的形变热处理，属于连续形变淬火，可以细化碳化物，因为碳化物只能在晶界和缺陷处形核，形核位置的先后顺序应该是：铁素体→奥氏体相界→晶界→小角度晶界接点→小角度晶界→个别位错。奥氏体的变形，特别是在析出碳化物的温度范围内变形，且变形度达到一定程度时，会在奥氏体晶粒内造成大量的小角度晶界和位错，因而碳化物的形核不仅在晶界上，而且在晶界内也会大量产生，所以生成碳化物是细小、均匀、弥散的分布，起到了牵制扭杆畸变的作用，从而保证扭杆得到较小的畸变，使淬火硬度均匀，淬火应力很少，从而提高扭杆热处理的内在质量和产量。

[0041] e)后处理：扭杆弹簧坯料在回火、喷丸处理后，在表面喷涂加工前对扭杆弹簧坯料施加一个大于弹性极根的扭矩进行强扭处理，使表面应力大于屈服极限，但低于强度极限，断面金属产生塑性变形而提高扭杆弹簧的弹性极限，强扭处理后依次进行表面喷涂、检验、防锈处理、包装得到扭杆弹簧成品。

[0042] 本发明一种扭杆弹簧形变热处理工艺，采用感应加热工艺与多工位淬火校直工艺相结合的方式进行扭杆弹簧的热处理及校正，攻克扭杆弹簧制造中淬火变形弯曲的难题，扭杆弹簧在淬火校直机机械旋转力的作用下，达到边淬火边校直的目的，校直后扭杆的径向跳动量≤0.6mm，比率能够达到≥95％的好效果，对于具有均匀、细小分布的球状碳化物的相变温度，它不需要进行保温，这样可以保持晶粒不长大，此时的晶粒是细小、均匀、等轴状的，起到了牵制扭杆弹簧畸变的作用，从而保证扭杆弹簧得到较小的畸变，同时在机械力的作用下具有良好的弹性。

[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。