65Si2MnWA制密绕拉伸弹簧时效后簧圈缝隙超差原因分析

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65Si2MnWA制密绕拉伸弹簧时效后簧圈缝隙超差原因分析口 阮新科中航起 落架燎原分公司 陕西汉 中 723200摘 要 ：通过试验 ，分析拉仲弹簧制造过程 中引起簧 圈缝隙超差的原 因，优化制造过程 ，解决簧 圈缝隙超 差问题 。

关键词 ：时效 吹砂 加温加载荷 缝隙 超差中图分类号：TH162~．1 文献标识码：B 文章编号：1000—4998(2013)10—0056—0365Si2MnWA是亚共 析半 马 氏体 型高 级 弹簧钢 ．热处 理 后 具 有 很 高 的 屈 服 强 度 、 弹 性 极 限 和 疲 劳 极 限 ，主 要 用 于 制 造 飞 机 用 弹 簧 等 。 随 着 国 内航 空 产 业 的不断 发展 ，对该 材料 制 造 的拉 伸 弹簧 的需 求 不断 增 多 。

由 于 65Si2MnwA 制 弹 簧 按 照 HB3—56等 标 准 的 要求 ，需 进 行 l20℃保 温 7 h的 加 温 加 载 荷 时 效 ，托 簧 时效 后簧 圈 缝 隙超 差 ，既 不能 保证 标 准 规定 的 ≤0．1 mm的要 求，同时也 导致 弹 簧 自由长 度 不能满 足 设计 要求 。

从 而 造 成 弹 簧 报 废 。

拉 伸 弹 簧形 状 如 图 l所示 。 在 某 型 号产 品 研 制 过 程中 ，其 中有 3种 拉簧 均 为 65Si2MnWA材料 ．钢丝 直 径分 别 为 1．5、2．0、3．5 mlTl，其 在制 造 过程 中 的簧 圈缝 隙超 差严 重制 约 了产 品的交付 。笔者 结合 弹簧 制造 工艺流 程 ，研 究 造 成 簧 圈 缝 隙 超 差 的 主 要 原 因 。

1 制造流程及工艺试验1．1 制 造 流 程65Si2MnWA 材 料 的 拉 伸 弹 簧 制 造 流 程 如 下 ：领 料 一 车 工一 回火一 钳 工一 热 处 理一 送 理 化一 检 验 一 钳 _T一 回 火 一 检 验 一 时 效 一 检 验 一 吹 砂 一 检验 一 表 面 处 理一 时 效 一 检 验 1．2 工 艺 试 验 由 于 第 一 次 时 效 前 的 工 序 不 会 造 成 弹 簧 簧 圈 开缝 ，即 使 钳 T 成 型 (耳 钩 )过 程 造 成 的 微 小 缝 隙 ．也 会在 淬 火 过 程 中 利 用 绑 扎 的 方 式 通 过 材 料 奥 氏 体 化 进行 消 除 。实 际 生 产 中 ，由 于 时 效 后 有 氧 化 皮 等 存 在 ，缝隙难 于 辨 别 ，吹砂 后 即发 现 明显 缝 隙 ，故 工艺 试 验 主要 通 过 研 究 时 效 和 吹 砂 的 过 程来 分 析 拉 簧 缝 隙超 差的 原 因 。

1．2．1 试件 的制作试 件 制 造 材 料 分 别 为 65Si2MnWA 和 70E．其 中规 格 为 2．0 mFIl的 70E 拉 伸 弹 簧 模 拟 件 ，用 于 验 证 预 紧收稿 日期 ：2013年 3月画 2013／10力对簧 圈开 缝 的影响 ，试件参 数及 标识 见 表 1。试 件在成型 后 ．70E制 弹 簧进 行 260℃保温 30 min的去 应力回火 处 理 ：65Si2MnW A 制 试 件 进 行 淬 火 850 ℃保 温 5min、回 火 440 oC保 温 40 min的 最 终 热 处 理 ，热 处 理 后弹簧 钢丝强 度 1 790 MPa(要 求 1 520～l 810 MPa)。对热 处 理 后 钢 丝 直 径 为 2．0 mm 的 70E 及 65Si2MnWA弹簧 分别进 行测 力 ，70E制 弹簧 的 力值 明显高 于 后者 ，证 明 了 70E拉 簧簧 圈预 紧力 的存 在 。

表 1 试件参数及标识弹簧材料 钢丝直径／mm 弹簧圈数 弹簧外径／mm 试件编号1．5 29．5 12 1—1～1—965Si2MnWA 2．O 37．25 14 2—1～2—93．5 28．5 25 3—1—3-970E 2．O 37_25 14 4—1-4-91．2．2 工 艺 试 验 1每 组 弹簧 各取 3件 。分别 按 表 2要 求 的 变化 量 进行拉 伸 ．并进 行 120℃保温 7 h空 冷 的加 温加 载荷 时效 处 理 。 由于 时 效 后 需 进 行 表 面 电 镀 处 理 ，表 面 预 处理 时 为 方便 内腔 的清 洁 ，通 常 吹砂 时将 拉 簧 拉 开 (见图 2)。本 组试 验 即将弹 簧在 拉开 状态下 进 行吹砂 。弹簧 时效 后及 吹砂 后 的长 度变 化见 表 2，吹砂 后 的 弹簧开缝 情 况见 图 3。

表 2 工艺试验 1数据记录表时效拉伸 时效后长度 吹砂后一时 试件编号 备注长度／mm 变化 △／mm 效后 A／mm1—1～l～3 45．15 0．8、0．6、1．0 4．5、4．4、4．0 目视有均匀缝隙2—1～2-3 54 0．6、0．8、0．5 4、3、3 目视有均匀缝隙3—1～3-3 76．1 0．3、0．2、0．2 1．0、0．8、0．6 目视有均匀缝隙4一l～4～3 54 无明显变化 无 明显变化 目视无缝隙1．2．3 工 艺 试 验 2每 组 弹簧 各取 3件 ，分别 按 表 3要求 的变 化 量进行 拉 伸 ．并 进 行 120℃保 温 7 h空 冷 的 加 温 加 载 荷 时效 处 理 ．时 效 后 的 弹 簧 在 自 由 状 态 下 吹 砂 。 弹 簧 时 效后 及 吹砂 后 的长度 变化 见 表 3，吹砂 后 的弹 簧开 缝情况 见 图 41-2．4 工 艺 试 验 3机械制造51卷 第590期
拉扭加载下缺 口参数对轴疲劳寿命的影响口 郑建欣兰州理工大学 机 电工程学院 兰州 730050摘 要：讨论了缺 口几何参数对缺口轴疲劳寿命的影响。建立缺口轴在拉扭载荷作用下的力学模型，运用有限元软件计算缺口根部的局部应力应变，根据 Von Mises等效应变法计算缺口轴在不同半径、深度、张开角下的寿命。结果表明，缺口轴疲劳寿命 随缺 口半径 r的增加而增加 ，随缺 口深度 t的增加 而降低 ；当 r和 t一定时 ，缺 口张开角 对圆轴疲劳寿命的影响程度较小。

关键词：拉扭载荷 缺口参数 应变分布 疲劳寿命中图分类号：TH1 14；0346 文献标识码：A 文章编号：1000—4998f2013)10—0058—03轴 是 工 程 中 的 重 要 零 部 件 ，在 实 际 应 用 中 ．轴 不可 避 免 地 存 在 各 种 缺 口 和 缺 陷 ，而 这 些 缺 口 或 者 缺 陷因 为应力 集 中的存 在往 往 成 为疲 劳 的敏 感部 位 ，决 定着 轴 的使 用 寿命 。并且 这 些缺 口规格 不 一 ，因 此研 究缺 口参 数 对 轴 类 零 件 疲 劳 寿 命 的 影 响 是 很 有 必 要 的 。

文献 『l，2]讨 论 了拉 伸 和 弯 曲 载 荷作 用 下 环 行切 口试件 的应 力集 中系数 。文献 『3，4]分 析 了在扭转 和拉 弯载荷 作 用 下 切 口 参 数 对 轴 的 应 力 场 强 的 影 响 。 文 献 『5～7]用数 值模 拟 数 据得 到 缺 口根部 的应 力应 变 响应 ．对构 件进 行 寿命 估 算 。文 献 [8]利 用 弹塑 性 有 限元 法 对缺 口 进 行 分 析 ．得 到 了 缺 口根 部 的 局 部 应 力 应 变 数据 ，并 用 KBM 法 和 STW 法 预 测 缺 口件 的 疲 劳 裂 纹 萌生 寿 命 ，预 测 误 差 在 两 个 因 子 之 内 。 文 献 [9～11]利 用维 有 限 元 方 法 对 不 同 缺 口 (椭 圆 、圆 )根 部 表 面 裂 纹和 角 裂 纹 的应 力 强 度 因 子 进 行 了分 析 。在 此 基 础 上 。

笔 者 利 用 弹 塑 性 有 限元 计 算 拉 扭 加 载 下 切 口尖 端 的局 部 应 力应 变 ．利 用寿命 计 算 公式 分 析切 口参 数 对 轴疲 劳 寿命 的影 响。

利 用 ANSYSIO．0有 限 元 分 析 软 件 ，建 立 缺 口轴 的维 实 体 模 型 ．加 载 并 求 解 ，得 到拉 扭 加 载 下 缺 口根部 的局部 应力 应 变分 布 ，然后 利 用 Von Mises等效 应收稿 日期 ：2013年 4月簧 圈 之 间 没 有 预 紧 力 存 在 。且 在 时 效 过 程 中发 生 屈 服 .

时效 和吹砂 工 序均会 引起 簧 圈开缝 ，但 时效 后 的弹簧开缝 微小 ，经 过拉伸 或 自由状 态 吹砂后 ，簧 圈缝 隙急 剧增大 ，导致 簧 圈 间隙和 拉簧 自由长 度超 差 。

3)65Si2MnWA等 经过 时 效 的 弹簧 ．可 以通 过 绑扎后 进行 吹砂 的方 式来 减小 簧圈 间 隙。

4)时效 和 吹 砂 工序 对 簧 圈 开缝 的影 响趋 势 随 着钢 丝 直 径 的变 粗 而 逐 渐 减 小 。

5)对 小 规 格 65Si2MnWA 制 拉 伸 弹 簧 ．应 以 最 终2013／10变 法 ，计 算 缺 口轴 在 不 同 半 径 、深 度 、张 开 角 下 的 寿命 ．并 绘 制 出 变 化 曲 线 ，从 而 得 到 在 拉 扭 加 载 下 缺 口的几 何参 数对轴 疲 劳寿命 的影 响 。

1 缺 口轴的描述参量在 安 全 设 计 中 ，缺 口 轴 的 疲 劳 寿 命 N 与 缺 口处 的应 力 集 中 系数 有 关 ，应 力集 中 系数 越 大 ，疲 劳 寿命 越小 。所 以 缺 口的 应 力 集 中 系 数 是 轴 疲 劳 寿 命 的 重 要 设计 依据 。具有 环 形切 口的轴 缺 口模 型 如 图 1所示 ，其应 力 集 中 系 数 用 缺 口半 径 r、缺 口深 度 t、缺 口 张 角来 描述 。即缺 口尖 端 附 近 的应 力 集 中 系数 是 缺 口参 数r、t、 和 轴 的 几 何 尺 寸 0、b的 函 数 ：k 6，r，￡， ) (1)··+ 一+ ·+ “-4-·+ -+ + 一+ 一+ 一+ 一—+一一-4---+---4-一+ --4-一—+一n—+一．-+-一—+一--4"-一—-卜 —--卜·热处 理 (淬火 +回火 )状 态 供 料 ，改善 工 艺 流程 ，使 簧 圈之 间 产 生 预 紧 力 。避 免 簧 圈 开 缝 对 产 品 质 量 的 影 响 。

参考文献[1] 罗辉．机械弹簧制造技术[M]．北京：机械工业出版社，1987.

[2] 机械工业部统编．弹簧制造工艺学[M]．北京：机械工业出版社 ．1988.

『3] HB3—56—2008，碳素、合金钢丝制圆柱螺旋压缩、拉伸弹簧规范 『S]． △ (编 辑 丁 罡 )机械制造51卷 第590期