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陳志方(貴陽華烽電器總廠)
平面渦卷彈簧在熱處理后和使用之前，常常還要進(jìn)行一些特殊處理，以剔除熱處理的不良品，強(qiáng)化或穩(wěn)定其性能，提高微電機(jī)工作的可靠性。
常用的特殊處理方法有噴丸處理、立定處理、加溫立定處理、強(qiáng)扭處理、加溫強(qiáng)扭處理等。立定處理、強(qiáng)扭處理在平面渦卷彈簧的生產(chǎn)中應(yīng)用很普遍。
1立定處理和強(qiáng)扭處理
1．1立定處理
立定處理是將熱處理后的壓縮彈簧壓縮到工作極限負(fù)荷下的高度H，或壓至高度Hb(拉伸彈簧拉伸到工作極限負(fù)荷下的長度Lj，扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)到工作極限扭轉(zhuǎn)角φ1)，一次或多次短暫壓縮(拉伸、扭轉(zhuǎn))，以達(dá)到穩(wěn)定彈簧幾何尺寸為主要目的的一種工藝方法。
1．2強(qiáng)扭處理
強(qiáng)扭(拉壓)處理是將彈簧扭轉(zhuǎn)(拉伸、壓縮)至彈簧材料表層產(chǎn)生有益的與工作應(yīng)力反向殘余應(yīng)力，以達(dá)到提高彈簧承載能力和穩(wěn)定幾何尺寸的一種工藝方法。
立定處理和強(qiáng)扭處理主要是針對圓柱螺旋彈簧。通過實(shí)踐認(rèn)為，對平面渦卷彈簧也適用。2立定處理與強(qiáng)扭處理的界定
這兩種處理方法在操作形式上完全一致，機(jī)理卻不盡相同。立定處理與強(qiáng)扭處理的分界是，平面渦卷彈簧扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是否超過彈簧材料的屈服極限，超過者為強(qiáng)扭處理，未超過者為立定處理。但這種方法是通過理論計(jì)算判別的，不僅麻煩，而且不易判別。以外觀尺寸變化判別，則比較直觀，易于判別。如平面渦卷彈簧連續(xù)反復(fù)扭轉(zhuǎn)一定角度，卸載后，彈簧的角度發(fā)生明顯變化(****變形)為強(qiáng)扭處理，如無明顯的角度變化(無****變形)，則為立定處理。
3立定處理與強(qiáng)扭處理的機(jī)理
3．1立定處理的機(jī)理
從GBl805—86中可知，立定處理是達(dá)到穩(wěn)定彈簧幾何尺寸為主要目的的一種工藝方法。平面渦卷彈簧在使用中，彈簧材料要產(chǎn)生彈性后效或彈簧后效。由于產(chǎn)生彈性后效，而造成彈簧幾何尺寸不穩(wěn)定。防止彈性后效，最有效的工藝方法是立定處理。
彈性后效是當(dāng)金屬材料被拉伸，受到低于彈性極限的應(yīng)力時(shí)，保持應(yīng)力恒定不變，隨著時(shí)間的增長，發(fā)生了更多的變形(稱蠕變)，若保持金屬應(yīng)變一定，則金屬內(nèi)的應(yīng)力會下降(稱松馳)。減少或除去施于金屬的負(fù)荷后，隨著時(shí)間的增長，金屬的收縮仍繼續(xù)發(fā)生。這就是說，金屬的應(yīng)變落后于它的應(yīng)力，即保持恒定的應(yīng)力。這應(yīng)力在后來還對金屬發(fā)生效應(yīng)。
彈性后效的原因是金屬內(nèi)有的晶粒在受力的方向有著高的屈服強(qiáng)度，而另外一些晶粒則有著低的屈服強(qiáng)度。因而后者在較低的應(yīng)力下就發(fā)生塑性變形。負(fù)荷去除之后，低屈服強(qiáng)度的晶粒不能收縮到原來的長度，而高屈服強(qiáng)度的晶粒則企圖恢復(fù)到原有的長度。它們對低屈服強(qiáng)度的晶粒施以壓應(yīng)力，這種壓應(yīng)力還能引起進(jìn)一步的變形，所以負(fù)荷除去后，還會慢慢地收縮，即可逆彈性后效。正彈性后效則為低屈服強(qiáng)度的晶粒旋以張應(yīng)力于其它晶粒。
金屬受到負(fù)荷保持相當(dāng)長的時(shí)間后，發(fā)生了一些彈性后效，除去負(fù)荷在自由狀態(tài)停放一些時(shí)間后再測定彈性后效，則彈性后效減少了許多。再度加負(fù)荷于彈簧能夠減少彈性后效的發(fā)生，這就說明了立定處理的作用。在彈簧制作完畢之后，要在受應(yīng)力作用狀態(tài)下，保持相當(dāng)長的時(shí)間后才使用。
因?yàn)榻饘俨牧嫌袕椥院笮КF(xiàn)象，便發(fā)生了松馳現(xiàn)象，松馳是指應(yīng)力松馳，即應(yīng)力的降低或負(fù)荷的損失。防止彈性后效和應(yīng)力松馳，其工藝措施是立定處理，在彈簧淬火、回火后，再給以超過其工作時(shí)形變的變形量，或在比工作時(shí)稍高的溫度下保持約24h或更長一些時(shí)間，人為的事先使彈簧長度變化穩(wěn)定來。
3．2強(qiáng)扭處理的機(jī)理
當(dāng)壓縮(扭轉(zhuǎn)、拉伸)彈簧時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)超過彈簧材料的彈性極限，如圖1所示負(fù)荷特性曲線。Pe表示彈簧材料的彈性極限，PB表示強(qiáng)扭(拉、壓)處理時(shí)的****負(fù)荷，彈簧材料將根據(jù)負(fù)荷的大小，產(chǎn)生一定的****變形△l。強(qiáng)扭(拉、壓)處理過的彈簧再加載時(shí)，其彈性極限幾乎上升到PB點(diǎn)，比強(qiáng)扭(拉、壓)前的Pe提高許多。
彈簧經(jīng)強(qiáng)扭(拉、壓)處理后，在彈簧材料的最外層產(chǎn)生與工作應(yīng)力反向的殘余應(yīng)力，使彈簧工作時(shí)的****應(yīng)力減少很多，從而提高了彈簧的承載能力，延長了使用壽命。
4立定處理與強(qiáng)扭處理的操作
平面渦卷彈簧的立定處理與強(qiáng)扭處理的操作方法是將彈簧安裝在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的心軸上，將其外端工作點(diǎn)放在平板上，旋轉(zhuǎn)其心軸至一定角度，反復(fù)多次(一般為8～12次)。
4．1快速立定處理
將平面渦卷彈簧連續(xù)幾次(一般為8～12次)扭轉(zhuǎn)到某一極限位置，加載與卸載交錯(cuò)進(jìn)行，如圖2所示。將彈簧尾部放在平臺上，彈簧心部裝在專用的旋轉(zhuǎn)心軸上，交替旋轉(zhuǎn)與放松心軸，連續(xù)不斷地進(jìn)行8～12次。
4．2長時(shí)間立定處理
將平面渦卷彈簧扭轉(zhuǎn)到一極限位置，并保持24h或更長，然后卸載，此處理一般均是在專用夾具上進(jìn)行。
4．3強(qiáng)扭處理
強(qiáng)扭處理方法與立定處理方法完全一致，既有快速強(qiáng)扭，也有長時(shí)間強(qiáng)扭，****不同的是強(qiáng)扭的角度比立定處理大。
5立定處理與強(qiáng)扭處理幾個(gè)工藝因素的確定
5．1扭轉(zhuǎn)角度
微電機(jī)用的平面渦卷彈簧的扭轉(zhuǎn)角度可用下式確定。
立定處理扭轉(zhuǎn)角度：
α立<α工作+90。
強(qiáng)扭處理扭轉(zhuǎn)角度：
α強(qiáng)>α工作+90。
式中α立——立定處理的扭轉(zhuǎn)角度
α強(qiáng)——強(qiáng)扭處理的扭轉(zhuǎn)角度
α工作——彈簧工作時(shí)的****扭轉(zhuǎn)角度
立定處理的目的是穩(wěn)定尺寸的作用，扭轉(zhuǎn)角度，以工作角度加45。至90。為宜，過小立定作用不好，過大會產(chǎn)生殘余變形。
強(qiáng)扭處理的主要目的是產(chǎn)生強(qiáng)化作用，產(chǎn)生與工作應(yīng)力有益的殘余應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)角度應(yīng)大于工作角度加90o，甚至更高。如一平面渦卷彈簧的工作角度為140。，強(qiáng)扭處理的扭轉(zhuǎn)角度為270。。
5．2變形及變形角
立定處理不發(fā)生明顯的變形，如果發(fā)生了明顯的變形，則說明熱處理不良，或者材料有問題。
強(qiáng)扭處理有多方面的變形，如****外徑變小、圈與圈之間的距離不等、一邊圈緊一邊圈松、中心距變更、內(nèi)徑變小、平面度不在一個(gè)平面上、偏斜等。這些均可造成彈簧不合格。而最主要的是變形角，其大小根據(jù)平面渦卷彈簧的實(shí)際情況及工作狀態(tài)而定。經(jīng)實(shí)踐，認(rèn)為允許的變形角度是10。～30，超過此規(guī)定則彈簧報(bào)廢。
5．3檢查與處理
立定處理與強(qiáng)扭處理之后，逐個(gè)檢查是至關(guān)重要的一環(huán)，不能疏忽。它可以剔除熱處理的不良品與材料的缺陷。這些不良品一部分可通過返修而使用，另一部分就只能報(bào)廢。
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