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创新弹簧业的技术期待

发布时间:2014-11-27

来源:中国金属制品网

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弹簧作为通用基础零部件功能涵盖了减震、储能、控制、维持张力等诸多方面。我国弹簧业已经具有2000余家企业,从业人员超过10万人,销售额超过220亿元。先进弹簧是高端机械制造之本,其作用可为谓“四两拨千斤”。表面上弹簧产值只占机械行业的百分之几。实质上,它带给关键构件和装备的附加值要高得多。

1. 弹簧技术发展期待

弹簧是直接关系到机械制造的核心技术,先进弹簧涉及一个复杂的技术体系,发展先进弹簧需要全行业共同努力,先进弹簧制造技术属于企业商业秘密,是企业的核心竟争力,国家的核心竟争力。现在最需要创新,解决创新什么、从何处入手和如何实现创新问题。

创新发展是硬道理,中高端弹簧制造技术同国外先进水平相比至少还有1015年差距,“十二五”末、“十三五”初是高端弹簧发展的关键时期,瞄准技术关键,突破发展瓶颈。笔者以为,中国弹簧行业技术研究与发展应突出节省资源、节能技术。

1.1节省资源

 冷弯卷性能是弹簧钢的重要性能之一,对于弹簧钢变形要具有尽可能小的阻力和尽可能高的变形能力。为此,一般要求弹簧钢的屈强比为0.500.65,断面收缩率>50%。此外,为避免在冷弯卷时表面开裂,要求钢材表面质量良好,同时钢材的表面脱碳要尽可能小。

2006年以来,我国弹簧行业使用的弹簧钢品种逐渐增多,质量进一步提高。有油淬火钢丝、回火型合金结构钢丝、硼合金高强度钢、铁素体-马氏体双相钢丝等,具有代表性的牌号有:657065Mn60Si2MnA50CrVA55Si2MnB55SiMnVB60CrMnA60CrMnBA,汽车专用弹簧钢种55SiCrA52CrMnB钢等。

弹簧钢占汽车用优质钢材总量的2%2.5%,全国2012弹簧钢用量为约65t,是各特钢厂的特种产品之一。长期以来,弹簧一直以钢铁材料为主,由于市场竞争激烈,质量和成本成为弹簧企业竞争的主要手段。降低成本主要采用2种手段:一是减少合金元素含量或采用其他低价合金元素作为强化材料;二是降低弹簧制造成本,如为减少弹簧生产过程中的热处理工序而采用的油回火合金结构钢丝、冷抽碳素钢丝,为改善弹簧机械加工能力采用的硼合金高强度钢等。

我国汽车行业的技术引进对弹簧钢新材料的应用起到了推动作用,一些主要弹簧,采用了国外相应的材料标准,由此带来大量的材料国产化工作。GB/T 1222-2007弹簧钢》、GB/T4357-2009《冷拉碳素弹簧钢丝》、YB/T5318-2006《合金弹簧钢丝》等标准已经不能适应当前市场需要,应尽快修订或再次修订。

围绕着节省资源这个目标,加快特种专用钢材研发,根据调研,35年后,主要有以下2个课题会受到重视:①重点开发油淬火弹簧钢材;②合金硼钢的开发。

今后一段时间内,我国弹簧钢材料的发展方向主要有:阻碍弹簧高强度化的主要因素分析;延迟断裂试验法(防氢脆试验)弹簧高强度化使用含氢量的延迟断裂性能评价的措施;高强度弹簧钢的筛选和研发。

1.2节能技术

弹簧行业目前CNC电脑多轴、多功能弹簧机、卷簧机的生产速度已达到10件~20/min,最高生产速度为60/min,线径规格从0.1516mm。通过热处理工艺的改进,钨钢、半钨钢、高速钢模具寿命高于10万件以上。弹簧是一种批量大的产品,模具用气相沉积工艺对表面进行改性处理,使寿命提高到25万件以上,甚至寿命最高可达60万件。气相沉积工艺已从TiN系涂层发展到氮化物涂层,有(TiCrN系涂层、(TiAlZrN系涂层、(TiAlCrN系涂层等。

弹簧都一般经过淬火回火处理,目前我国生产的部分乘用车多数是国外品牌,缺少自主核心技术,而汽车悬挂弹簧、板簧也只能按照国外的技术和标准进行生产,钢材需要按国外标准JISSAE提供,尤其是弹簧材料的性能和质量控制水平,只能简单地模仿国外产品,与发达国家水平相比,我国弹簧的工艺技术水平差距很大,尤其在品质,环保,能耗等方面形势严峻。几年前,弹簧表面处理的环保问题基本上得不到重视,除表面发黑、磷化,涂装等工艺;目前弹簧后处理出现了许多新的环保表面处理技术,如三价铬镀锌黑钝化、三价铬锌镍合金镀层、无铬达克罗、黑色有机涂层、待尔塔、美格力等新工艺。

通过调研发现企业对弹簧制造过程的智能化、节能型设备的开发充满期待,弹簧高效智能冷弯卷成形机等设备的最大课题是节能减排,还有利用锻造、温镦余热热处理也是一种节能方法并受到关注。回火硬化钢对减少热处理工序过程非常有效,也被节能技术所采用。

5年内,省略退火和免淬火钢种以及可以利用热锻、温镦余热进行热处理的钢种将会受到重视。10年后,弹簧钢的需求更会增加、开发会加速,同时高温淬火弹簧钢的开发,热处理数值模拟和工艺优化等技术都将得到发展。关于PAG水溶液冷却介质的使用,淬火油的再利用技术和加压气体冷却技术的开发也受到很多企业的关注。

车辆与机器零部件的薄壁结构和轻量化在设计中被采用,但是却带来了强度上的课题,与原来的同类零部件相比,强度普遍要求增加30%。为此弹簧提高至少15%20%的强度才能满足要求,这些问题都期待表面强化、热处理技术和新材料技术的发展。从这个角度出发,今后弹簧成形新技术、喷丸技术、PVD、渗氮、激光淬火和高频淬火等技术的发展会得到进一步运用。

2. 弹簧技术发展未来

 10年,我国弹簧令世人瞩目的发展速度,跨国公司也鱼贯而入。当国内企业忽然觉得在市场上生存得如此艰难时,强有力的竞争对手已遍地开花。当今中国弹簧的市场,一些中小型弹簧企业大量制造普通弹簧,并没有真正为企业带来核心竞争力,反而受制于原材料、人力成本等条件的变化,从悬挂弹簧、气门弹簧,到减震弹簧、油泵弹簧,可以说目前我国弹簧的生产技术水平将基本接近世界水平,主要为普通型弹簧及低、中档次的特种弹簧量大价廉,概括为低档次弹簧产品充斥主导市场,高档次、高精度、高强度弹簧有一部分仍需进口,产品进口单价与出口单价的比值差距约35倍,可见我国的弹簧行业仍是发展中行业,与美国、日本和欧洲发达国家的差距较大,且缺乏服务在价值链中的增值化,生产过程及设备的柔性化,产品和制造过程的绿色化,从技术服务到解决机械紧固方案,实现产品、设计、制造和管理的数字化。

通过对部分弹簧企业调查发现,企业在经营方面主要关心以下课题:

①如何提高弹簧产品的高附加值,有效组织确保经济效益的企业经营。对策是:我国国民经济建设正在进入新的发展阶段,机械装备设施建设将向高级阶段发展,而以大飞机、大型发电设备、汽车、高速火车、大型船舶、大型成套设备等为代表的先进制造也将进入重要的发展方向。由此,弹簧将进入重要的发展阶段。发达国家的发展历程表明,全面进入以先进制造业为主的发展阶段后,高强度弹簧的使用量将迅速增长。弹簧企业要提高产品技术等级,必须从设备改进、技术提高着手,国内主机企业不会舍近求远去进口,这是弹簧企业在目前状况的一个有利趋向。

②在生产国际化的时代,如何组织柔性和灵活对应的弹簧生产系统,提高国际竞争力。对策是:EIP企业内部局域网化柔性和灵活对应的生产管理,得到应用并获得普遍好评。在技术发展到, 现在其成批生产的可靠性和低成本化技术已经比较成熟,可是在热锻成形和热处理过程过多的使用能源,与节能节材的要求还有一定距离。计算机数值模拟弹簧成形CAE技术,在塑性变形力学理论上和计算机数值模拟精密弹簧热处理技术将得到快速推进,期待能应用于弹簧的连续加工过程之中。全过程全自动涡流检测筛选机或各类传感器的大量研发,对缺陷和裂纹增加探伤功能自动甄别,在今后510年内都会得到快速发展,达到“零缺陷”的终及目标管理。

③在省资源、节能减排、保护地球环境的共生存条件下经营弹簧企业。对策是:热处理冷却油或淬火油对环境污染过大,降低对油淬火的依赖,从材料和设备上提出减少油冷淬火的方案,采用PAG水溶液。减少有机清洗液的使用,开发对环境有利的清洗系统和开发低清洗成本的设备;减少淬裂弹簧产品的发生,材质向低淬裂材料转换,加快特种专用钢种研发;噪音、油雾和水处理带来的环境污染过重,强化环境法规、加强低噪音、油气回收和水净化等环境技术;利用政府资助开发节能减排技术和设备。

④如何确保人才培养和弹簧技术、技能的传承。对策是:弹簧界内的人才交流少,加强弹簧行业人才技术交流和技术资格培训,创建各种层次的人才培养事业和人才技术交流。加强弹簧专业教育,大专院校增加机械基础件(或弹簧)专业设置,建立研究开发的人才梯队,确保新工艺、新技术的研究和开发。

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