弹簧的制造工艺和表面处理的探讨

刘维亮

（大连路明发光科技股份有限公司 辽宁省大连市 116000）

弹簧的制造工艺和表面处理的探讨

刘维亮

（大连路明发光科技股份有限公司 辽宁省大连市 116000）

弹簧的制造工艺很多，但其主要的成形有冷成形和热成形两种。结合笔者的工作经验，本文对冷成形以及热成形弹簧常用的材料及制造工艺进行分析，并探讨了弹簧的表面处理，以供借鉴参考。

弹簧；常用材料；工艺制造；表面处理

1 冷成形弹簧常用的材料及制造工艺

1.1 冷成形弹簧常用的材料

冷成形弹簧的制作材料主要采用油淬火回火材料、铅浴韧化热处理弹簧线材、冷拔强化线材等，采用这类材料制造弹簧的工艺过程中一般不需要专门的热处理而只需要进行去应力退火，弹簧的设计工作应力与所采用的材料性能相关。弹簧冷成形工艺一般适合于线径较小的、或形状较为复杂的异形弹簧，如线径小于15mm，各种卡、拉、扭弹簧、中凸、中凹、弧形弹簧等。冷成形工艺特点是：工艺流程简单，避免了再次热处理的变形、脱碳等情况发生。

1.2 冷成形弹簧的制造工艺

当使用成形后不需淬火、回火处理的材料制造弹簧时，其工艺过程为：①螺旋压缩弹簧：卷制、去应力退火、两端面磨削、（抛丸）、（校整）、（去应力退火）、立定或强压处理、检验、表面防腐处理、包装。②螺旋拉伸弹簧：卷制、去应力退火、钩环制作、（切尾）、去应力退火、立定处理、检验、表面防腐处理、包装。③螺旋扭转弹簧：卷制、去应力退火、扭臂制作、切尾、去应力退火、立定处理、检验、表面防腐处理、包装。上述的螺旋拉伸和扭转弹簧的制造工艺都是在普通卷簧机动上卷绕后再加工两端部的钩环或扭臂。近年来国内外很多厂家都生产和使用了电脑成形机或专用成形机，簧身和尾部形状能在成形机上一次完成，省去加工钩环或扭臂的工序。带括号的工序视弹簧的性能需要是否需要进行。

2 热成形弹簧常用的材料及其制造工艺

2.1 热成形弹簧常用的材料

热成形弹簧制作的材料主要采用热轧材料、退火材料、退火冷拔材料等，采用这类材料制造弹簧需要加热淬火和回火热处理，弹簧的设计工作应力与所选材料及热处理工艺相关。弹簧热成形工艺一般适合于线径较大的、或形状较为简单的弹簧，如线径大于6mm的各种圆柱或锥形弹簧。热成形工艺特点是产品的增值效应较大，可以生产线径较大的弹簧。

2.2 热成形弹簧的制造工艺

直径大于10mm的大型弹簧件，多用热轧盘条拉拔的钢丝制成。加工及热处理为：先把弹簧钢丝加热到高于正常淬火温度50～80℃的条件下热卷成型，然后淬火+中温回火，获得弹性极限和疲劳强度极佳的回火索氏体。弹簧钢淬火加热应选用少氧或无氧化的设备如盐浴炉、保护气氛炉等，防止氧化脱碳。弹簧钢热处理后还要进行喷丸处理，强化表面，产生残余压应力，提高疲劳强度。当使用成形后需淬火、回火处理的材料制造弹簧时，其工艺过程为：下料、制扁、热卷绕、余热淬火（或二次淬火）、中温回火、一次压缩、磨簧、喷丸、探伤、二次压缩、性能检查、表面防护、检验、包装。以上热卷制造工艺中，热卷绕采用专用模具来控制节距进行卷绕，有时国内采用了电脑成形机或专用成形机进行卷绕，减少了专用的模具制造。

3 弹簧的表面处理分析

3.1 弹簧的腐蚀

弹簧在制造、存放、使用等过程中，经常会遭受周围介质的腐蚀。按其反应的类型可分为化学腐蚀及电化学腐蚀。弹簧受化学腐蚀是少量的、缓慢的，而受电化学腐蚀是主要的、普遍的。但一般来讲化学腐蚀与电化学腐蚀是同时存在的。①化学腐蚀。化学腐蚀是弹簧表面金属只单纯与周围介质发生化学反应。例如弹簧在特别干燥的大气中氧化生成氧化膜，以及弹簧在非电解质液体中与该液体或该液体中的杂质发生化学变化等，属于化学腐蚀。②电化学腐蚀。电化学腐蚀是弹簧与电解质溶液接触，由于微电池的作用而产生的腐蚀。例如弹簧与酸性或盐类溶液接触，这类溶液都是电解质，由于弹簧表面的缺陷或杂质等原因而形成电位差不同的电极以致弹簧不断受到电解腐蚀；又例如弹簧处在潮湿大气中，由于大气中的水蒸气在弹簧表面上凝成水膜或水珠，加上大气中的腐蚀性气体（如工业废气中的二氧化硫和硫化氢或海洋大气中的盐雾等）溶解于水膜或水珠中形成电解质。再加上弹簧金属的杂质或缺陷亦可形成电位差不同的电极，弹簧亦产生电解腐蚀。这些都属电化学腐蚀。

3.2 弹簧的防腐方法

通常采用保护层：①弹簧的金属保护层。金属保护层种类很多，就弹簧而言，一般是用电镀金方法以获得金属保护层。电镀保护层不但可以保护不受腐蚀，同时能改善弹簧的外观。有些电镀金属还能改善弹簧的工作性能，例如进步表面硬度，增加抗磨损力，进步热稳定性，防止射线腐蚀等。②弹簧的化学保护层。利用化学反应的方法使弹簧表面天生一层致密的保护膜，以防止弹簧腐蚀。通常采用氧化处理与磷化处理。氧化处理与磷化处理，本钱低、生产效率高，一般弹簧制造厂均采用氧化处理，作为防腐蚀性处理。a.氧化处理。钢的氧化处理亦称发蓝、发黑、煮黑。氧化处理后，弹簧表面天生保护性的磁性氧化铁，此氧化膜一般呈蓝色或玄色，也有时呈黑褐色。其颜色决定于弹簧的表面状态、弹簧材料的化学成分和氧化处理工艺。氧化处理的方法有：咸性氧化法、无碱氧化法和电解氧化法。以采用碱性氧化法为多。b.磷化处理将弹簧放进含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中，在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜的方法叫做磷化。磷化膜的外观呈暗灰色、灰色或黑灰色、不具光泽。在磷化后进行重铬酸盐填充、浸油或涂漆，能进一步进步其耐腐蚀性。磷化膜在动物油、植物油、矿物油中均较稳定，在某些有机溶液（如苯、甲苯）中亦较稳定。③喷丸处理。弹簧经热处理后，一般要进行喷丸处理，使表面强化并在表面产生残余压应力，以提高疲劳强度。强力喷丸技术是将高速弹丸喷射到弹簧表面，使表面层在弹丸的冲击作用下发生塑性变形，由此产生强化及表面压应力，使弹簧的抗疲劳性能及耐应力腐蚀能力均得到改善的方法。

[1]樊东黎，主编.《热处理手册》第2卷第5章弹簧热处理.机械工业出版社，2006.

[2]韩佳宏.关于弹簧钢丝表面麻点现象的解决[J].山东工业技术，2015（10）.

[3]顾晓飞.表面缺陷对弹簧疲劳性能的影响[D].西南交通大学，2008.

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