某弹簧螺纹部分热处理保护标准化工艺改进与应用

某弹簧螺纹部分热处理保护标准化工艺改进与应用

田转丽、牛博雅、段党全、李彦峰、梁霄、王柯、卢剑飞

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西 西安 710089

【摘 要】某弹簧零件属于拉伸弹簧,弹簧两端有螺纹制造要求，利用螺纹与其它装配零件进行连接，为了保证装配的牢固可靠，螺纹制造必须重点控制，需要获得螺纹合适的硬度强度，螺纹热处理过程尤为重要。此项拉伸弹簧在使用过程中曾出现螺纹处断裂现象。鉴于以上原因，梳理弹簧制造过程，剖析螺纹断裂原因，整理出改进方案，优化弹簧制造工艺方法——螺纹保护标准化。此弹簧零件主要应用于某重点型号系列飞机上，为了满足生产需求，很有必要对此弹簧螺纹保护标准化过程作分析与研究。

【关键词】热处理、螺纹、螺纹保护标准化、石棉粉

1.引言

某弹簧零件属于拉伸弹簧，生产制造过程中工序多，工艺复杂，影响因素多，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在使用过程中出现螺纹部分断裂现象。为了解决此问题，需对弹簧工艺流程及制造过程进行分析与研究，优化弹簧制造工艺方法——螺纹部分保护标准化。

2.正文

针对此弹簧螺纹部分断裂的问题，对此拉伸弹簧工艺流程及制造过程进行分析与研究，优化弹簧制造工艺方法——螺纹部分热处理保护标准化。

2.1问题描述

此弹簧螺纹制造要求电镀前螺纹尺寸为M10×1.5-5g6g。为防止螺纹部分氧化脱碳导致尺寸变化较大，在空气炉进行热处理时，使用石棉材料对螺纹部分进行保护，热处理淬火温度高（850℃±10℃），石棉材料能很好地耐高温，石棉的纤维柔软，具有较好的胶接力和延展性，热稳定性好，抗拉强度高，耐磨耐腐蚀，密封性好，适用于螺纹类等表面形状有尖角的零件热处理保护。

具体方法是将石棉粉和水按适当比例混合并搅拌，获得合适的石棉膏体，用合适大小的石棉膏包裹弹簧两端螺纹部分，达到热处理过程中保护螺纹部分的目的。旧工艺一直采用手工方式进行包覆，因为手工操作方式存在个体差异，导致螺纹部分保护用石棉球大小不一致，同热处理炉次螺纹热处理存在一定差异，标准化程度差。

2.2石棉保护的标准化

为了实现石棉保护的标准化，必须保证所用石棉材料的标准化以及石棉膏体外形及大小的标准化。

2.2.1石棉材料标准化：由于旧石棉粉使用多年，且生产任务量大，原石棉粉使用殆尽，通过查询原材料供应商目录，确认石棉粉供应商，确定石棉粉规格为100目，执行标准为JC9《膨胀珍珠岩》，并以此进行采购。

2.2.2石棉外形标和大小准化：制作石棉保型模具，采用不同外形和不同尺寸大小的石棉保型模具，改变石棉膏体外形及尺寸，实现不同的螺纹保护效果，通过验证螺纹处热处理硬度是否达到设计要求来验证保护效果。

3.实施及验证情况

分别制作外径30mm、28mm、26mm、23mm、20mm石棉保型模具，使用100目石棉粉进行试验，热处理工艺参数为预热600℃，30min；淬火850℃，50min；回火385℃，90min。

3.1 制作尺寸为φ30×40mm的圆柱形定型模具，试验结果：此圆柱形模具虽然制造简单方便，但模具脱模性较差，与手工保护相比尺寸差别较大，可操作性较差，无法应用于实际生产中。

3.2改进模具形状及大小，制作φ28×35mm定型模具如图1所示，脱模后石棉膏体的尺寸和形状如图2所示。

图1 模具尺寸：φ28×35mm 图2脱模后石棉膏体的尺寸和形状

试验结果：改进圆柱形模具边缘形状，采用弧形过渡，石棉膏体脱模性有较大改善，热处理保护可操作性提高，但经检测，螺纹部分硬度值低于设计要求值（44.7 HRC ~52.6HRC），不符合要求，此模具无法使用。

3.3 制作φ26×35mm定型模具，采用两种形状（球形模具和圆柱形）的模具和脱模后石棉膏体的尺寸、形状如图3所示。

图3模具尺寸：φ26×35mm 图4 φ20×37mm模具及φ23×37mm模具

试验结果：两种石棉膏体中心定位效果都较好，脱模完成后石棉膏体尺寸一致性较高，经检测，热处理后的螺纹硬度基本一致，但螺纹部分硬度低于设计要求值（44.7 HRC ~52.6HRC），无法使用。

3.4基于以上失败模具基础之上，改进模具形状和尺寸大小，制作φ23×37mm及φ20×37mm定型模具见图4。

试验结果：两种保型模具内表面光滑，脱模效果较好，操作简单，螺纹保护位置定位准确，试验用石棉是依据供应商目录新购买石棉，热处理完成后，螺纹部分硬度符合设计要求（44.7 HRC ~52.6HRC）。

4.结论

通过不断地改进与探索，结合现场试验验证，得出最优方案，即φ20×37mm及φ23×37mm球形模具在使用过程中操作简单，使用方便，保型模具标准化后石棉膏体外形尺寸一致性高，热处理后的螺纹硬度与手工捏制石棉膏硬度值基本一致，螺纹部分硬度也符合设计要求（44.7 HRC ~52.6HRC），很好地实现了弹簧螺纹部分热处理过程石棉保护的标准化。

通过本次工艺改进，解决了困扰此弹簧制造中存在的问题，有效地提升了产品质量，显著提高了生产效率。

参考文献

[1]石淑琴，尹学武. 碳素、合金钢丝制圆柱螺旋压缩、拉伸弹簧的技术条件HB3-56-90航空工业部，1990.09：21

[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/Z 18-90

航空工业部，1984.09：11

[3]张英会，刘辉航，王德成.弹簧手册.第3版.机械工业出版社，2017.2：1059