探索彈簧鋼調整墊片的工藝生產整合

黃曉芳

摘 要：65Mn彈簧鋼調整墊片在淬火后出現氧化脫碳現象，導致平面度、粗糙度差、機械性能指標下降及廢品率高等問題，在不增加生產成本的前提下，采用經過熱處理與精磨處理的不銹鋼1.4310材料代替65Mn彈簧鋼，經驗證，各項機械性能指標滿足生產要求，零件的外觀質量及防銹性得到提高，并對該材料加以擴展應用，取得良好效果。通過實施，不僅提高工藝生產的規范性、可靠性、有效性，為管控工藝生產風險、降低工藝生產成本提供有效支撐，并且能快速響應、滿足多品種、小批量的工藝生產需求。

關鍵詞：彈簧鋼;不銹鋼;淬火;機械性能;外觀質量

中圖分類號：TH136 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0065-02

調整墊片，一般材質選用60Si2MnA、65Mn等彈簧鋼，技術要求有冷硬態或淬火態，其中淬火態要求的較少。為降低產品制造成本，實現材料選用的規范化、標準化，公司對彈簧鋼僅規定了65Mn一個材料品種，并且規定相關的供貨狀態是熱軋、冷拉，供貨品種是熱軋圓鋼、冷拉鋼板、鋼帶，其中冷軋鋼帶的公稱厚度有0.10mm～0.50mm，總計9個規格。

1 存在的問題

有淬火要求的65Mn調整墊片，其工藝規程一般是：10工序-鉚加剪切下料;20工序-鉚加割外形;30工序-鉚加劃孔;40工序-鉚加鉆孔;50工序-熱處理淬火。

針對65Mn彈簧鋼鋼帶的淬火處理，沒有專用設備。其淬火工藝生產過程是用箱式電阻爐加熱后加壓淬火，現有工藝生產方法帶來的質量問題是：

（1）外觀質量不佳。淬火后調整墊片的表面，有氧化脫碳現象，平面度、粗糙度差，且很難通過熱壓校正、表面噴砂、表面砂光/拋光、化學處理等工藝方法消除以上不良質量因素;（2）機械性能指標降低。同樣由于氧化脫碳、粗糙度、平面度等不良因素的存在，給調整墊片的機械性能指標，如抗拉強度、伸長率、彈性模量等帶來負面影響;（3）淬火后，表面氧化脫碳降低了零件的精度尺寸;（4）工藝生產廢品率高，大約15%，主要原因是氧化脫碳導致硬度不達標。

因此，基于65Mn彈簧鋼鋼帶的調整墊片的工藝生產，面臨極大困難，這些問題成為影響生產進度的瓶頸，亟待解決。

2 原因分析

調整墊片工藝生產出現難題的直接原因是相關淬火工藝技術的落后，市場上有現成的淬火態65Mn彈簧鋼鋼帶，但由于原材料采購起訂量的要求導致其購買成為瓶頸。

因此解決問題的方法有：

（1）提高公稱厚度≤0.5mm的65Mn彈簧鋼鋼帶的工藝淬火技術，引進專用淬火設備，但相關的成本較高;（2）增加下料厚度，先粗加工成形，利用原有設備淬火，再通過磨床精加工，保證精度，這樣會增加加工道序，加工周期會變長，相應的成本會增高;（3）購進批量的淬火態彈簧鋼帶，這樣會導致庫存積壓，占用大量資金;（4）尋找滿足調整墊片性能要求，能便利化采購，作為制成品或半制成品市場化供應的調整墊片基礎件。

3 工藝技術與生產的探索

為解決調整墊片的工藝生產難題，技術人員協調相關研發、生產、裝調人員進行了積極探索。查詢到了可以滿足調整墊片性能要求的不銹鋼1.4310（德標;德國H+S;德國Fein）新材料。市場上有經過熱處理與精磨處理的制成品/基礎件供應，硬度HRC43--HRC47，采用小包裝（如0.2 *50*300/10片/盒），不銹鋼1.4310材料調整墊片基礎件供應信息見表1。

由于不銹鋼1.4310材料調整墊片基礎件已經有硬度HRC43～HRC47，因此，替換材料后的工藝生產將省略熱處理工序，在加工中不因熱處理而產生報廢，并且零件表面無氧化皮，外觀質量及尺寸精度得到保證，減少了加工道序，縮短了生產周期，相應的成本會降低。

3.1 材料性能分析

調整墊片一般應用在有位置調整要求的零部件中，在調節過程中往往有軸向或徑向的微量移動，在工作過程中其相應的移動或變形往往是0.01mm量級，因此，墊片材料的抗拉強度并非越高越好，其伸長率及彈性模量等塑性、彈性指標應該是主要的機械性能指標。

3.2 成本分析

不銹鋼1.4310材料基礎件供應商報價，0.2*50*300/10片/盒價格為95元，每片折合9.5元。以Y2FBF415PAC00調整墊片圖樣尺寸0.2*21.2*162//工藝下料尺寸0.2*24* 166為例，每片不銹鋼1.4310材料基礎件可以制作2件，材料成本折合4.75元/件。如按原有工藝生產規劃實施淬火，每件淬火成本：0.3h/單件淬火工時*15元/每小時淬火工時成本=4.5元。按65Mn成本27.35元/公斤計算，每片65Mn鋼帶材料成本約0.18元，則原有工藝生產成本是4.5+0.18 =4.68/件。結合綜合運用、不浪費原則，替換后相關其他工藝工序不變的情況下，替換后理論上增加工藝生產成本 4.75-4.68=0.07元/件。

氧化脫碳等負面因素導致淬火生產中往往不能實現100%合格，一般有約15%的廢品率存在。以每批次40件為例，以不銹鋼1.4310基礎件代替原有工藝方法后每件Y2FBF415PAC00調整墊片可以降低生產綜合成本：（40*15%*4.68-40*0.07）/40=0.667元。因此，以Y2FBF 415PAC00調整墊片測算，工藝方法替換后每片生產綜合成本將降低0.667元。

3.3 有效性評價

淬火后即使合格的65Mn調整墊片，表面也必然存在氧化皮等痼疾，降低調整墊片的實際塑性伸長率、彈性模量及拉伸強度等性能指標，不銹鋼1.4310材料替換65Mn，材料的工藝生產整體有效性評價見表2。

表中可以看出，原有65Mn調整墊片的實際性能指標，與新的工藝生產材料不銹鋼1.4310的相關性能指標相近，或相當，并且其原材料采購方式靈活，零件外觀顯著提高，生產成本降低，因此，不銹鋼1.4310材料替換65Mn材料理論上可行。

3.4 相關工藝生產探索實驗

申請了不銹鋼1.4310（德標;德國H+S;德國Fein）材料部分代碼，見表3。

依據代碼購置、加工后應用于ZL29煙槍部件。經現場調試測試，及分別發往不同的卷煙廠投入應用，經反饋，效果良好。

經擴展應用，頂蓋控制彈簧片零件也已經采用該材料進行替換，替換前后零件的外觀質量對比見圖1。

替換前，零件加工共有7個道序，其中包含有兩道熱處理工序：退火和淬火，替代后，零件僅需要3個道工序即可完成。替換后，不產生熱處理道序報廢，表面無氧化皮，尺寸得到保證，外觀質量大幅提升，加工周期明顯縮短，生產成本降低。經安裝在設備上運行調試，效果良好。

4 結語

采用經過熱處理與精磨處理的不銹鋼1.4310材料代替65Mn彈簧鋼，不僅實現了調整墊片工業基礎件的升級換代，提高了產品外觀質量，保證了零件尺寸精度，滿足了生產需求。并對該材料拓展應用，取得了良好的效果。通過替換，克服了原有工藝生產方法的弊端，為提高工藝生產的規范性、可靠性、有效性，管控工藝生產風險、降低工藝生產成本提供有效支撐，能快速響應、滿足公司多品種、小批量的工藝生產需求。