浅析65Mn弹性挡圈制造工艺

摘 要：65Mn弹性挡圈为配套北京奔驰-戴姆勒克莱斯勒-铂锐汽车转向管柱专用零件。本文阐述了其冲压工艺流程、工艺装备及后续热处理工艺，以及生产制造该零件时所产生的系列问题及其解决方案。

关键词：65Mn钢；弹性挡圈；工艺装备及流程；热处理

中图分类号：TG386 文献标识码：A

1 概述

65Mn弹性挡圈为配套汽车转向管柱专用零件。该零件为卡簧类零件，其规格尺寸见图1，主要作用尺寸为φ29.81-0.1，作用于汽车转向管柱内套管上，防止轴承脱落，稳定内套管在外套管内的转动。由于该零件为一次性卡簧紧固零件，装配后卡于内套管卡槽内固定不动并且无法二次拆卸。所以，该件经热处理后对疲劳强度无过高要求，工件硬度能够达到HRC 42-48，可保证工件装配后正常使用不开裂即可。

65Mn是用途较广的碳素弹簧钢，具有较高的强度、硬度、弹性和淬透性。热处理时有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬时易开裂，一般采用油淬。此钢一般经淬火、中温回火后使用。用于制造要求高耐磨、高强度、高弹性的机械零件。考虑制造及工艺成本以及65Mn材料良好的加工及使用性能，因此选用65Mn作为该零件的制造材料。

2 部件生产工艺流程

该零件由于尺寸规格不大，形状简单，依据本单位现有设备，完全可以实现本单位自主加工制造。通过自制工装模具冲制零件，然后利用双室真空淬火炉及箱型加热炉进行后序热处理，并最终整理转入装配。

3 工装模具介绍

该部件采用1mm热轧65Mn弹簧钢板制造。根据部件样式，采用两套模具加工成型。一套复合模落料，一套弯曲成型模成型。

3.1 落料复合模

根据产品零件图，计算展开得到落料复合模所冲部件展开图（见图2），该零件形状简单、对称，只由内外圆组成，冲裁件内外形可以达到精度为IT12-IT13，其冲裁精度可以由复合冲裁模保证。本套复合模采用直排方式排料见图2。

根据排料图样、部件展开尺寸，计算落料力、冲孔力、落料时的卸料力和冲孔时的推料力推导得出：冲裁力30T冲床即满足模具使用要求。本套模具使用对角导柱模架，根据落料部分以凹模尺寸为基准，冲孔部分以凸模尺寸为基准的原则以及材料和材料厚度确定冲裁凸凹模间隙为0.17mm-0.20mm，模具结构见图3。

3.2 弯曲成型模

根据图1零件所示规格尺寸计算整形弯曲力

4 热处理方案

由于65Mn是一种具有回火脆性的钢种，进行等温淬火获得下贝氏体组织比淬火+回火获得的回火马氏体组织性能优越的多，可以使材料获得更高的、优良的机械性能。但是，由于本单位设备等条件限制，为节约成本，提高设备使用效率制定热处理工艺见图5。

5 制造部件时产生的一些问题及解决办法

后续淬火+回火热处理回火工艺曾经制定为360℃回火。而经此温度回火后发现部分部件出炉后及装配时发生脆性断裂现象。由于65Mn钢通常产生的第一类回火脆性的温度为200-350℃。因而现生产工艺为避免部件热处理后发生脆性断裂，将回火温度严格控制在420±10℃。而实际效果较之前曾经制定的360℃回火后的效果稳定许多，开裂现象基本消除，硬度同样控制在设计要求范围内。

在批量生产阶段，曾发现部分批次原料板材经落料弯曲成型后，零件外部边缘产生缺口甚至断裂现象，部分批次弯曲成型后回弹过大，疑似原材料进货状态及钢板成分有偏差，材料组织内部应力较大及后续弯曲成型加工硬化导致该现象发生。后经研究、试验，在落料与成型两工序中间添加一道去应力退火工艺。将部件缓慢加热至650℃，保温2-3小时后随炉冷却。增序后，消除了原始进货板材的内应力，经弯曲成型后效果明显，基本避免了缺口的产生，从而也降低了后序淬火+回火因缺口导致应力集中发生脆性断裂的风险。

在后期大批量生产过程中曾发现一批次零件装配后，个别零件发生脆性断裂现象。后经检验发现部分零件硬度偏上限值，甚至个别超出硬度设计要求。经研究、试验，在生产工艺中整改如下措施：

（1）淬火件经油淬冷却，出油后自然冷却至室温后再用冷水冲洗去污。

（2）每批次原材料热处理过程增加检测试样一组，若检测硬度值偏上限，则略微提高回火温度至不超过450℃。

（3）定期检查冲裁模具刃口及冲裁间隙，确保模具的维修、维护进度及质量。保证冲裁落料部件断裂带的表面质量。

经上述工艺路线整改后，产品质量得到了有效的保证，稳定性大大提高。

结语

综上所述，该65Mn弹性挡圈可由落料冲裁、弯曲成型两套模具直接成型。随后的热处理工艺更是决定了该零件质量稳定性的关键。在部件生产期间的实时监控是必不可少的，依据不同情况而制定相应的措施才能对保证产品质量带来更大的帮助。

参考文献

[1]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]蔡璐.65Mn钢垫片开裂失效分析[J].金属热处理，2006.