钢板弹簧制造工艺

钢板弹簧制造工艺 第一节：断料 1、 剪切力的计算： ①平口剪切力：  P 1=  bhσb(kgf)      ( 或者 P = Kbhτb  K是系数取1.3 )   式中： b扁钢宽度（mm）； h扁钢厚度(mm) ；  σb抗拉强度（Kg/mm2）     结合板簧片的交货状态，这里的抗拉强度是指热轧状态下的，不是热处理状态下的。之所以没有选抗剪强度τb，是考虑到扁钢有厚度公差，还有剪刃变钝，剪刃间隙大小的变化等因素。     ②斜口剪切力:  P2 = （kgf）        式中φ为斜刃倾斜角。 ③斜口剪切力与平口剪切力的比较： =   设上式中 b tgφ=A ，也就是斜口高度，则上式变为      即：   从此式可以看出，当A>0.5h时（也就是半个片厚时），斜口剪切的剪切力就可以小于平口剪切的剪切力，这就是当设备或模具所受力过大时，可以选择斜口剪切的工艺方法之理论依据。 2、 常见的断料缺陷和产生原因： ①剪切裂纹：原因是剪刃刀片不锋利；剪刃刀片间隙调整不当。正确安装剪刃刀片并及时更换修理变钝的剪刃刀片，就可避免产生缺陷。     ②剪切毛刺：使用变钝的剪刃刀片，间隙过大，是造成剪切毛刺的重要原因。毛刺经淬火后硬度高，装配后对其相邻的片会形成损害（加剧摩擦和产生噪音），严重影响使用寿命。     ③切口拉伸：在热剪切时由于加热温度过高所致。温度越高端头切口拉伸现象越严重。     ④切口厚度切斜：即单片切口沿厚度方向呈斜坡形状，是由于剪刃刀片间隙过大或剪切时扁钢前后方向串动所致。     ⑤切口切斜：即斜头，是沿着单片宽度方向呈倾斜角。原因是剪切时扁钢侧边没有靠近档板或持料不稳所致；扁钢侧弯太大也会造成斜头。剪切长片时应尽量利用侧弯较小的扁钢材料。     ⑥切口不齐：是指切口波浪弯，是由于剪刃刀片钝损或刀片间隙过大所致。及时更换或修理钝损的剪刃刀片和正确调整剪刃刀片间隙。 第二节  中心孔和铆钉孔加工 钻孔：要普通钻床上加工中心孔和端孔是一种生产效率很低的工艺方法，适用于小批量生产，但是定位和质量情况比冲孔要好一些。尤其是当簧片比较厚而相对于孔径又比较小时，冲孔没法解决只能用钻孔。 冲孔：适用于大批量生产，特别适用于端孔，因为冲孔落料一端直径较大，因此只要码放有规则就可以省去划卡子孔的工序（大孔端淬火在凹面正好铆钉）。 冲孔和钻孔常见的缺陷一是毛刺，应及时清理；二是孔边尖角处容易造成淬火裂纹所以现在要求比较高的板簧，中心孔边缘要求进行挤压或倒角处理. 第三节  片端加工 1、 端头切角：一般采用冷切工艺，在厚度大于16mm时可考虑采用热切角工艺。 切角时与钢板圆边的交汇处极易产生毛刺，要及时进行清理。 2、端部压扁：对簧片单片进行端部压扁加工，可以减轻重量，使应力分布均匀并能改善汽车乘坐的舒适性。 ①端部短轧扁：端部压扁长度一般不切入下一片的长度内，轿车和越野车上长用。随着科技进步，人们对乘坐的舒适性要求越来越高，因此越来越多的车型也在采用这种加工形式。 ②长轧扁：即全长锥形或抛物线形轧制。这种轧制出来的板簧，可以应用在高级轿车上。但是这种板簧在轧制时对轧机的要求非常高，一般是采用计算机控制线型的全自动轧机，其机电一体化的程度和计算机的控制水平都是非常高的。 第四节 冲制定位凸包 1、 单纯中心定位凸包： 板簧片采用中心定位凸包结构,可减少中心孔结构的钢板弹簧由于骑马螺栓松动而易在中心孔处损坏现象的发生。但中心定位凸包由于加工复杂和运输过程中易散片等缺点而在多片式板簧中逐渐减少而改用中心孔结构。中心定位凸包在小批量生产工厂都是在热处理前，用热冲成型工艺加工的。 2、 中心孔+中心定位凸包： 这种形式被越来越多的少片簧重载车使用，如美国三片簧系列板簧，特别是在最后一片上全部采用这种形式。这一方面避免了运输过程中的散片，更重要的是，紧急刹车时，避免了冲击负荷对中心螺栓剪断的可能。我们生产的建筑簧，现在全部采用这种结构形式，主要是为了防止板簧在支座内移动时把中心螺栓剪折。 这种工艺容易产生的缺陷是孔和圆包的同轴度不好，加工中要加以高度注意，否则，片与片之间在装配时会发生困难。 第五节 卷耳和包耳 1、 上卷耳： 上卷耳为我国大多数车型所采用。同时为了加强第一片卷耳强度和在第一片断裂后起保护作用，第二片前端采用包耳结构。第一片容易折的原因是力的的传递中心与第一片根部受力处有一个作用力臂（附加弯矩），根部附近受到剪切力和弯曲应力的双重作用。 上卷耳的前端长度一定要加工准确，否则车轴会装歪，车辆会跑偏。 2、下卷耳： 一般是为了满足布置上和运动轨迹的要求而设计的，由于卷耳要承受垂直负荷，所以卷耳厚度要大些，否则容易张开产生塑变。 3、平卷耳： 这种卷耳形式比上卷耳形式合理得多，但是在工艺上也困难得多。一般这种卷耳形式，多用在越野车上。它不存在上卷耳的弯曲力矩，耳根部只受拉力。 3、 常见的卷耳缺陷有哪些？如何解决和预防？ 不同的卷耳设备，所产生的卷耳缺陷是不一样的。有设备或模具本身带来的问（称之为系统缺陷）；也有操作不当带来的问题（称之为随机缺陷）。 ①孔径大小不符： 主要原因有加热温度过高，孔径偏小；加热温度过低不易卷圆，尺寸偏大。模具用错或调整不当（如V型块选错或与芯轴配合关系不对）；卷耳芯轴膨胀。 解决办法：严格按规程控制温度，学会看火色；正确调整模具；及时冷却芯轴或更换芯轴。 ②吊耳宽度超差： 主要原因有原材料宽度超差；半成品来料侧弯超差。 解决办法一是严把原材料关，二是对半成品来料不合格者退回上道工序。 ③吊耳垂直度与平行度超差： 主要原因有来料侧弯；模具与工装调整不当。 解决办法：将侧弯不合格的片挑出调直后再卷耳；调整侧定位靠板与卷耳模和芯轴垂直；V型顶头加工与安装要与卷耳芯轴平行。 ④喇叭孔： 主要原因是固定卷耳芯子的两端套口有磨损。解决办法是哪端有磨损就更换哪端套口。 ⑤过热、过烧、氧化严重： 主要原因是加热温度过高或加热时间过长。预防办法就是按工艺要求严格控制加热温度和加热时间，设备出故障时，要及时把片从高温区撤出。 第六节 成型热处理 钢板弹簧片的成型热处理由弯曲成形、淬火、回火三部份组成。     1、弯曲成形：由于设计上的需要，板簧各单片的曲率是不一样的，所以成形夹具分为两种：一种是固定某一曲率的成形夹具，即一套成形夹具只能生产一种曲率的弹簧片，俗称为死胎，适合于大批量生产。另一种是曲率可调的成形夹具，即一套成形夹具可适用于多种曲率的弹簧片的成形，一般在多品种批量生产中采用，我厂基本上是这种型式。     2、淬火：弹簧钢全部都是亚共析钢，淬火是指把板簧片加热到Ac3以上30~50℃，并在该温度下保温足够的时间，使簧片整个断面的材料形成奥氏体组织，然后在淬火介质中迅速冷却，以得到不稳定的马氏体组织，从而提高簧片的硬度和强度，这一过程称为淬火。 弹簧片在淬火液中应保持足够的冷却时间，使奥氏体全部转变成马氏体，如果冷却不足或冷速过慢，就会发生非马氏体转变，影响弹簧的性能。     3、回火：钢板弹簧片淬火后得到的马氏体组织，硬度高而且很脆，另外由于在淬火过程中，由奥氏体转变为马氏体时发生体积膨胀而产生相当大的内应力，而且该组织极不稳定，所以必须进行回火后才能使用。回火就是把淬火后的弹簧片加热到临界温度以下某一温度并在该温度下保温一定时间，然后冷却到室温，以得到回火屈氏体（低碳马氏体钢是得到回火板条马氏体），并消除内应力。     4、常见的板簧热处理缺陷有哪些？如何解决和预防？ ①硬度不足：一是加热温度不够或保温时间不足；二是操作速度过慢；三是冷却速度不够。解决办法是保证有足够的加热温度和保温时间；操作动作要求迅速准确；保证淬火剂有足够的冷却速度，调整淬火剂的使用浓度，对我们来说是降低淬火液的浓度。     ②硬度不均：一是加热不均匀；二是冷却不均匀。解决办法就是保证加热均匀，冷却时不出温度不一致的片。     ③过热与过烧：从金属学的角度讲：过热是晶粒明显长大（晶粒度评级图上大于等于4级的）；过烧是晶界氧化或熔化。原因是加热温度高或保温时间太长（本质细晶钢影响不大）。预防的办法是严格控制加热温度。     ④严重的氧化、脱碳：原因是加热温度高和保温时间较长。预防办法是严格控制炉温和加热保温时间。 ⑤淬火死弯：原因是淬火胎具调整不好。解决办法是用样板重新调整。 ⑥淬火裂纹：淬火时板簧内部的应力，超过材料本身的强度时就会产生裂纹。解决办法一是降低淬火液的冷却速度，尤其是在Ms点以下的冷速要慢，对于我们来说，是提高淬火液浓度；二是淬火温度不要太高；三是不要反复淬火；四是淬火后立即回火；五是重量较大的簧片淬火后不要重叠放置；六要注意是否原材料本身的缺陷。 ⑦回火硬度不合： A、回火硬度高：原因一是回火温度低，二是回火时间短，三是回火码料间隙过密；解决办法一是提高回火温度，二是延长回火时间，三是码料方式稀疏些。     B、回火硬度低：原因和上述情况相反，解决办法也和上述方法相反。     ⑧淬火侧弯： （一）、侧弯产生的主要原因： 误差理论告诉我们，系统的误差是由多个误差集合而成．解决的办法只有逐个地找出这些误差，视其轻重缓急程度加以解决。我认为我厂的侧弯产生因素主要有以下几点： （1）、工艺因素： a、入水方式和簧片两侧面冷速不一样是工艺上造成侧弯的主要原因。 b、冷调直后的回复以及簧片从炉口高处掉下冲击造成的侧弯是次要原因。 （2）、设备因素： a、上下胎板之间对簧片横向有扭距造成的扭曲。上下胎板之间滑块间隙偏大是造成扭曲的主要原因。 b、底胎板由于长期使用磨损不平，多次修复后胎板变薄因此刚性不足，是扭曲的次要原因。 （3）、操作因素 a、操作上的不精心，红片着地或胎板时受力不合理是造成侧弯和扭曲的主要原因。 b、不认端进行操作，对认端装配的板簧总成侧弯加倍是总成侧弯的主要原因。 （二）、针对上述原因应采取的控制： （1）、工艺方面：   设计和重新使用限制侧弯顶尖，作为一种保证，把它形成（尤其是对装入支架内的主片），定期进行检查。 （2）、设备方面： 对胎板和胎板之间的滑块进行检修调整，并提出定期的检查制度。 （3）、对职工进行教育，强调不摔片和认端操作的重要性。 （4）、上述三方面均形成严格的考核制度。 第七节  喷丸处理     1、喷丸处理的定义及目的： 喷丸处理是将高速钢丸打向弹簧片的凹面，使叶片表面引起塑性变形，形成一定厚度的硬化层的过程。目的是使簧片受拉面产生足够大的残余压应力，降低由工作负荷引起的叶片表面的拉应力，从而提高弹簧的疲劳强度。 另外喷丸处理在弹簧片的喷丸表面产生大约0.25mm硬化层，因而能消除或改善或称钝化弹簧片的表面缺陷，从而也提高疲劳寿命。 钢板弹簧片喷丸后的断面应力状况图。     2、喷丸处理的分类： 喷丸处理分为自由喷丸（簧片处于自由状况下的喷丸）和应力喷丸（簧片受拉面处于受拉应力状况的喷丸）两种。我们目前采用的是自由喷丸。一些大厂，有全部采用应力喷丸的；也有的厂在少片簧生产时采用应力喷丸。据介绍，自由喷丸的弹簧片疲劳寿命可提高1.66倍，而应力喷丸的疲劳寿命较自由喷丸又可增加2~7倍。 3、喷丸强度：     喷丸强度受多种因素影响：钢丸材料、硬度、直径；喷丸页轮的转速、直径；喷口到弹簧片的距离；簧片在喷丸区内停留的时间等因素均有影响。 ①多数以喷丸后弹簧片的弧高变化来表示，非常实用但不太准确。我们现在在执行工艺过程中，并未对喷丸前后弧高的变化进行过测量，因此未积累这方面的经验，这是做的不好的地方，以后一定要补上。     ②试验片喷丸后弧高表示法：把试验片安装在试验片夹具上，经过喷丸后，取下该试验片，用专用量具测得其弧高，用这种方法测得的不同种类试验片的弧高，作为表示喷丸强度的指标。这是目前世界上公认的方法，比较科学。     试验片的一定的要求，由国际上认可的公司出品。试验片的厚度分为N、A、C三种。 试验片A的使用喷丸强度范围为0.15~0.60mm。当强度比它低时用N片，当强度比它高时用C片。根据我的经验，钢板弹簧适用C试片。     ③喷丸压痕复盖率表示法：将喷丸试片与标准图片进行对比，从而估计喷丸复盖率。 第八节  总成预压缩处理定义、目的、预压缩行程估算。装配及油漆。 1、预压缩定义： 总成预压缩是对由一些弹簧片组成的钢板弹簧总成施加一定的负荷，在负荷去除后弹簧总成及弹簧片都产生一定的残余变形的过程。     2、总成预压缩的目的：     ①使各弹簧片的受拉表面产生压应力，当钢板弹簧随工作负荷时，受拉表面的拉应力相对减少，以提高疲劳寿命。     ②经过塑变后，使钢板弹簧总成各片在沿长度方向上的应力分布趋于均匀。     ③及时发现缺陷，在出厂前给予以更换。     ④使用过程中，使钢板弹簧总成弧高保持稳定，不易再发生塑性变形。     3、总成预压缩行程的估算：       f  =   式中： σ总成预压缩时的应力，一般取 110~120 Kgf/mm2。                         σ0比应力，即产生单位变形时钢板弹簧的应力变化值。 我厂目前应用的是：  f  =    P预压缩负荷Kgf。C板簧自由刚度Kgf/mm。 预压缩负荷及板簧自由刚度都在工艺卡片中予以标明。     4、装配及油漆     装配是指把长短不等的弹簧片和各种附件装配成钢板弹簧总成，并进行预压缩的全部过程。装配过程有：压衬套、铰衬套内孔、铆卡箍、片间涂石墨润滑脂、叠片、装中心螺栓、装卡箍套管及螺栓等工作。     装配过程中，一般主片是进行选配以满足卷耳、包耳之间的装配间隙和总成的侧弯要求。     油漆：一般采用静电喷漆或电泳浸漆。我厂是手工喷涂。     烘干：一般电烘干，加热焖或红外线烘干，烘干时注意温度不能太高，以免尼龙衬套软化或喷丸工艺的失效。我厂是自然干燥。     一般选用沥青磁漆，我厂用硝基磁漆（干燥快）。     漆膜外观：漆膜应干透，不露底，允许有不严重的流痕。不允许有人为的脚印和其它对漆膜形象有损害的污物。     第九节  总成静负荷弧高和刚度测定     钢板弹簧总成的静负荷弧高和刚度是汽车行驶平顺性的重要考核指标之一。因此生产的每批钢板弹簧总成产品，必须抽检合格后才能入库或出厂。     钢板弹簧刚度测定曲线图     加载曲线和卸载曲线均是连续的。若加载过程或卸载过程出现不连续的情况，必须重新从加载开始到卸载的全部过程。