机车减震弹簧的制造工艺研究

摘 要：减震器是电动车上的重要组成部件，而减震器的重要组成部件是弹簧。弹簧减震通过高强度弹簧产生压缩形变，减轻冲击，降低车身部分的动应力，提高车辆的行驶平顺性，达到减震的作用。通过详细论述减震弹簧的加工工藝流程，包括材料的选择、加工及热处理工艺等，表明经该工艺生产的弹簧性能良好，完全满足客户的技术和性能要求。

关键词：机车;减震弹簧;加工工艺;制造

弹簧作为各类产品的基础零部件之一，行业虽小，但量大面广，种类繁多，在整个制造业中起着至关重要的作用。其中汽车、柴油机、摩托车和电动车中的各类弹簧，如气门弹簧、减震弹簧、悬架弹簧以及离合器弹簧等，约占弹簧产量的50%左右。随着弹簧应用行业的持续发展，对弹簧的要求也越来越高。近年来，我国无论在弹簧设计、弹簧材料，还是加工技术方面，都取得了长足发展。就弹簧加工技术而言，也从长期的手工制作向着数控和计算机控制化的深度和广度发展。

1 减震弹簧的选材与造型

1.1 减震弹簧的选材

作为摩托车、电动车的弹簧，长期处于反复受力和回复过程，疲劳寿命需达到10万次以上，外力卸载后应回复到初始位置，要求弹簧的塑性变形越小越好，钢丝应具有较高的弹性极限，较高的回复力，要求屈服强度和抗拉强度较高。[1]目前，市面上常用的金属材料有碳素弹簧钢、琴钢丝、合金弹簧钢、弹簧用不锈钢、铜合金、镍合金等。本工艺采用65Mn钢，65Mn钢属于碳素弹簧钢，主要生产成钢丝、钢带，用于制造各种截面较少的扁、圆弹簧，板簧和弹簧片等。有着强度较高、淬透性较大，脱碳倾向小、价格低廉、切削性好等优点。

1.2 减震弹簧的造型

机车用减震弹簧是承受压力的螺旋弹簧，也称为圆柱螺旋弹簧。压缩弹簧一般用料的截面基本都是圆形，但形状和尺寸种类繁多，既有等直径、等节距，也有变直径、变节距弹簧，不同的设计主要为满足安装空间、力值、刚度的要求。

2 生产弹簧的主要仪器及设备

YH680CNC电脑数控卷簧机，自动卷簧机是生产弹簧的专用设备，它的高度自动化在提升生产效率、工艺水平等方面发挥了巨大的作用。功能是把钢丝卷制成设定形状的弹簧，供回火、磨端面等后续工序工艺处理。自动卷簧机不仅可以卷制圆柱形螺旋弹簧，而且能卷制各种形状的变径、变距弹簧。具有成形速度快、性能稳定强和精准度高等特点，真正实现了人机对话，具备一分钟弹簧成型的能力，并在保证速度、精度和性能的条件下，噪音低，操作更简便。

M7745K9S数控弹簧双端面磨床，该机床具有上下两个磨头，其主轴位于同一轴线上，上下磨头由两个磨轮电机分别独立驱动。磨头进给可以调速，上磨头砂轮磨损时，可以通过上磨轮补偿电机进行补偿，下砂轮磨损时，通过下磨轮补偿电机进行补偿。另外，本机床采用双料盘交替进行工作，即一个磨削另一个进行检测货上、下料，可大大提高生产效率。换盘方式可采用自动换盘或手动换盘。

RJC530连续式热风回火炉，也称输送带式电控回火炉（网带炉），用于大批量弹簧的回火、定型。采用进口的PID智能化温度控制仪及完整的自动控制系统，炉温在500℃内，可以按工艺要求设定任意温度，精度±3℃，并配有热风搅拌装置，炉温准确均匀，回火后，工件质量稳定可靠。

另外还需要全自动送线架、抛丸机、强压机、整形工具等，这边就不再一一做具体说明。

3 生产工艺

3.1 生产工艺流程

下面以电动车前减震弹簧（等直径、变节距弹簧）的常用尺寸3.3mm*外径21.5mm*高度215mm*36圈（如图）1所示，来说明弹簧的加工工艺流程。加工时，可按以下工艺执行：卷簧—热处理—磨两端面—抛丸—强压—整形—二次回火—表面处理。

技术要求如下：

①旋向：右旋;②总圈数36，有效圈数34，密圈17，密圈解距6.54，拐点55，疏圈17圈;③去应力回火处理;④两端面磨平，去除内毛刺;⑤在ps载荷下做永久变形不能大于自由高度的0.3%;⑥表面上油处理;⑦其余技术要求按GB1239.2.2级精度执行。

3.2 主要工序

3.2.1 卷簧处理

在加工前，根据弹簧的线径、外径、长度、节距等要求先进行弹簧特征数据转换，编制程序。参数设置如图2。65Mn钢丝经KJS1000自动送线架送YH680CNC自动卷簧机，KJS1000全自动送线架可以承载1吨以内的钢丝，在运转过程中通过自动调节送线速度，使配套主机设备与它的送线速度保持同步，当发生绞线、断线或送线完毕后，会发出报警信号并自动停机。

3.2.2 热处理

经卷簧机卷制后的弹簧，内部产生了较高的内应力，必须进行去应力退货（俗称低温回火）。回火处理的目的之一是能提升钢材的抗力强度，保证其能正常地进行回弹，保证弹簧的效果。回火之后的弹簧可以将抗压强度提升到90%以上，减少了弹簧的抗蠕变性。第二就是消除金属丝冷加工和弹簧卷绕成时所产生的残余应力，它可以显著地改善冷成形弹簧的力学性能和使用特性。[2]第三是稳定弹簧形状，回火15～30分钟后弹簧外圈会缩到一个稳定水平。因此，卷制好的弹簧将会由人工送入连续式热风回火炉中进行低温回火定型，回火炉温度设定为350℃，时间为半小时。

3.3 磨簧

经卷簧机卷制并回火后形成的弹簧是半成品，两端面不平行，需经磨簧机将两端面磨平，目的之一是使压缩面由点接触改为线接触或者面接触，增加受力面积，避免接触面刮伤，第二是使两端面与弹簧的轴线保持一定的垂直度。磨簧机参数设定如图3。

3.4 抛丸处理

弹簧的表面质量要求较高，折叠、划痕、氧化脱碳等表面缺陷常常会成为弹簧工作时应力集中的地方及疲劳断裂源。抛丸处理是目前应用最广泛的改善弹簧表面质量的方法之一。抛丸处理就是通过直径0.3～0.4mm的不锈钢丸粒高速撞击母材表面，产生磨削作用，在这种磨削的作用下，清除工件表面的锈蚀、氧化层、毛刺等，从而提高弹簧疲劳强度（一般可提高20%～35%），将弹簧的使用寿命提高3～10倍。[3]

3.5 强压处理

弹簧在长期反复静压的作用下，其自由高度将会有一定的縮减，力学性能也无法一直保持初始状态。为消除加工应力、保持弹簧使用过程中尺寸的稳定性、增强抗疲劳性，需进行强压处理，处理后，弹簧的自由高度会发生较大的变化。[4]强压方法是利用强压机用较慢速度（约1min）把弹簧压至规定高度，然后缓慢放开（约1min），使弹簧产生塑性变形。

3.6 手工整形

根据图纸的要求，每个弹簧必须在专用的整形台上逐个整形，主要任务是保证其垂直度和总长度。

3.7 二次回火

为进一步消除弹簧内部的内应力，定型弹簧的形状和尺寸，同时改善弹簧的物理性能，提升弹簧的疲劳寿命，减少弹簧在工作中的形变量，调整钢丝的抗拉强度和硬度等。弹簧制成后需二次回火，温度设定为300℃，10分钟。

3.8 表面处理

弹簧在生产、储存及使用等过程中，常常会受到周围介质的腐蚀。弹簧是靠弹力发挥作用，弹簧被腐蚀后弹力将发生改变进而丧失功能。因此防止弹簧被腐蚀才能确保弹簧的工作稳定，并延长其使用寿命。弹簧金属保护层的获得一般是用喷塑或电镀。电镀保护层不仅能保护弹簧不受腐蚀，还能改善其外观，甚至工作性能，比如提高弹簧的表面硬度，增加弹簧抗磨损的能力，提高热稳定性，防止腐蚀等。金属镉比较安定，耐腐蚀性能较强。镉镀层光亮美观、质地软、可塑性好，最适宜于作弹簧保护层。

4 结语

长期大量的生产实践表明，按本工艺流程来生产减震弹簧，生产效率高，弹簧寿命持久，在耐腐蚀、抗永久变形等方面具有良好的性能，完全能满足客户的技术和性能要求。

参考文献：

[1]张宗前，何志凯.摩配用65Mn弹簧钢丝生产工艺研究[J].金属制品，2018，04：1719.

[2]周文凤，付豪.提高压缩螺旋弹簧合格率的回火工艺优化[J].热加工工艺，2018，22：200201.

[3]齐鹏，常小猛.浅述钢管外壁抛丸工艺技术研究[J].锅炉制造，2019，06：4851.

[4]孔方桂，王瑞栋，李旭军.基于自动卷簧机螺旋弹簧制造工艺研究[J].金属加工（热加工），2017，Z1：3738.

作者简介：杨芸（1983—），女，汉族，江苏无锡人，硕士，讲师，研究方向为机电一体化技术。