某弹簧零件工艺制造应用研究

田转丽　王海峰　李金荣

[摘 要]某弹簧零件主要应用于某重点型号及相关系列飞机上，使用数量较大；但此弹簧零件在生产制造过程中合格率一直很低，造成零件报废较多，原材料浪费现象甚为严重；而且此弹簧零件的生产制造过程中工序繁多，工艺复杂，影响因素较多，各个工序对零件的影响也各不相同；为了满足此弹簧零件生产需求，提高此项零件的合格率，找出不合格原因，并提出解决方案，所以，很有必要对此项拉伸弹簧工艺参数及制造作分析与研究。

[关键词]拉伸弹簧；最大许用载荷；中径；自由高度；间隙；合格率

中图分类号：TS706 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0083-01

引言

某弹簧属于拉伸弹簧，此拉伸弹簧主要应用于某重点型号及相关系列飞机上，使用数量较大；但此项拉伸弹簧在生产制造过程中合格率一直很低；而且此拉伸弹簧的生产制造过程中工序多，工艺复杂，影响因素较多，各个工序对零件的影响也各不相同；此项拉伸弹簧存在的主要问题是最大许用载荷（P）偏高，自由长度（H0）超长，弹簧圈与圈之间的间隙超差。为了解决此拉伸弹簧存在的问题，就要深入分析与研究此项拉伸弹簧各参数与最大许用载荷（P）、自由长度（H0）、弹簧圈与圈之间的间隙的关系，以及各工序对这三方面的影响。

正文

针对此项拉伸弹簧存在的最大许用载荷（P）偏高，自由长度（H0）超长，弹簧圈与圈之间的间隙超差的主要问题，下面就这三方面逐个问题进行详细深入的分析与研究。

首先来分析最大许用载荷（P），从公式P=πd3/8DK[τ]和f=8PD3/Gd4可知，使用温度K、许用应力[τ]、剪贴弹性模量G、单圈变形量f均为定值，所以弹簧中径D和钢丝直径d是影响最大许用载荷的主要因素，而钢丝直径d在实际生产中每批原材料都是定值，由于此项拉伸弹簧最大许用载荷（P）偏高，再结合以上公式我们应该选择中径D偏大，也就是说尽量将弹簧中径制造成偏上差，最大许用载荷（P）就会相应降低。

然后来分析自由高度（H0）和弹簧圈与圈之间的间隙问题，从公式H0=d（n+1）+Dn中可得出，原则上可以减少工作圈n来控制自由长度的超长，但减少工作圈n将影响到弹簧圈与圈之间的间隙会增大，单圈变形量也会增加，也就会影响最大许用载荷的增加；所以减少工作圈的方法是不可取的。

下面分析制造过程，此项拉伸弹簧的工艺流程为：原材料检测——车工——热处理——钳工——热处理（淬火+回火）——立定处理（拉伸）——加温加荷时效——吹砂——半成品检验（测力）——表面处理——加温加荷时效——完工标识——成品检验

拉伸弹簧工作图如图1：

按因果关系，用鱼刺图从人、机、料、法、环、测等方面分析产生此拉伸弹簧最大许用载荷（P）、自由长度（H0）、弹簧圈与圈之间的间隙超差的原因，如图2：

从上图可看出：设备方面，检查生产设备是否陈旧、老化，经检查车床、夹具、拉伸试验机等都合格。人员方面，参与弹簧制造的操作工人年轻，缺乏经验，技术水平低也可能导致零件制造不合格；操作工没有严格按工艺规程执行可能导致零件不合格，经核实操作工人都是高级工和技师。环境方面，生产制造环境脏、乱、差也可能造成零件生产不合格；经检查制造环境都满足文件要求。测量方面，检验人员使用的工量具或测力机未校验；未按文件要求检测，致使零件测量不准确；经核查测量工具都在校验期内。对于材料方面，此项拉伸弹簧使用材料为65Si2MnWA，材料状态有回火、冷拉、冷拉+银亮等，材料形状有盘状钢丝和直条状态钢丝，材料状态和形状的选择不当，可能造成零件生产不合格；工艺方法方面是重要因素，绕制时中径的选择，热处理温度和时间的选择需要根据具体情况而定，加温加荷时效的温度对拉伸弹簧的间隙和自由长度有一定的影响；由于此拉伸弹簧还未到表面处理工序就不合格，所以表面处理的影响可以排除。

从以上分析可得出影响此项拉伸弹簧最大许用载荷（P）、自由长度（H0）、弹簧圈与圈之间的间隙的因素可能是材料、中径、热处理、加温加荷时效。下面通过试验来具体分析：

（1）对于材料方面，用盘状钢丝冷拉材料和直条状态冷拉+银亮钢丝分别试验对比

（2）要得到合适的中径，就要选择合适的芯棒；对于此拉伸弹簧由于前面已经分析出需选择偏上差的中径，所以要选择偏上差的芯棒，来保证所需合适的中径；

（3）由于此项拉伸弹簧相对钢丝直径较大（d=4.0），自由高度（H0=189）较长，在热处理方面淬火保温时间的选择应慎重，为了保证零件的淬透性和淬火质量，保温时间的选择应相对加长；选用淬火保温时间7分钟和20分钟分别试验对比。

（4）因为此项拉伸弹簧所使用材料为65Si2MnWA，所以根据航标规定须进行两次加温加荷时效处理，第一次加温加荷时效是将拉伸弹簧拉伸到其最大许用载荷下的高度H（H=H0+F）在一定的温度下保持不少于7小时，第二次是将弹簧拉伸到其最大工作载荷下的高度，保持48小时；由于第一次加温加荷时效处理航标规定温度为120±10℃，但文件中允许采用高于工作温度20±10℃（60+20±10℃）进行，所以我们选用120±10℃和80±10℃两种不同的温度进行第一次加温加荷时效试验，以便对比试验结果。

通过以上试验结果对比，仔细分析，认真的现场调查，得出结论是：材料方面，此项拉伸弹簧使用材料为65Si2MnWA，从实际生产来看采用材料状态为冷拉+银亮的直料比回火的盘料效果要好；对于工艺方法，选择偏上差的芯棒来保证中径偏上差，从而降低最大许用载荷；热处理方面淬火保温时间用20分钟的比用7分钟的零件淬透性和淬火质量都较好；第一次加温加荷时效的温度用80±10℃的比用120±10℃的零件圈与圈之间的间隙要小（不大于0.1mm），满足文件要求，圈与圈之间的间隙减小了，每圈之间间隙减小累计起来，自由长度也就相应减小，从而保证此拉伸弹簧自由长度尺寸也合格。

结论

经过认真仔细的分析与研究，借助不同参数进行试验对比的方式，得出影响此拉伸弹簧最大许用载荷（P）偏高，自由长度（H0）超长，弹簧圈与圈之间的间隙超差的因素有四方面：原材料状态和形状、中径、热处理参数、加温加荷时效温度。原材料应选用冷拉+银亮的直料，中径选择偏上差的尺寸，热处理淬火时间选用20分钟，加温加荷时效温度选用80±10℃进行处理，经过这些参数的改进，就能很好的保证此拉伸弹簧的最大许用载荷、自由长度、弹簧圈与圈之间的间隙的合格。

现场生产中，经过工艺参数的改进，大大的提高了此拉伸弹簧的合格率，同时降低了操作工人的劳动强度，缩短了生产周期；更好地提高了产品质量，很大程度地节约了生产成本，提高了生产效率。

参考文献

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[2] 石淑琴，尹学武.碳素、合金钢丝制圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧设计与制造HBZ/Z18-83.航空工业部，1984：24.

[3] 石淑琴，尹学武.碳素、合金钢丝制圆柱螺旋拉伸弹簧HB3-54-83～HB3-55-83.航空工业部，1984：16.