CN103567716A - 超高应力双离合器弹簧制造工艺 - Google Patents

超高应力双离合器弹簧制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种弹簧制造工艺，尤其涉及一种设计应力>1250MPa的超高应力双离合器弹簧制造工艺。一种超高应力双离合器弹簧制造工艺在弹簧制造过程中要进行氮化处理，以提高弹簧在超高应力条件下的耐疲劳程度。在渗氮前对弹簧进行表面强化处理，也就是在渗氮前对弹簧进行表面强化抛丸能修复弹簧在磨削和倒角时产生的端部缺陷，提高渗氮效果，确保产品在疲劳试验和使用中不产生端圈断裂。本发明提供了一种能有效生产设计应力大于1250Mpa的超高应力的双离合器的弹簧；解决了现有技术中存在的对于超高应力弹簧生产工艺，疲劳寿命达不到要求，端圈容易断裂的技术问题。

Description

超高应力双离合器弹簧制造工艺
技术领域
本发明涉及一种弹簧制造工艺，尤其涉及一种设计应力>1250MPa的超高应力双离合器弹簧制造工艺。 
背景技术
离合器位于发动机与变速器之间，是发动机与变速器动力传递的“开关”，它是一种既能传递动力，又能切断动力的传动机构。它的作用主要是保证汽车能平稳起步，变速换挡时减轻变速齿轮的冲击载荷并防止传动***过载。双离合器的使用，可以使变速器同时有两个挡位啮合，使换挡操作更加快捷。DSG(Direct Shift Gearbox)变速器主要由多片湿式双离合器、三轴式齿轮变速器、自动换挡机构、电子控制液压控制***组成。其中最具创意的核心部分是双离合器和三轴式齿轮箱。 
超高应力双离合器弹簧是DSG双离合变速器中的关键部件，这种弹簧由于是超高应力设计（设计应力>1250MPa），制造难度非常高，比常规的离合器弹簧制造工艺复杂得多,同样也比高应力气门弹簧（设计应力980MPa）制造工艺复杂得多。 
如中国专利：“高应力气门弹簧的制造工艺（200710170640）”，一种高应力气门弹簧的制造工艺，其特征在于包括以下工序：卷簧，是将钢丝坯料卷制成型为半成品弹簧；第一次回火，是将上述卷制成型为半成品弹簧进行第一次低温回火去应力；磨簧，是对上述第一次回火的半成品弹簧的两个端面进行磨削，使半成品弹簧的自由长度达到所需的长度；倒角，是去除上述半成品弹簧磨削后的毛刺或者根据产品装配要求进行倒角；应力优化，是将上述倒角后的半成品弹簧进行应力优化；第二次回火，是将上述经应力优化后的弹簧进行再次低温回火去应力；第一次喷丸，是提高弹簧的疲劳寿命；第二次喷丸，是进一步提高弹簧的疲劳寿命；热压，是使产品的松弛试验和永久变形能满足使用需求；负荷分类，是在线检测弹簧的负荷，对负荷超差的弹簧进行剔除，负荷合格产品就成为高应力气门弹簧产品；上油，是对上述合格的高应力气门弹簧产品进行上油，准备包装。 
但是对于设计应力大于1250Mpa的弹簧，在现有技术中没有做任何的公开。 
发明内容
本发明提供了一种能有效生产设计应力大于1250Mpa的超高应力的双离合器的弹簧；解决了现有技术中存在的对于超高应力弹簧生产工艺，疲劳寿命达不到要求，端圈容易断裂的技术问题。 
本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤： 
第一步，进行原材料的选择和检查；
第二步，将钢丝胚料冷卷成型；
第三步，对冷卷成型后的弹簧进行去应力退火；
第四步，对弹簧的两端面进行磨削和端圈倒角；
第五步，氮化前进行抛丸强化处理，保证氮化表面不会出现斑点、氮化过程渗氮厚度均匀；
第六步，退磁清洗；
第七步，对弹簧进行表面氮化，控制白亮层厚度≤2μm，控制表面硬度825~975HV0.5；
第八步，氮化后的进行两次抛丸处理，提高疲劳寿命；
第九步，弹簧进行热强压处理；
第十步，检验与试验；
第十一步，表面防锈处理。
    由于本发明要求生产的是超高应力的弹簧，由于弹簧的应力要求是大于1250Mpa，因此就需要在工艺中进行氮化处理，以提高弹簧在超高应力条件下的耐疲劳程度。渗氮过程中，通常会出现渗氮不均匀，白亮层厚度过厚，虽然白亮层厚度大耐磨性好，但是表面脆性也大，容易形成疲劳源，造成疲劳断裂，为了保障在渗氮过程中能实现渗氮的厚度均匀，在渗氮前对弹簧进行表面强化处理，钢丸的硬度、强度和钢丸的直径都较大，其功效并不仅仅是为了清理弹簧表面氧化皮，而是为了确保弹簧在后续的氮化过程中，能有效抑制氮化表面出现斑点，使得弹簧表面达到一定的表面硬度，提高产品的疲劳寿命，同时，渗氮前对弹簧进行表面强化抛丸能修复弹簧在磨削和倒角时产生的端部缺陷（磨削和倒角伤痕、毛刺），确保产品在疲劳试验和使用中不产生端圈断裂。 
作为优选，所述的氮化前抛丸强化处理，钢丸直径为0.7mm，钢丸硬度为HV700级的，抛丸强度为0.30~0.45A，覆盖率≥90%。抛丸强度大，对弹簧表面进行强化，为后续的渗氮工艺提供保障。 
作为优选，所述的氮化处理时控制氮化层深度为0.08~0.12mm，控制距离弹簧表面0.05mm深度处的硬度≥650HV0.5，控制芯部硬度≥520HV10。氮化过程包括前处理-上料-抽真空-升温-渗氮气氛控制-保温-降温-下料-检验试验。通过氮化后，保证弹簧的表面硬度和强度，提高了在超高应力条件下的使用寿命。 
作为优选，弹簧氮化后经过两次抛丸；氮化后第1次喷丸用滚筒式抛丸机进行，采用0.8mm的钢丸，钢丸硬度HV800级，强度为0.45~0.55A，覆盖率≥90%；氮化后第2次喷丸用履带式抛丸机进行，采用0.4mm的钢丸，钢丸硬度HV640级，强度为0.25~0.35A，覆盖率≥100%。 
作为优选，原材料选用Si-Cr-V-Ni高强度超纯净油回火合金钢丝，脱碳和表面不良深度要求：无全脱碳，部分表面脱碳和表面缺陷的深度≤0.5%d，其中d为钢丝直径，非金属夹杂物：≤15um。强度好，提高后续的渗氮效果。 
作为优选，在第八步后剔除端圈夹杂的钢丸然后再进行第九步的热强压处理。强压效果好，不会因为钢丸夹杂其中造成弹簧表面压痕而影响疲劳寿命。 
作为优选，在第二步冷卷成型时，控制卷簧速度≤90只/分钟，在冷卷成型时自动探测剔除表面有缺陷的材料，对称控制端圈螺旋角，控制端圈的25°处间隙≤0.2mm，0.75圈的间隙不能大于工作圈的间隙。 
作为优选，第三步的去应力退火温度在410℃~430℃，时间为40~60分钟。 
作为优选，弹簧两端磨削面≥280°，端头厚度≥1.5d，距端头0.5圈处厚度≥0.65d  (d为材料钢丝线径)。在退磁清洗后，要求剩磁≤3高斯。弹簧的热强压在专用的全自动弹簧热强压机上进行。设定温度在200-260℃，控制静压时间30-40秒，压力设定、限位防错。弹簧的表面防锈处理应浸涂一种软膜防锈油，通过离心甩干时间控制油膜厚度。 
因此，本发明的超高应力双离合器弹簧制造工艺具备下述优点：利用渗氮工艺提高产品在超高应力条件下的使用寿命，保证500万次不失效，能够生产设计应力大于1250Mpa的超高应力离合器弹簧。同时为了保证渗氮效果，降低单圈的和端圈的断裂可能性，提高产品的性能。 
具体实施方式
下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。 
 实施例： 
一种设计应力>1250MPa的超高应力双离合器弹簧的制造工艺，具体如下：
选用符合要求的原材料:Ф3.85±0.025,OTEVA 90SC,Rm=2080-2180MPa。在数控卷簧
机上进行冷卷成型：总圈数5.0±0.05 圈，长度29.2±0.15，两端相邻圈25°处间隙
≤0.2mm，两端支撑圈间隙0-0.75圈均匀过渡、0.75圈间隙不能大于工作圈，卷簧成型速度＜90件/分，外径15.64±0.2作X～R控制、Cpk≥1.33（频次5件/小时），自动探测剔除表面有缺陷的材料。弹簧进行420℃去应力退火，保温时间为60分钟。弹簧两端面磨削，磨面角度280-300度，端头剩余厚度≥0.58mm，0.5圈厚度≥2.5mm。两端圈倒外角1*45°。氮化前抛丸处理，抛丸强度为0.30～0.45A，覆盖率≥90%。退磁清洗，要求剩磁≤3高斯。氮化指标：表面硬度835～975HV0.5、距弹簧表面0.05mm深度处的硬度≥650HV0.5、白亮层厚度≤2um、氮化层深度0.08～0.12mm、芯部硬度≥520HV10。弹簧氮化后经过两次抛丸；氮化后第1次抛丸用滚筒式抛丸机进行，采用0.8mm的钢丸，钢丸硬度HV800级，强度为0.45~0.55A，覆盖率≥90%；氮化后第2次抛丸用履带式抛丸机进行，采用0.4mm的钢丸，钢丸硬度HV640级，强度为0.25~0.35A，覆盖率≥100%。热强压：温度在240±5℃，控制静压时间35秒，压力设定、限位防错。全尺寸和外观缺陷通过自动影像分选机进行。检验试验：见下表：
  
Figure 2013103536497100002DEST_PATH_IMAGE002

Claims (8)

1.超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：
第一步，进行原材料的选择和检查；
第二步，将钢丝胚料冷卷成型；
第三步，对冷卷成型后的弹簧进行去应力退火；
第四步，对弹簧的两端面进行磨削和端圈倒角；
第五步，氮化前进行抛丸强化处理，保证氮化表面不会出现斑点、氮化过程渗氮厚度均匀；
第六步，退磁清洗；
第七步，对弹簧进行表面氮化，控制白亮层厚度≤2μm，控制表面硬度825~975HV0.5；
第八步，氮化后的进行两次抛丸处理，提高疲劳寿命；
第九步，弹簧进行热强压处理；
第十步，检验与试验；
第十一步，表面防锈处理。
2.根据权利要求1所述的超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：所述的氮化前抛丸强化处理，钢丸直径为0.7mm，钢丸硬度为HV700级的，抛丸强度为0.30~0.45A，覆盖率≥90%。
3.根据权利要求1或2所述的超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：所述的氮化处理时控制氮化层深度为0.08~0.12mm，控制距离弹簧表面0.05mm深度处的硬度≥650HV0.5，控制芯部硬度≥520HV10。
4.根据权利要求1或2所述的超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：弹簧氮化后经过两次抛丸；氮化后第1次抛丸用滚筒式抛丸机进行，采用0.8mm的钢丸，钢丸硬度HV800级，强度为0.45~0.55A，覆盖率≥90%；氮化后第2次抛丸用履带式抛丸机进行，采用0.4mm的钢丸，钢丸硬度HV640级，强度为0.25~0.35A，覆盖率≥100%。
5.根据权利要求1或2所述的超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：原材料选用Si-Cr-V-Ni高强度超纯净油回火合金钢丝，脱碳和表面不良深度要求：无全脱碳，部分表面脱碳和表面缺陷的深度≤0.5%d，其中d为钢丝直径，非金属夹杂物：≤15um。 
6.根据权利要求1或2所述的超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：在第八步后剔除端圈夹杂的钢丸然后再进行第九步的热强压处理。
7.根据权利要求1或2所述的超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：在第二步冷卷成型时，控制卷簧速度≤90只/分钟，在冷卷成型时自动探测剔除表面有缺陷的材料，对称控制端圈螺旋角，控制端圈的25°处间隙≤0.2mm，0.75圈的间隙不能大于工作圈的间隙。 
8.根据权利要求1或2所述的超高应力双离合器弹簧制造工艺，其特征在于：第三步的去应力退火温度在410℃~430℃，时间为40~60分钟。 
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