探索弹簧钢调整垫片的工艺生产整合

黄晓芳

摘 要：65Mn弹簧钢调整垫片在淬火后出现氧化脱碳现象，导致平面度、粗糙度差、机械性能指标下降及废品率高等问题，在不增加生产成本的前提下，采用经过热处理与精磨处理的不锈钢1.4310材料代替65Mn弹簧钢，经验证，各项机械性能指标满足生产要求，零件的外观质量及防锈性得到提高，并对该材料加以扩展应用，取得良好效果。通过实施，不仅提高工艺生产的规范性、可靠性、有效性，为管控工艺生产风险、降低工艺生产成本提供有效支撑，并且能快速响应、满足多品种、小批量的工艺生产需求。

关键词：弹簧钢;不锈钢;淬火;机械性能;外观质量

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0065-02

调整垫片，一般材质选用60Si2MnA、65Mn等弹簧钢，技术要求有冷硬态或淬火态，其中淬火态要求的较少。为降低产品制造成本，实现材料选用的规范化、标准化，公司对弹簧钢仅规定了65Mn一个材料品种，并且规定相关的供货状态是热轧、冷拉，供货品种是热轧圆钢、冷拉钢板、钢带，其中冷轧钢带的公称厚度有0.10mm～0.50mm，总计9个规格。

1 存在的问题

有淬火要求的65Mn调整垫片，其工艺规程一般是：10工序-铆加剪切下料;20工序-铆加割外形;30工序-铆加划孔;40工序-铆加钻孔;50工序-热处理淬火。

针对65Mn弹簧钢钢带的淬火处理，没有专用设备。其淬火工艺生产过程是用箱式电阻炉加热后加压淬火，现有工艺生产方法带来的质量问题是：

（1）外观质量不佳。淬火后调整垫片的表面，有氧化脱碳现象，平面度、粗糙度差，且很难通过热压校正、表面喷砂、表面砂光/抛光、化学处理等工艺方法消除以上不良质量因素;（2）机械性能指标降低。同样由于氧化脱碳、粗糙度、平面度等不良因素的存在，给调整垫片的机械性能指标，如抗拉强度、伸长率、弹性模量等带来负面影响;（3）淬火后，表面氧化脱碳降低了零件的精度尺寸;（4）工艺生产废品率高，大约15%，主要原因是氧化脱碳导致硬度不达标。

因此，基于65Mn弹簧钢钢带的调整垫片的工艺生产，面临极大困难，这些问题成为影响生产进度的瓶颈，亟待解决。

2 原因分析

调整垫片工艺生产出现难题的直接原因是相关淬火工艺技术的落后，市场上有现成的淬火态65Mn弹簧钢钢带，但由于原材料采购起订量的要求导致其购买成为瓶颈。

因此解决问题的方法有：

（1）提高公称厚度≤0.5mm的65Mn弹簧钢钢带的工艺淬火技术，引进专用淬火设备，但相关的成本较高;（2）增加下料厚度，先粗加工成形，利用原有设备淬火，再通过磨床精加工，保证精度，这样会增加加工道序，加工周期会变长，相应的成本会增高;（3）购进批量的淬火态弹簧钢带，这样会导致库存积压，占用大量资金;（4）寻找满足调整垫片性能要求，能便利化采购，作为制成品或半制成品市场化供应的调整垫片基础件。

3 工艺技术与生产的探索

为解决调整垫片的工艺生产难题，技术人员协调相关研发、生产、装调人员进行了积极探索。查询到了可以满足调整垫片性能要求的不锈钢1.4310（德标;德国H+S;德国Fein）新材料。市场上有经过热处理与精磨处理的制成品/基础件供应，硬度HRC43--HRC47，采用小包装（如0.2 *50*300/10片/盒），不锈钢1.4310材料调整垫片基础件供应信息见表1。

由于不锈钢1.4310材料调整垫片基础件已经有硬度HRC43～HRC47，因此，替换材料后的工艺生产将省略热处理工序，在加工中不因热处理而产生报废，并且零件表面无氧化皮，外观质量及尺寸精度得到保证，减少了加工道序，缩短了生产周期，相应的成本会降低。

3.1 材料性能分析

调整垫片一般应用在有位置调整要求的零部件中，在调节过程中往往有轴向或径向的微量移动，在工作过程中其相应的移动或变形往往是0.01mm量级，因此，垫片材料的抗拉强度并非越高越好，其伸长率及弹性模量等塑性、弹性指标应该是主要的机械性能指标。

3.2 成本分析

不锈钢1.4310材料基础件供应商报价，0.2*50*300/10片/盒价格为95元，每片折合9.5元。以Y2FBF415PAC00调整垫片图样尺寸0.2*21.2*162//工艺下料尺寸0.2*24* 166为例，每片不锈钢1.4310材料基础件可以制作2件，材料成本折合4.75元/件。如按原有工艺生产规划实施淬火，每件淬火成本：0.3h/单件淬火工时*15元/每小时淬火工时成本=4.5元。按65Mn成本27.35元/公斤计算，每片65Mn钢带材料成本约0.18元，则原有工艺生产成本是4.5+0.18 =4.68/件。結合综合运用、不浪费原则，替换后相关其他工艺工序不变的情况下，替换后理论上增加工艺生产成本 4.75-4.68=0.07元/件。

氧化脱碳等负面因素导致淬火生产中往往不能实现100%合格，一般有约15%的废品率存在。以每批次40件为例，以不锈钢1.4310基础件代替原有工艺方法后每件Y2FBF415PAC00调整垫片可以降低生产综合成本：（40*15%*4.68-40*0.07）/40=0.667元。因此，以Y2FBF 415PAC00调整垫片测算，工艺方法替换后每片生产综合成本将降低0.667元。

3.3 有效性评价

淬火后即使合格的65Mn调整垫片，表面也必然存在氧化皮等痼疾，降低调整垫片的实际塑性伸长率、弹性模量及拉伸强度等性能指标，不锈钢1.4310材料替换65Mn，材料的工艺生产整体有效性评价见表2。

表中可以看出，原有65Mn调整垫片的实际性能指标，与新的工艺生产材料不锈钢1.4310的相关性能指标相近，或相当，并且其原材料采购方式灵活，零件外观显著提高，生产成本降低，因此，不锈钢1.4310材料替换65Mn材料理论上可行。

3.4 相关工艺生产探索实验

申请了不锈钢1.4310（德标;德国H+S;德国Fein）材料部分代码，见表3。

依据代码购置、加工后应用于ZL29烟枪部件。经现场调试测试，及分别发往不同的卷烟厂投入应用，经反馈，效果良好。

经扩展应用，顶盖控制弹簧片零件也已经采用该材料进行替换，替换前后零件的外观质量对比见图1。

替换前，零件加工共有7个道序，其中包含有两道热处理工序：退火和淬火，替代后，零件仅需要3个道工序即可完成。替换后，不产生热处理道序报废，表面无氧化皮，尺寸得到保证，外观质量大幅提升，加工周期明显缩短，生产成本降低。经安装在设备上运行调试，效果良好。

4 结语

采用经过热处理与精磨处理的不锈钢1.4310材料代替65Mn弹簧钢，不仅实现了调整垫片工业基础件的升级换代，提高了产品外观质量，保证了零件尺寸精度，满足了生产需求。并对该材料拓展应用，取得了良好的效果。通过替换，克服了原有工艺生产方法的弊端，为提高工艺生产的规范性、可靠性、有效性，管控工艺生产风险、降低工艺生产成本提供有效支撑，能快速响应、满足公司多品种、小批量的工艺生产需求。