探索彈簧鋼調(diào)整墊片的工藝生產(chǎn)整合

黃曉芳

摘 要：65Mn彈簧鋼調(diào)整墊片在淬火后出現(xiàn)氧化脫碳現(xiàn)象，導(dǎo)致平面度、粗糙度差、機(jī)械性能指標(biāo)下降及廢品率高等問題，在不增加生產(chǎn)成本的前提下，采用經(jīng)過熱處理與精磨處理的不銹鋼1.4310材料代替65Mn彈簧鋼，經(jīng)驗(yàn)證，各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)滿足生產(chǎn)要求，零件的外觀質(zhì)量及防銹性得到提高，并對該材料加以擴(kuò)展應(yīng)用，取得良好效果。通過實(shí)施，不僅提高工藝生產(chǎn)的規(guī)范性、可靠性、有效性，為管控工藝生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、降低工藝生產(chǎn)成本提供有效支撐，并且能快速響應(yīng)、滿足多品種、小批量的工藝生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：彈簧鋼;不銹鋼;淬火;機(jī)械性能;外觀質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0065-02

調(diào)整墊片，一般材質(zhì)選用60Si2MnA、65Mn等彈簧鋼，技術(shù)要求有冷硬態(tài)或淬火態(tài)，其中淬火態(tài)要求的較少。為降低產(chǎn)品制造成本，實(shí)現(xiàn)材料選用的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，公司對彈簧鋼僅規(guī)定了65Mn一個(gè)材料品種，并且規(guī)定相關(guān)的供貨狀態(tài)是熱軋、冷拉，供貨品種是熱軋圓鋼、冷拉鋼板、鋼帶，其中冷軋鋼帶的公稱厚度有0.10mm～0.50mm，總計(jì)9個(gè)規(guī)格。

1 存在的問題

有淬火要求的65Mn調(diào)整墊片，其工藝規(guī)程一般是：10工序-鉚加剪切下料;20工序-鉚加割外形;30工序-鉚加劃孔;40工序-鉚加鉆孔;50工序-熱處理淬火。

針對65Mn彈簧鋼鋼帶的淬火處理，沒有專用設(shè)備。其淬火工藝生產(chǎn)過程是用箱式電阻爐加熱后加壓淬火，現(xiàn)有工藝生產(chǎn)方法帶來的質(zhì)量問題是：

（1）外觀質(zhì)量不佳。淬火后調(diào)整墊片的表面，有氧化脫碳現(xiàn)象，平面度、粗糙度差，且很難通過熱壓校正、表面噴砂、表面砂光/拋光、化學(xué)處理等工藝方法消除以上不良質(zhì)量因素;（2）機(jī)械性能指標(biāo)降低。同樣由于氧化脫碳、粗糙度、平面度等不良因素的存在，給調(diào)整墊片的機(jī)械性能指標(biāo)，如抗拉強(qiáng)度、伸長率、彈性模量等帶來負(fù)面影響;（3）淬火后，表面氧化脫碳降低了零件的精度尺寸;（4）工藝生產(chǎn)廢品率高，大約15%，主要原因是氧化脫碳導(dǎo)致硬度不達(dá)標(biāo)。

因此，基于65Mn彈簧鋼鋼帶的調(diào)整墊片的工藝生產(chǎn)，面臨極大困難，這些問題成為影響生產(chǎn)進(jìn)度的瓶頸，亟待解決。

2 原因分析

調(diào)整墊片工藝生產(chǎn)出現(xiàn)難題的直接原因是相關(guān)淬火工藝技術(shù)的落后，市場上有現(xiàn)成的淬火態(tài)65Mn彈簧鋼鋼帶，但由于原材料采購起訂量的要求導(dǎo)致其購買成為瓶頸。

因此解決問題的方法有：

（1）提高公稱厚度≤0.5mm的65Mn彈簧鋼鋼帶的工藝淬火技術(shù)，引進(jìn)專用淬火設(shè)備，但相關(guān)的成本較高;（2）增加下料厚度，先粗加工成形，利用原有設(shè)備淬火，再通過磨床精加工，保證精度，這樣會(huì)增加加工道序，加工周期會(huì)變長，相應(yīng)的成本會(huì)增高;（3）購進(jìn)批量的淬火態(tài)彈簧鋼帶，這樣會(huì)導(dǎo)致庫存積壓，占用大量資金;（4）尋找滿足調(diào)整墊片性能要求，能便利化采購，作為制成品或半制成品市場化供應(yīng)的調(diào)整墊片基礎(chǔ)件。

3 工藝技術(shù)與生產(chǎn)的探索

為解決調(diào)整墊片的工藝生產(chǎn)難題，技術(shù)人員協(xié)調(diào)相關(guān)研發(fā)、生產(chǎn)、裝調(diào)人員進(jìn)行了積極探索。查詢到了可以滿足調(diào)整墊片性能要求的不銹鋼1.4310（德標(biāo);德國H+S;德國Fein）新材料。市場上有經(jīng)過熱處理與精磨處理的制成品/基礎(chǔ)件供應(yīng)，硬度HRC43--HRC47，采用小包裝（如0.2 *50*300/10片/盒），不銹鋼1.4310材料調(diào)整墊片基礎(chǔ)件供應(yīng)信息見表1。

由于不銹鋼1.4310材料調(diào)整墊片基礎(chǔ)件已經(jīng)有硬度HRC43～HRC47，因此，替換材料后的工藝生產(chǎn)將省略熱處理工序，在加工中不因熱處理而產(chǎn)生報(bào)廢，并且零件表面無氧化皮，外觀質(zhì)量及尺寸精度得到保證，減少了加工道序，縮短了生產(chǎn)周期，相應(yīng)的成本會(huì)降低。

3.1 材料性能分析

調(diào)整墊片一般應(yīng)用在有位置調(diào)整要求的零部件中，在調(diào)節(jié)過程中往往有軸向或徑向的微量移動(dòng)，在工作過程中其相應(yīng)的移動(dòng)或變形往往是0.01mm量級(jí)，因此，墊片材料的抗拉強(qiáng)度并非越高越好，其伸長率及彈性模量等塑性、彈性指標(biāo)應(yīng)該是主要的機(jī)械性能指標(biāo)。

3.2 成本分析

不銹鋼1.4310材料基礎(chǔ)件供應(yīng)商報(bào)價(jià)，0.2*50*300/10片/盒價(jià)格為95元，每片折合9.5元。以Y2FBF415PAC00調(diào)整墊片圖樣尺寸0.2*21.2*162//工藝下料尺寸0.2*24* 166為例，每片不銹鋼1.4310材料基礎(chǔ)件可以制作2件，材料成本折合4.75元/件。如按原有工藝生產(chǎn)規(guī)劃實(shí)施淬火，每件淬火成本：0.3h/單件淬火工時(shí)*15元/每小時(shí)淬火工時(shí)成本=4.5元。按65Mn成本27.35元/公斤計(jì)算，每片65Mn鋼帶材料成本約0.18元，則原有工藝生產(chǎn)成本是4.5+0.18 =4.68/件。結(jié)合綜合運(yùn)用、不浪費(fèi)原則，替換后相關(guān)其他工藝工序不變的情況下，替換后理論上增加工藝生產(chǎn)成本 4.75-4.68=0.07元/件。

氧化脫碳等負(fù)面因素導(dǎo)致淬火生產(chǎn)中往往不能實(shí)現(xiàn)100%合格，一般有約15%的廢品率存在。以每批次40件為例，以不銹鋼1.4310基礎(chǔ)件代替原有工藝方法后每件Y2FBF415PAC00調(diào)整墊片可以降低生產(chǎn)綜合成本：（40*15%*4.68-40*0.07）/40=0.667元。因此，以Y2FBF 415PAC00調(diào)整墊片測算，工藝方法替換后每片生產(chǎn)綜合成本將降低0.667元。

3.3 有效性評(píng)價(jià)

淬火后即使合格的65Mn調(diào)整墊片，表面也必然存在氧化皮等痼疾，降低調(diào)整墊片的實(shí)際塑性伸長率、彈性模量及拉伸強(qiáng)度等性能指標(biāo)，不銹鋼1.4310材料替換65Mn，材料的工藝生產(chǎn)整體有效性評(píng)價(jià)見表2。

表中可以看出，原有65Mn調(diào)整墊片的實(shí)際性能指標(biāo)，與新的工藝生產(chǎn)材料不銹鋼1.4310的相關(guān)性能指標(biāo)相近，或相當(dāng)，并且其原材料采購方式靈活，零件外觀顯著提高，生產(chǎn)成本降低，因此，不銹鋼1.4310材料替換65Mn材料理論上可行。

3.4 相關(guān)工藝生產(chǎn)探索實(shí)驗(yàn)

申請了不銹鋼1.4310（德標(biāo);德國H+S;德國Fein）材料部分代碼，見表3。

依據(jù)代碼購置、加工后應(yīng)用于ZL29煙槍部件。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試測試，及分別發(fā)往不同的卷煙廠投入應(yīng)用，經(jīng)反饋，效果良好。

經(jīng)擴(kuò)展應(yīng)用，頂蓋控制彈簧片零件也已經(jīng)采用該材料進(jìn)行替換，替換前后零件的外觀質(zhì)量對比見圖1。

替換前，零件加工共有7個(gè)道序，其中包含有兩道熱處理工序：退火和淬火，替代后，零件僅需要3個(gè)道工序即可完成。替換后，不產(chǎn)生熱處理道序報(bào)廢，表面無氧化皮，尺寸得到保證，外觀質(zhì)量大幅提升，加工周期明顯縮短，生產(chǎn)成本降低。經(jīng)安裝在設(shè)備上運(yùn)行調(diào)試，效果良好。

4 結(jié)語

采用經(jīng)過熱處理與精磨處理的不銹鋼1.4310材料代替65Mn彈簧鋼，不僅實(shí)現(xiàn)了調(diào)整墊片工業(yè)基礎(chǔ)件的升級(jí)換代，提高了產(chǎn)品外觀質(zhì)量，保證了零件尺寸精度，滿足了生產(chǎn)需求。并對該材料拓展應(yīng)用，取得了良好的效果。通過替換，克服了原有工藝生產(chǎn)方法的弊端，為提高工藝生產(chǎn)的規(guī)范性、可靠性、有效性，管控工藝生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、降低工藝生產(chǎn)成本提供有效支撐，能快速響應(yīng)、滿足公司多品種、小批量的工藝生產(chǎn)需求。