彈簧的制造工藝和表面處理的探討

劉維亮

（大連路明發光科技股份有限公司 遼寧省大連市 116000）

彈簧的制造工藝和表面處理的探討

劉維亮

（大連路明發光科技股份有限公司 遼寧省大連市 116000）

彈簧的制造工藝很多，但其主要的成形有冷成形和熱成形兩種。結合筆者的工作經驗，本文對冷成形以及熱成形彈簧常用的材料及制造工藝進行分析，并探討了彈簧的表面處理，以供借鑒參考。

彈簧；常用材料；工藝制造；表面處理

1 冷成形彈簧常用的材料及制造工藝

1.1 冷成形彈簧常用的材料

冷成形彈簧的制作材料主要采用油淬火回火材料、鉛浴韌化熱處理彈簧線材、冷拔強化線材等，采用這類材料制造彈簧的工藝過程中一般不需要專門的熱處理而只需要進行去應力退火，彈簧的設計工作應力與所采用的材料性能相關。彈簧冷成形工藝一般適合于線徑較小的、或形狀較為復雜的異形彈簧，如線徑小于15mm，各種卡、拉、扭彈簧、中凸、中凹、弧形彈簧等。冷成形工藝特點是：工藝流程簡單，避免了再次熱處理的變形、脫碳等情況發生。

1.2 冷成形彈簧的制造工藝

當使用成形后不需淬火、回火處理的材料制造彈簧時，其工藝過程為：①螺旋壓縮彈簧：卷制、去應力退火、兩端面磨削、（拋丸）、（校整）、（去應力退火）、立定或強壓處理、檢驗、表面防腐處理、包裝。②螺旋拉伸彈簧：卷制、去應力退火、鉤環制作、（切尾）、去應力退火、立定處理、檢驗、表面防腐處理、包裝。③螺旋扭轉彈簧：卷制、去應力退火、扭臂制作、切尾、去應力退火、立定處理、檢驗、表面防腐處理、包裝。上述的螺旋拉伸和扭轉彈簧的制造工藝都是在普通卷簧機動上卷繞后再加工兩端部的鉤環或扭臂。近年來國內外很多廠家都生產和使用了電腦成形機或專用成形機，簧身和尾部形狀能在成形機上一次完成，省去加工鉤環或扭臂的工序。帶括號的工序視彈簧的性能需要是否需要進行。

2 熱成形彈簧常用的材料及其制造工藝

2.1 熱成形彈簧常用的材料

熱成形彈簧制作的材料主要采用熱軋材料、退火材料、退火冷拔材料等，采用這類材料制造彈簧需要加熱淬火和回火熱處理，彈簧的設計工作應力與所選材料及熱處理工藝相關。彈簧熱成形工藝一般適合于線徑較大的、或形狀較為簡單的彈簧，如線徑大于6mm的各種圓柱或錐形彈簧。熱成形工藝特點是產品的增值效應較大，可以生產線徑較大的彈簧。

2.2 熱成形彈簧的制造工藝

直徑大于10mm的大型彈簧件，多用熱軋盤條拉拔的鋼絲制成。加工及熱處理為：先把彈簧鋼絲加熱到高于正常淬火溫度50～80℃的條件下熱卷成型，然后淬火+中溫回火，獲得彈性極限和疲勞強度極佳的回火索氏體。彈簧鋼淬火加熱應選用少氧或無氧化的設備如鹽浴爐、保護氣氛爐等，防止氧化脫碳。彈簧鋼熱處理后還要進行噴丸處理，強化表面，產生殘余壓應力，提高疲勞強度。當使用成形后需淬火、回火處理的材料制造彈簧時，其工藝過程為：下料、制扁、熱卷繞、余熱淬火（或二次淬火）、中溫回火、一次壓縮、磨簧、噴丸、探傷、二次壓縮、性能檢查、表面防護、檢驗、包裝。以上熱卷制造工藝中，熱卷繞采用專用模具來控制節距進行卷繞，有時國內采用了電腦成形機或專用成形機進行卷繞，減少了專用的模具制造。

3 彈簧的表面處理分析

3.1 彈簧的腐蝕

彈簧在制造、存放、使用等過程中，經常會遭受周圍介質的腐蝕。按其反應的類型可分為化學腐蝕及電化學腐蝕。彈簧受化學腐蝕是少量的、緩慢的，而受電化學腐蝕是主要的、普遍的。但一般來講化學腐蝕與電化學腐蝕是同時存在的。①化學腐蝕?；瘜W腐蝕是彈簧表面金屬只單純與周圍介質發生化學反應。例如彈簧在特別干燥的大氣中氧化生成氧化膜，以及彈簧在非電解質液體中與該液體或該液體中的雜質發生化學變化等，屬于化學腐蝕。②電化學腐蝕。電化學腐蝕是彈簧與電解質溶液接觸，由于微電池的作用而產生的腐蝕。例如彈簧與酸性或鹽類溶液接觸，這類溶液都是電解質，由于彈簧表面的缺陷或雜質等原因而形成電位差不同的電極以致彈簧不斷受到電解腐蝕；又例如彈簧處在潮濕大氣中，由于大氣中的水蒸氣在彈簧表面上凝成水膜或水珠，加上大氣中的腐蝕性氣體（如工業廢氣中的二氧化硫和硫化氫或海洋大氣中的鹽霧等）溶解于水膜或水珠中形成電解質。再加上彈簧金屬的雜質或缺陷亦可形成電位差不同的電極，彈簧亦產生電解腐蝕。這些都屬電化學腐蝕。

3.2 彈簧的防腐方法

通常采用保護層：①彈簧的金屬保護層。金屬保護層種類很多，就彈簧而言，一般是用電鍍金方法以獲得金屬保護層。電鍍保護層不但可以保護不受腐蝕，同時能改善彈簧的外觀。有些電鍍金屬還能改善彈簧的工作性能，例如進步表面硬度，增加抗磨損力，進步熱穩定性，防止射線腐蝕等。②彈簧的化學保護層。利用化學反應的方法使彈簧表面天生一層致密的保護膜，以防止彈簧腐蝕。通常采用氧化處理與磷化處理。氧化處理與磷化處理，本錢低、生產效率高，一般彈簧制造廠均采用氧化處理，作為防腐蝕性處理。a.氧化處理。鋼的氧化處理亦稱發藍、發黑、煮黑。氧化處理后，彈簧表面天生保護性的磁性氧化鐵，此氧化膜一般呈藍色或玄色，也有時呈黑褐色。其顏色決定于彈簧的表面狀態、彈簧材料的化學成分和氧化處理工藝。氧化處理的方法有：咸性氧化法、無堿氧化法和電解氧化法。以采用堿性氧化法為多。b.磷化處理將彈簧放進含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中，在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜的方法叫做磷化。磷化膜的外觀呈暗灰色、灰色或黑灰色、不具光澤。在磷化后進行重鉻酸鹽填充、浸油或涂漆，能進一步進步其耐腐蝕性。磷化膜在動物油、植物油、礦物油中均較穩定，在某些有機溶液（如苯、甲苯）中亦較穩定。③噴丸處理。彈簧經熱處理后，一般要進行噴丸處理，使表面強化并在表面產生殘余壓應力，以提高疲勞強度。強力噴丸技術是將高速彈丸噴射到彈簧表面，使表面層在彈丸的沖擊作用下發生塑性變形，由此產生強化及表面壓應力，使彈簧的抗疲勞性能及耐應力腐蝕能力均得到改善的方法。

[1]樊東黎，主編.《熱處理手冊》第2卷第5章彈簧熱處理.機械工業出版社，2006.

[2]韓佳宏.關于彈簧鋼絲表面麻點現象的解決[J].山東工業技術，2015（10）.

[3]顧曉飛.表面缺陷對彈簧疲勞性能的影響[D].西南交通大學，2008.

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