防止弹簧真空淬火变形的料盘及基于其的真空热处理方法与流程

1.本发明涉及一种防止弹簧真空淬火变形的料盘及基于其的真空热处理方法。


背景技术：

2.航空制造领域中，圆柱螺旋压缩弹簧广泛采用冷拉态合金弹簧钢丝(50crva冷拉钢丝、65si2mnwa冷拉钢丝等)制造，其制造工艺流程如下：
3.备料-成型-真空热处理-粗磨-立定处理-磨端面-加温加荷时效-精磨-去毛刺-退磁-氧化-加温加荷时效-检验。
4.上述工艺为圆柱螺旋压缩弹簧的自动化成型工艺，在成型过程中，圆柱螺旋压缩弹簧为无芯状态。
5.其中真空热处理的工艺包括真空淬火、真空回火及检验的过程，在真空淬火过程中，弹簧水平摆放在网状料盘中，由于料盘底部不平整，且自动化成型的弹簧为无芯状态，由于支撑点不均匀，会产生弯曲、错圈等变形问题。
6.为保证弹簧尺寸，一般真空淬火工艺中采用相应工装固定弹簧以减小淬火变形，具体为：在真空淬火时，将弹簧套在合适的芯轴上，减小弹簧在淬火过程中的变形；如中国专利cn108118135a公开一种防止弹簧淬火时产生变形的方法，在淬火工艺中，将套管套设在弹簧内孔中，防止弹簧变形。也可以在真空回火时，将弹簧装在专用回火夹具上，校正弹簧淬火时的变形。
7.无论是采用淬火时套芯轴固定，还是回火时装夹具校正的方法，其均需配套大量工装，生产效率较低，且当回火校正量较大时，弹簧钢丝表面有产生微裂纹的风险，影响弹簧质量。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种防止弹簧真空淬火变形的料盘及基于其的真空热处理方法，解决圆柱螺旋压缩弹簧真空淬火过程中弯曲、错圈变形问题，保证弹簧的质量，提高生产效率。
9.本发明的技术方案是提供一种防止弹簧真空淬火变形的料盘，其特殊之处在于：包括底盘组件、芯轴组件、支撑柱组件及连接架组件；
10.底盘组件包括两根支撑杆、两根第一锯齿形承重杆及至少两根平直承重杆；两根支撑杆相互平行，沿x方向延伸；两根第一锯齿形承重杆相互平行，沿y方向延伸，且两端分别与两根支撑杆的两端固定连接，形成矩形框架；至少两根平直承重杆相互平行，沿y方向延伸，沿x方向均布在两根第一锯齿形承重杆之间，且两端分别与两根支撑杆固定连接；
11.芯轴组件包括至少两根芯轴，至少两根芯轴沿x方向延伸，且相互平行，分布在底盘组件的两根支撑杆之间，各个芯轴两端搭接在第一锯齿形承重杆的齿槽内；相邻两根芯轴之间具有间隙，所述间隙的间距小于圆柱螺旋压缩弹簧直径的1-6mm；通过调节该间隙，可以适用于不同直径的圆柱螺旋压缩弹簧；
12.支撑柱组件包括四根支撑柱，四根支撑柱沿z方向延伸，底端分别固定在底盘组件支撑杆与第一锯齿形承重杆的连接位置处；支撑柱沿z方向有效尺寸大于圆柱螺旋压缩弹簧直径；
13.连接架组件包括四根连接杆与至少四根支撑梁，四根连接杆首尾相接组成与底盘组件矩形框架相适配的矩形连接框架；矩形连接框架中两两连接杆的连接部位处分别与四根支撑柱的顶端固定连接；四根支撑梁沿z方向延伸，均布在两两支撑柱之间，两端分别与矩形连接框架中的连接杆与底盘组件中的支撑杆或第一锯齿形承重杆固定连接。
14.进一步地，为了更加精确的提高弹簧的直线度，底盘组件还包括至少一根第二锯齿形承重杆，与上述两根第一锯齿形承重杆平行，且位于上述两根第一锯齿形承重杆之间，将底盘组件划分为左侧放料区域与右侧放料区域；
15.芯轴组件包括至少四根芯轴，均匀分布在左侧放料区域与右侧放料区域，各个芯轴两端搭接在相邻第一锯齿形承重杆和第二锯齿形承重杆的齿槽内；且位于左侧放料区域与右侧放料区域的芯轴一一对应，轴向中心线位于同一直线上。
16.进一步地，为了减小料盘组件的应力，平直承重杆、第一锯齿形承重杆、第二锯齿形承重杆与支撑杆采用孔轴配合加氩弧焊的方式实现固定连接。
17.进一步地，每根芯轴的直线度小于0.05mm；为了防止划伤圆柱螺旋压缩弹簧，每根芯轴表面粗糙度小于0.8。
18.进一步地，底盘组件和芯轴组件选用高温变形小的奥氏体不锈钢材料。
19.进一步地，为了防止芯轴及圆柱螺旋压缩弹簧掉落，在料盘四周固定有不锈钢铁丝网。
20.进一步地，相邻两根平直承重杆之间的间距相等。
21.进一步地，支撑柱底端通过氩弧焊方式固定在底盘组件支撑杆与第一锯齿形承重杆的连接位置处；支撑柱顶端通过氩弧焊方式固定在矩形连接框架中两两连接杆的连接部位处；支撑梁两端通过氩弧焊方式分别与矩形连接框架中的连接杆、底盘组件中的支撑杆或第一锯齿形承重杆固定连接。
22.本发明还提供另一种防止弹簧真空淬火变形的料盘，其特殊之处在于：包括叠层设置的n个上述任一防止弹簧真空淬火变形的料盘，其中n为大于等于2的正整数。叠层设置可进一步提高圆柱螺旋压缩弹簧的生产效率。
23.本发明还提供一种基于上述防止弹簧真空淬火变形的料盘对弹簧进行真空热处理的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
24.步骤1、根据待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧直径大小，设置相邻两根芯轴之间的间距；
25.相邻两根芯轴之间的间距一般应小于待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧直径的1-6mm，且保证相邻的圆柱螺旋压缩弹簧不应出现干涉情况；
26.步骤2、固定芯轴；
27.按设置好的芯轴间距，依次将芯轴摆放、固定在底盘上，使芯轴两端正好位于第一锯齿形承重杆或相邻第一锯齿形承重杆和第二锯齿形承重杆的齿槽内；
28.步骤3、摆放待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧；
29.将待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧摆放在相邻两个芯轴之间，圆柱螺旋压缩弹
簧的中心轴与芯轴平行；
30.当相邻两根芯轴之间摆放多根圆柱螺旋压缩弹簧时，相邻圆柱螺旋压缩弹簧的首末圈应保持3-5mm的间隙；
31.步骤4、将料盘送入真空炉内；
32.将摆放好圆柱螺旋压缩弹簧的料盘移动到真空炉送料车上，检查弹簧移位情况，并适当调整弹簧位置，然后由自动送料装置将料盘送入真空炉中，进行热处理；
33.步骤5、淬火处理；
34.将热处理后的圆柱螺旋压缩弹簧进行淬火处理。
35.进一步地，步骤3中，若待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧质量过轻，则在弹簧上铺一层不锈钢网，防止弹簧由于转移、油冷过程中漂移。
36.本发明的有益效果是：
37.1、本发明提供的防止圆柱螺旋压缩弹簧真空淬火变形的料盘，由底盘组件、芯轴组件、支撑柱组件及连接杆组件等组件构成；底盘设计平直承重杆及锯齿形承重杆；锯齿形承重杆可与芯轴配合，使芯轴实现不同间距。真空热处理时，首先根据待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧直径大小，设置合适的芯轴间距；然后按设置好的芯轴间距，依次将芯轴摆放、固定在底盘上；再将弹簧摆放在相互平行的两根芯轴之间；最后将摆放好弹簧的真空淬火料盘移动到真空炉送料车上，由自动送料装置将料盘送入真空炉中，进行真空淬火。
38.通过合理设计圆柱螺旋压缩弹簧真空淬火料盘，采用将弹簧摆放在相互平行的两根芯轴之间的方式，在真空淬火时，两根芯轴对弹簧的轴向进行限位，避免了圆柱螺旋压缩弹簧在真空淬火过程中弯曲、错圈问题，保证圆柱螺旋压缩弹簧真空热处理后尺寸满足设计要求，并提高生产效率，保证了弹簧的质量。
39.2、本发明还提供一种叠层设置的料盘，可以实现大批量圆柱螺旋压缩弹簧的真空淬火，可以实现批量化生产。
40.3、本发明芯轴的直线度小于0.05mm，使得摆放在相互平行的两根芯轴之间的圆柱螺旋压缩弹簧的直线度小于0.1mm，弹簧质量精度较高。
41.4、本发明底盘两侧为锯齿形承重杆，芯轴两端固定在齿槽内，可保证芯轴的稳定性，最终保证圆柱螺旋压缩弹簧质量。
42.5、本发明可通过调整相邻两根芯轴之间的间距，对不同直径的圆柱螺旋压缩弹簧进行固定。
附图说明
43.图1是待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧的结构示意图；
44.图2是本发明实施例1中防止弹簧真空淬火变形的料盘的结构示意图；其中a为主视图，b为俯视图；
45.图3是本发明实施例1中防止弹簧真空淬火变形的料盘的底盘组件结构示意图；其中a为主视图，b为俯视图；
46.图4是本发明实施例2中防止弹簧真空淬火变形的料盘的结构示意图；其中a为主视图，b为俯视图；
47.图5是本发明实施例2中防止弹簧真空淬火变形的料盘的底盘组件结构示意图；其
中a为主视图，b为俯视图；
48.图6为本发明实施例1和实施例2中防止弹簧真空淬火变形的料盘的支撑柱组件与连接架组件的局部结构示意图；
49.图中附图标记为：1-支撑杆，21-第一锯齿形承重杆，22-第二锯齿形承重杆，3-平直承重杆，4-芯轴，5-支撑柱，6-连接杆，7-支撑梁。
具体实施方式
50.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
51.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
52.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在其他实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
53.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。此外，术语“第一或第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
54.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.实施例1
56.本实施例防止弹簧真空淬火变形的料盘结构如图2所示，包括底盘组件、芯轴组件、支撑柱组件及连接架组件，用于固定如图1所示的圆柱螺旋压缩弹簧。
57.底盘组件的具体结构如图3所示，从图中可以看出，底盘组件由x方向延伸的两根支撑杆1和y方向延伸的两根平直承重杆3、两根第一锯齿形承重杆21组成，两根第一锯齿形承重杆21的两端分别与两根支撑杆1的两端固定连接，形成矩形框架；两根平直承重杆3沿x方向分布在两根第一锯齿形承重杆21之间，且两端分别与两根支撑杆1固定连接。当然在其他实施例中平直承重杆3的数量可以根据具体需求以及矩形框架的尺寸进行设置，为了保证受力均匀，相邻平直承重杆3之间的距离相等。平直承重杆3和第一锯齿形承重杆21位于同一平面内，可保证芯轴4处于同一水平。为了减小料盘应力，平直承重杆3、第一锯齿形承重杆21与支撑杆1采用孔轴配合加氩弧焊的方式固定。
58.结合图2，可以看出，本实施例芯轴组件包括两根沿x方向延伸的芯轴4，分布在底盘组件的两根支撑杆1之间，各个芯轴4两端搭接在相互平行的两根第一锯齿形承重杆21上，并且位于第一锯齿形承重杆21的齿槽内，每根芯轴4的直线度不大于0.05mm；相邻两根
芯轴4之间具有间隙，间隙的间距小于圆柱螺旋压缩弹簧直径的1-6mm。当然在其他实施例中芯轴4的数量可以根据具体需求进行设置。通过调整相邻两根芯轴4之间的间距，可以适用于不同直径的圆柱螺旋压缩弹簧。为了防止划伤圆柱螺旋压缩弹簧，各芯轴4表面粗糙度小于ra0.8。底盘组件和芯轴4选用高温变形小的奥氏体不锈钢材料。
59.结合图2与图6，可以看出，本实施例支撑柱组件包括四根沿z方向延伸的支撑柱5，四根支撑柱5的底端通过氩弧焊方式分别固定在底盘组件支撑杆1与第一锯齿形承重杆21的连接位置处；支撑柱5沿z方向有效尺寸大于圆柱螺旋压缩弹簧直径；本实施例连接架组件包括四根连接杆6与八根支撑梁7，四根连接杆6首尾相接组成与底盘组件矩形框架相适配的矩形连接框架；矩形连接框架中两两连接杆6的连接部位处分别与四根支撑柱5的顶端通过氩弧焊方式固定连接；八根支撑梁7沿z方向延伸，均布在两两支撑柱5之间，两端通过氩弧焊方式分别与矩形连接框架中的连接杆6与底盘组件中的支撑杆1或第一锯齿形承重杆21固定连接。当然在其他实施例中支撑梁7的数量可以根据具体需求进行设置。同时为了防止芯轴4及圆柱螺旋压缩弹簧掉落，在料盘四周固定有不锈钢铁丝网。
60.利用该料盘，通过下述过程可对圆柱螺旋压缩弹簧进行真空热处理：
61.步骤1、根据待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧直径大小，设置芯轴4间距；
62.注：芯轴4间隙一般应小于弹簧直径的1-6mm，且保证相邻弹簧不应出现干涉情况。由于不同材料而真空热处理弹簧直径变形规律不同，例如50crva钢丝制弹簧真空热处理过程中弹簧直径缩小，若芯轴4间距与弹簧直径接近，可能产生真空热处理后小于芯轴4间距，使弹簧穿过芯轴4间隙调入真空炉油槽中，弹簧设计芯轴4间距时应考虑弹簧直径变化规律。
63.步骤2、按设置好的芯轴4间距，依次将芯轴4摆放、固定在底盘上，使芯轴4的两端固定在第一锯齿形承重杆21的齿槽内，防止芯轴4滚动。
64.步骤3、将待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧摆放在相邻两个芯轴4之间，圆柱螺旋压缩弹簧的中心轴与芯轴4平行；
65.注：当相邻两根芯轴4之间摆放多根圆柱螺旋压缩弹簧时，相邻弹簧的首末圈应保持3-5mm的间隙。若弹簧质量过轻，应在弹簧上铺一层不锈钢网，防止弹簧由于转移、油冷过程中漂移。
66.步骤4、将摆放好弹簧的真空淬火料盘移动到真空炉送料车上，检查弹簧移位情况，并适当调整弹簧位置，然后由自动送料装置将料盘送入真空炉中；
67.注：转移过程中应缓慢，防止料盘磕碰，且应尽量保持水平，减少因料盘振动导致弹簧移位情况。
68.步骤5、将完成步骤4之后的待真空热处理的螺旋压缩弹簧进行淬火处理。
69.实施例2
70.本实施例防止弹簧真空淬火变形的料盘结构如图4所示，也是包括底盘组件、芯轴组件、支撑柱组件及连接架组件，用于固定如图1所示的圆柱螺旋压缩弹簧。与实施例1不同的是，结合图5，可以看出本实施例底盘组件还包括第二锯齿形承重杆22，与前述两根第一锯齿形承重杆21平行，且位于前述两根第一锯齿形承重杆21之间，将底盘组件划分为左侧放料区域与右侧放料区域。本实施例平直承重杆3为四根，两两均布在左侧放料区域与右侧放料区域。芯轴组件包括四根芯轴4，均匀分布在左侧放料区域与右侧放料区域，各个芯轴4
两端搭接在相邻第一锯齿形承重杆21和第二锯齿形承重杆22的齿槽内；且位于左侧放料区域与右侧放料区域的芯轴4一一对应，轴向中心线位于同一直线上。从图4可以看出，本实施例连接架组件支撑梁7的数量也与实施例1不同，本实施例包括16根支撑梁7，可以实现更稳固的支撑。本实施例的整体结构相对于实施例1能够更加精确的提高弹簧的直线度。
71.利用该料盘，通过下述过程可对圆柱螺旋压缩弹簧进行真空热处理：
72.步骤1、根据待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧直径大小，设置芯轴4间距；
73.注：芯轴4间隙一般应小于弹簧直径的1-6mm，且保证相邻弹簧不应出现干涉情况。由于不同材料而真空热处理弹簧直径变形规律不同，例如50crva钢丝制弹簧真空热处理过程中弹簧直径缩小，若芯轴4间距与弹簧直径接近，可能产生真空热处理后小于芯轴4间距，使弹簧穿过芯轴4间隙调入真空炉油槽中，弹簧设计芯轴4间距时应考虑弹簧直径变化规律。
74.步骤2、按设置好的芯轴4间距，依次将芯轴4摆放、固定在底盘上，使芯轴4的两端固定在第一锯齿形承重杆21和第二锯齿形承重杆22的齿槽内，防止芯轴4滚动。且位于左侧放料区域与右侧放料区域的芯轴4一一对应，轴向中心线位于同一直线上。
75.步骤3、将待真空热处理的圆柱螺旋压缩弹簧摆放在同侧放料区域的相邻两个芯轴4之间，圆柱螺旋压缩弹簧的中心轴与芯轴4平行；
76.注：当相邻两根芯轴4之间摆放多根圆柱螺旋压缩弹簧时，相邻弹簧的首末圈应保持3-5mm的间隙。若弹簧质量过轻，应在弹簧上铺一层不锈钢网，防止弹簧由于转移、油冷过程中漂移。
77.步骤4、将摆放好弹簧的真空淬火料盘移动到真空炉送料车上，检查弹簧移位情况，并适当调整弹簧位置，然后由自动送料装置将料盘送入真空炉中；
78.注：转移过程中应缓慢，防止料盘磕碰，且应尽量保持水平，减少因料盘振动导致弹簧移位情况。
79.步骤5、将完成步骤4之后的待真空热处理的螺旋压缩弹簧进行淬火处理。
80.实施例3
81.与实施例1和实施例2不同的是，本实施例料盘包括叠层设置的多层实施例1或实施例2所述的料盘。叠层数量可以为两层、四层等，可根据具体需要进行设置。相对于实施例1与实施例2的料盘，本实施例可以对大批量圆柱螺旋压缩弹簧进行固定，进行真空淬火，完成批量化生产。