65Mn圆柱冷卷螺旋弹簧热处理工艺设计

65Mn圆柱冷卷螺旋弹簧热处理工艺设计

65Mn圆柱冷卷螺旋弹簧热处理工艺设计

  • 适用:本科,大专,自考
  • 更新时间2024年
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65Mn圆柱冷卷螺旋弹簧热处理工艺设计

65Mn圆柱冷卷螺旋弹簧热处理工艺设计  

[摘要]

本文通过分析“65Mn圆柱冷卷螺旋弹簧”的服役条件、失效形式以及性能要求,设计了相对应的热处理工艺方案,并在进行了针对性的热处理工艺试验后,总结了最佳的热处理工艺为:65Mn钢螺旋弹簧直径小,经冷卷成形。流程为冷卷→定型处理→切断修正→淬火→矫正回火→机械修正→定型回火→机械加工→喷砂→表面处理,从而较好地满足了该产品零件的使用性能要求。

[前言]

一、分析零件的服役条件、失效形式和性能要求。

二、分析材料65Mn的性能和特点。

三、分析该零件从毛坯到成品的加工工艺路线。

四、分析该零件可能的预先热处理和最终热处理方法。

五、分析满足该零件技术要求的检测设备和方法。

六、分析满足该零件技术要求的热处理工艺方法。

七、提出满足该零件技术要求的热处理工艺试验方案。

八、工艺试验数据图表设计。

九、工艺试验数据分析。

十、通过上述工作的结论性总结。

一、65Mn圆柱冷卷螺旋弹簧热处理工艺设计

(一)、弹簧的服役条件、失效形式与性能要求

(1)服役条件  应用十分广泛的机械零件,根据其使用场合和结构外形的不同,弹簧主要分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧四种。若按照弹簧形状可分为螺旋弹簧、蝶形弹簧、环形弹簧、板弹簧等

弹簧主要是作为消振、储能元件。弹簧是通过其自身产生较大弹性变形进行工作的一种弹性元件,既要吸收大量弹性功又不允许发生永久变形。弹簧在服役过程中要尽可能具有较高的屈服比及最大的弹性比功。弹簧在各类机器中的应用十分广泛,其主要功用如下:

1.控制机械的运动,外力去除后能自动恢复到与原来位置,如内燃机中控制汽缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧、凸轮从动装置、阀门顶杆等。

2.吸收振动和冲击能量,如各种车辆中的减振弹簧及各种缓冲器的弹簧等。

3.存储和释放能量,对一些机构提供动能,如钟表弹簧、枪栓弹簧等。

4.测量力的大小,如弹簧秤和测力器中的弹簧等。

5.提供或保护常压。

螺旋扭转弹簧是扭转弹簧中最常用的一种。盘簧具有圈数多、变形较大、储存能量较大的特点,多用于压紧及仪表、钟表的动力装置。板弹簧能承受较大的弯曲作用,常用于受载方向尺寸有限制而变形量有较大的场合。由于板弹簧有较大的消振能力,所以在汽车、拖拉机和铁路车辆的悬挂装置中均普遍使用这种弹簧。

汽车用弹簧大致分为悬架弹簧和气门弹簧。汽车的悬架是连接车轮与车架或车厢的装置,它是由弹性元件(一般为钢板)、导向装置和减振器组成的。悬架发生故障的原因多在于钢板本身与弹簧支架的衬铁成套损坏,即钢板弹簧与衬铁固定处磨损以及装在支架下面钢板弹簧滑移,端部受到磨粒磨损。

弹簧在服役过程中要承受循环载荷的作用,容易发生疲劳损坏,为了提高疲劳寿命,在实际生产过程中采用了表面强化处理到喷丸处理。沙粒或钢丸高速无数次喷射到弹簧的表面上,表面产生许多小压坑,呈细鼓包装,覆盖在弹簧的表面上,表面硬化也减轻或消除弹簧表面缺陷的有害作用,因此提高了弹簧的疲劳寿命。

在对弹簧进行喷丸时,应根据尺寸大小和技术要求来正确操作,首先是选择合适的喷丸材料和规矩大小,避免采用尖锐棱角的喷丸;其次挑选符合要求的喷丸机,喷射速度要满足需要。

(2)失效形式与性能要求    弹簧经常承受振动和长期在交变应力下工作,弹簧的过早断裂、磨损、弹力不足及变形常用的失效形式,其中弹簧的主要失效方式为弹性松弛与疲劳断裂,在断裂失效过程中,又分为脆性断裂与塑性断裂,而突发的脆性断裂危害更大。弹簧断裂中的绝大部分属于脆性断裂,只有当工作温度较高时,弹簧才可能出现塑性断裂,在工程上将疲劳断裂、应力腐蚀断裂以及氢脆断裂等称为脆性断裂。

脆性断裂的原因是多方面的,主要有材料缺陷、制造方法不当以及热处理缺陷等,材料的表面缺陷如表面裂纹,表面折痕与刻痕、横向磨痕、表面麻点、磕碰伤以及表面脱碳等;材料的内部缺陷有粗大夹杂物、层状结构、脆性相、马氏体及晶粒异常粗大等。制造方法包括弹簧成形、机械加工、电镀以及制造过程引起的其他缺陷等,也可造成弹簧的脆性破坏。热处理缺陷则包括热处理不良产生一些内部缺陷或不正常组织,过热或过烧将降低钢的强度与塑性,增加脆性。而淬火裂纹则是导致弹簧发生脆性断裂的重要原因,是必须关注的一类缺陷。

关于弹簧的性能要求,就热轧钢弹簧而言,应具有高的弹簧极限和屈服比、良好的疲劳性能和高的抗拉强度等,冷卷弹簧具有高的抗拉强度和硬度、适当的塑性与韧性、表面质量状态好、疲劳强度高、尺寸精度高、匀质性好以及良好的耐蚀性等。

根据弹簧工作条件和失效形式,决定了弹簧钢应具有以下基本性能。

1)应具有高的强度极限。

2)应具有高的疲劳极限。

3)应具有一定的韧性及较好的工艺条件。

4)热处理淬火时不易脱碳,有足够的淬透性及低的过热敏感性。

5)特殊用途的弹簧有良好的导电性,耐磨性以及高温下的抗松弛性能等

其中对于汽车弹簧提出如下性能要求。

1)为保证汽车具有良好的行驶稳定性,悬架弹簧在侧向力作用下,其侧倾值应较小,且在制动和加速时还有良好的抗点头和仰头性能。

2)悬架弹簧必须具有低的自由偏振,以提高汽车行驶时的平顺性和良好的舒适性。

3)具有稳定的刚度、高的松弛抗力、高的疲劳寿命,以保证其安全可靠和使用寿命。

4)为防止疲劳破坏,弹簧具有较高的弹性极限和屈强比;为防止在交变应力下发生疲劳断裂,应具有较高的疲劳强度和耐蚀性。

参考文献

[1] 韩德伟 金属硬度检测技术手册 中南大学出版社

[2] 樊东黎 热处理技术数据手册 机械工业出版社

[3] 赵步青 工具用钢热处理手册 机械工业出版社

[4] 阎承沛 典型零件热处理缺陷分析及对策 机械工业出版社

[5] 张洪波 钢铁材料手册 中国质检出版社 


  • 关键词 65Mn 圆柱 冷卷 螺旋 弹簧 热处理 工艺
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