本发明属于弹簧技术领域，涉及一种蜗卷弹簧生产方法及其生产装置。 蜗卷弹簧分为接触型和非接触型二种，但无论那种形式的蜗簧都必须具备有最佳弹性硬度值、适用的扭力矩和较高的输入输出的施放效率、以及抗磨耐久的弹力韧性等特点。然而目前生产的蜗卷弹簧都难以达到上述效果。这是因为国内现阶段生产蜗卷弹簧的一般工艺步骤为：1、下料，2、在450℃±10℃温度下：用夹具绕簧定型1.5-2小时，3、在850℃±10℃温度下保温1小时后淬火，4、在240±10℃温度保持1.5小时，消除淬火应力，5、在420℃±10℃温度下用夹具定型回火2.5-3.0小时，6、吹砂，7、发黑等表面装饰处理，8、成品包装，采用该种工艺生产由于弹性零件受在一定节距范围的工夹模具下绕簧、淬火、定型，因而扭力矩自然会受到节距的制约（节距与力矩成正比）所以力矩施放能量不能得到充分发挥。为了达到所需要的力距能量，生产厂家一般是增加淬火硬度，但这样容易造成断裂和失去抗疲劳性，同时淬火温度难以均匀。也有的厂家采用加厚材料和方法，但这样会浪费材料、增加成平，同样也会影响使用寿命。另外产品采用发黑或磷化等外观防腐处理、作用单一，既不能充分发挥防腐作用，又浪费原料，增加工艺的复杂性。
本发明的目的是要提供一种蜗卷弹簧生产方法和生产装置，使生产的蜗卷弹簧扭力距大，硬度适中、较高的耐磨性和抗疲劳强度，对接触型蜗卷弹簧节距大、输入输出的施放效率高。
本发明和目的是用以下技术方案来实现的。
本发明蜗卷弹簧的生产方法包括直条钢带对剪和轧制、焊接连接成连续的直板条、淬火、回火、表面吹砂处理、成品包装，淬火采用工件本身作导体以产生短路大电流加热地电接触短路淬火工艺，回火也同样采用工件本身作导体以产生短路大电流加热的电接触短路回火工艺，将经回火整料收卷，下料、冲孔、倒钩筋，再表面吹砂处理，吹砂并将工件装氮化盘后对制品进行真空软氮化热处理。对工件进行淬火时，淬回温度为850℃±10℃、淬火时间为1分钟左右;回火温度范围为300-480℃，回火时间4-6分钟。电接触短路淬火工艺采用双回路电加热，在淬火第一个回路工件被加热到400-500℃，在第二个回路里工件被加热到850℃±10℃，然后进入冷却介质中淬火约1分钟。
淬火介质可采用硝酸盐水溶液，其配方组成范围为：硝酸内（NaNO3）28-32%、亚硝酸钠（NaNO2）20-24%，水（H2O）44-52%（重量百分比），将原料混合搅拌，其相对密度（比重）控制在1.40-1.48，使用时液体温度不低于20℃，该淬水介质具有无毒、无臭、不燃烧、工件淬火变形小和不易开裂等优点，同时有利于改进热处理工艺，提高生产率、节约能源、降低成本（为一般10＃淬火机油成本的2/5），消除污染、改善条件。
电接触短路回火工艺采用双回路电加热，分段回火法处理，在回火第一个回路里工件被加热到300-440℃，在第二个回路里工件的内四圈长度部分被加热到400-480℃。由于蜗卷弹簧收紧时内四圈曲率大（半径小）弯曲内应力大，应增加抗疲劳强度，为此，蜗卷弹簧的内四圈必须经过第二个回路温度为400-480℃的回火处理，而其余部分只需经第一回路温度为300-440℃的热处理，无需经第二回路的处理，使内四圈部分硬度低于外中硬度1-3度，这种回火法称为分段回火。
对工件真空软氮化热处理的温度低于回火第二个回路的温度20-40℃，热处理时间3.5小时-4.5小时，氮化介质采用氨气（NH3）。由于气体渗氮在化学热处理中属于生产周期最长的工艺方法，为求达到缩短工艺周期，节约能源和发挥设备潜力，在氮化介质中加入稀土材料，为稀土催渗软氮化热处理。用于本发明蜗卷弹簧氮化处理的稀土材料为稀土氯化物。
稀土软氮化热处理具有以下特点：1、稀土元素对渗氮过程有显著的催渗作用，与普通渗氮相比，渗速可提高25-35%。2、稀土在渗氮的同时也被渗入到钢的表层，并使氮浓度有所增加。3、稀土的微合金化作用对渗层组织有明显的影响，抑制了化合物层疏松组织的出现，改善了氮化物的形状、大小及分布，大大提高弹簧的表面硬度。蜗卷弹簧经过氮化热处理后，增加了表面强度和耐磨性，抗疲劳强度提高1-2倍，表面增加一层氮化润滑膜，具有防腐作用。另外表面呈灰褐色，显得漂亮，具有装饰作用。
本发明蜗卷弹簧的生产装置，包括对剪机、轧制机、接焊机、转动收放线架、淬火槽、转动收料架、吹砂机、氮化绕簧机，在转动收线架与淬火槽之间有钢带直条电接触加热淬火机，在淬火槽与转动收料架之间有钢带直条电接触加热回火机，氮化绕簧机包括装工件的氮化盘，在氮化绕簧机后有真空氮化热处理炉。下面结合实施例附图对本发明作进一步的详细描述。
图1生产工艺流程图;
图2电接触架结构图;
图3正极电接触架（6）结构图;
图4负极电接触架（7）结构图;
图5冷却介质槽结构图;
图6变压器电路控制图;
图7真空氮化热处理炉;
图8氮化盘主视图;
图9装有工件的氮化盘俯视图;
图10中心轴俯视图;
图11定位插销主剖视图;
图12为图11的A-A视图;
图13隔层梯带视图。
图中：1-对剪机，2-轧制机，3-接焊机，4-转动收放线架，5-负级电接触架，6-正极电接触架，7-负极电接触架，8-淬火槽，9-变压器，10-控制屏，11-封闭槽，12、13-电缆线，14-过渡冷却轮，15、17-负极电接触架，16-正极电接触架，18-变压器，19-控制屏，20、21-电缆线，22-转动收料机，23-下料、冲孔、倒钩筋联合机台，24-吹砂机，25-氮化绕簧机，26-真空氮化热处理炉，27-成品包装台，28-调整罗栓，29-固定盖，30-支架，31-铜板，32-接电罗栓，33-石墨内衬，34-工件，35-压紧弹簧，36-底座，37-紧固罗栓，38-底板，39-铜接线罗栓，40-铜板，41-石墨内衬，42-工件，43-封闭盒，44-盒盖，45-底板，46-铜板，47-石墨内衬，48-工件，49-铜接线罗栓，50-介质槽，51-出料压轴，52-压轴挂耳，53-罗栓，54-负极压板，55-压板挂耳，56-罗栓，57-炉体，58-保温层，59-电阻丝，60-真空渗氮罐，61-炉盖，62-风扇叶，63-电动机，64-真空泵，65-真空阀门，66-管道，67-真空压力表，68-氨瓶，69-流量计，70-料架，71-工件，72-闸刀开关，73-熔断器，74-变压器，75-电抗器，76-中心轴，77-分层定位插销，78-底板，79-转动联接支架，80-工件，81-隔层梯带，82-定位槽，83-插管，84-套管，85-透气槽，86-通气孔，87-分层支承孔，88-挂钩，89-氨气分解测量仪，90-炉盖升降器，91-同步微机控温器。
钢带直条电接触加热淬火机和钢带直条电接触加热回火机两者都是由能形成双回路的三个电接触架即两个负极电接触架（5、7，15、17）和一个正极电接触架（6，26）、控制屏（10、19）、变压器（9、18）、电缆线（12、13，20、21）构成，淬火用的第一个负极电接触架（5）和回火用的二个负极电接触架（15、17）及回火用的正极电接触架（16）采用图2所示的电接触架结构。工件（34）夹在上下石墨内衬（33）之间。石墨内衬（33）固定在铜板（4）上，压紧弹簧（8）由调整罗栓（28）来调节其受压缩的程度即调节弹簧对铜板（4）的压力，使上石墨内衬对工件（34）保持适当的压力，这样工件（34）与下石墨内衬能很好地接触。淬火用的正极电接触架（6）如图3所示结构，工件（42）在石墨内衬（41）上，石墨内衬（41）固定在铜板（40）上，封闭盒（43）和封闭盒盖（44）将室内封闭使热量不能外流。淬火用的第二个负极电接触架（7）如图4所示。
淬火和回火分别都由二台变压器供电，淬火由两台变压器（7）的正极（火线）并联后通过控制屏（10）与电缆线（13）电接引入正极电接触架（6），两台变压器（7）的负极（零线）通过控制屏（10）后分别由电缆线（12）引入负极电接触架（5）和（7），回火由两台变压器（18）供电，连接方法与淬火的相同。供电电压的大小，由电抗器（75）来调节控制。控制屏上有控制开关和电流电压指示仪表。
淬火槽（8）由介质槽（50）、出料压轴（51）、压轴挂耳（52）、罗栓（53）、负极压板（54）、压板挂耳（55）组成。封闭槽（11）是由内部为槽钢、外部为耐火砖砌成的封闭的钢带通道，使在淬火高温段里钢带难以氧化。
绕簧机（25）是将直条钢带绕在氮化盘里（以制造接触型蜗卷弹簧）;或将直条钢带卷成盘（以制造非接触型蜗卷弹簧）。装工件的氮化盘包括底板（78）、中心轴（76）、分层定位插销（77）、联接支架（79）、尾部隔层梯带（81），中心轴（76）固定在底板（78）中心，上部可连接挂钩（88），中心轴（76）上还有定位槽（82）、分层定位插销（77）由插管（83）和套管（84）构成，插管（83）上有通气孔（86）、套管（84）上有分层支承孔（87）。插管（83）和套管（84）上有透气槽（85），透气槽与工件接触。
真空氮化热处理炉分为大炉和小炉，大工件置于大炉中、小工件放置于小炉中进行真空软氮化热处理。大炉的结构如图7所示，该炉由炉体（57）、保温层（58）、电热丝（59）、渗氮罐（60）、炉盖（61）、风扇叶（62）、电动机（63）、真空泵（64）、真空阀门（65）、管道（66）、氨气分解测量仪（67）、氨瓶（68）、料架（70）组成。小炉采用中国专利CN86201813U中所介绍的真空氮化热处理炉结构。
采用本发明生产蜗卷弹簧的过程介绍如下。
用对剪机（1）将钢厂加工的钢带裁剪为所需的宽度（如80mm）、再由轧制机（2）轧为规定的厚度（如1.46mm、1.1mm等），然后由接焊机（3）焊接成连续的直条钢带，转动收放线架（4）将直条钢带收卷成一个大盘后再放带，钢带在转动收料机（22）的拉力下向前移动，工件（钢带）首先进入淬火区，当工件到达淬火区的正极电接触架（6）时，操作控制屏（10），电流由变压器（9）向电缆线（13）输出低电压（60V以下）大电流，由于电缆线（13）接在铜接线罗栓（39）上，电流经铜接线罗栓（39）、铜板（40）、石墨内衬（41），工件（42）在石墨内衬（41）上移动，这样工件（42）自身成为导体，电流经工件（42）流到负极电接触架（5），这样电流由工件（34）经石墨内衬（33）、铜板（31）、接电罗栓（32），电缆线（12）回到控制屏（10）和变压器（9）形成回路（第一回路），由于工件自身作为导体，和低电压大电流、工件被迅速加热到400-500℃，在淬火的第二个回路里，负极电接触架（7）安装在淬火槽（8）里，底板（45）固定在负极压板（54）上。电流由正极电接触架（6）经工件（48）流至负极电接触架（7）的石墨内衬（47）、铜板（46）、铜接线罗栓（49），电缆线（12）到变压器（7）负极形成第二个回路，在此回路里，工件被加热到850℃±10℃，在淬回区的封闭槽（11）主要对加热段进行保温并使工件在高温下不被氧化。在工件到达淬火规定的温度后，工件进入淬火槽（8）里的硝酸盐水溶液中，使工件被冷却，淬火槽（8）的出料压轴（51）使工件压在冷却溶液中，淬火槽（8）的长度应能使工件在水溶液中滞留1分钟左右的时间、工件冷却到40-50℃，工件出淬火槽（8）、进入过渡冷却轮（14），在该区域里工件（钢带）被缓慢冷却到室温。工件在回火区的第一个回路里，电流由变压器（18）经控制屏（19）向电缆线（21）输出引入正极电接触架（16），电流再由正极电接触架（16）经钢带（工件）流入负极电接触架（15），工件利用自身作导体，被均匀加热到300-440℃，在回火的第二个回路里，只对蜗卷弹簧的内四圈长度部分进行加热，加热到400-480℃，其余部分不用加热。在操作时，当蜗卷弹簧内四圈钢带长度部分进入回火第二回路段时，应使第二回路电路通过时间继电器控制导通，其余部分进入第二回路段时，应切断电路，由于钢带是连续移动，要根据带速和时间来计算第二回路通、断电时间。工件（钢带）经回火后由转动收料架（22）将经回火的整料收卷在料盘上。收卷好后，再放料，根据所需要的长度如16400mm，在联合机台（23）上下料，裁下所需长度，并在头部倒钩筋，在尾部冲孔。钢带（工件）经过吹砂机（24），对工件表面进行吹砂处理，去掉毛刺，使表面光洁。然后绕簧成型，制造接触型蜗卷弹簧是将钢带（工件）绕入氮化盘内，头四圈绕在氮化盘的底板（78）的中部，工件的钩筋嵌入定位槽（82）里，沿着钢带（工件）的每一圈都有分层定位插销（77）分隔，内四圈绕完后，将工件绕在底板（78）的边缘，开始一圈还是用分层定位插销（77）定位，以后的各圈用金属丝做的尾部隔层梯带（81）分隔。一个氮化盘可以放置几层工件，用第二个分层定位插销（77）叠插在第一个分层定位插销（77）上后，在分层支承孔（87）里穿入一根金属丝，这样第二层的工件可落在该金属丝上，同样的方式可放置第三层和第四层。对于非接触型蜗卷弹簧，钢带的每一圈之间都用金属丝做的尾部隔层梯带（81）分隔。将卷成盘的工件放于真空氮化热处理炉（26）中进行稀土软氮化热处理，对于小工件放在小炉中处理，大工件，需用吊车放于大炉中，用吊车的挂钩钩住氮化盘上的挂钩（88），由炉盖升降器（90）揭开炉盖（61），将装好工件的氮化盘放在料架（14）上，并向炉内投入稀土氯化物。盖好炉盖（61），电热丝（59）通电加热，真空泵（64）抽真空，在达到所需的真空度、温度控制到比回火第二个回路的温度低20-40℃即360-460℃时，由氨瓶（68）向炉内输入氨气，氨气遇热分解出[N]活性原子以及稀土活性原子被钢带（工件）表面吸收，在工件表面形成稀土氮化膜层，氮化热处理时间3.5-4.5小时。氮化热处理后，对产品进行包装。
用本发明方法制造的蜗卷弹簧对接触型蜗卷弹簧由于将工件装入氮化盘进行氮化热处理，使蜗卷弹簧处于自然状态时，除起定位作用的内3-4圈外，其余部分钢带自然展开为直带、节距无限大，因而能获得最大的施放扭力距。
本发明具有以下优点：
1、采用电接触加热法利用工件本身作导体，通过控制施加在工件两端上的电压及通电时间来实现短路加热，实现工件的淬火和回火热处理，具有设备简单，加热速度快，热效率高，工件加热均匀，表面无或少氧化脱碳，并可以采用焊接工件实现连续作业生产等特点。
2、生产的接触型蜗卷弹簧使产品在节距的制约中解放出来，除起定位作用的内3-4圈外，其余为直带，节距无限大、能控制产品在最佳服役硬度值HRC40-46的范围内。
3、由于接触型蜗卷弹簧能获得最大施放扭力矩，所以能减薄材料、节省材料，又有利弹性韧性的增强，提高使用寿命的良性循环。
4、由于采用了电接触短路回火工艺，对接触型蜗卷弹簧在内3-4圈定位圈的长度范围内可依所通过的时间由时间调节器控制其自动调档，实现较高温度（400-480℃）回火，既有利于将绕簧氮化盘工序的进行，又能使承受最大负载和疲劳的内3-4圈较外部硬度值偏低1-3度的目的。因为外部直带长度所提高的施放能量足以补偿由于内3-4圈硬度值降低所减少的力矩施放力，更好地提高了产品的服役期限。
5、运用产品回火温度点（400-440℃）进行真空氮化热处理，既符合于热处理功能继承原则，又简化了工艺，在产品表面增加了一层理想的防氧化好的润滑模氮化层，可以大大增强表面强度和抗磨能力以及防腐能力，节省能量、减少了磷化或发黑等外观处理的重复温度的原料消耗，降低成本显著。
6、在真空氮化热处理工序里加入稀土氯化物，加快渗氮速度，缩短生产周期，提高产品质量。
采用本发明生产的接触型蜗卷弹簧其硬质值HRC40-46、扭力矩4.0-4.5N/N，疲劳寿命8万次以上。非接触型蜗卷弹簧其硬度值为HRC40-46，扭力矩完全可达最佳值。疲劳寿命可提高1-2倍以上。