夹具的弹性件，通常包括圆柱形或锥形螺旋弹簧、碟形弹簧、弹簧片、弹性夹头及其他弹性元件等。
1.夹具弹性件的材料选择及热处理特点
（1）材料的选择 夹具弹性件，一般选择通用弹簧钢制作。通用弹簧钢分为热轧弹簧钢和冷拔弹簧钢两种，一般制作线径>6mm的弹簧，由于不易缠绕而选择硬度很低（不大于285HBW）的热轧弹簧钢。缠绕成形后再通过淬火和回火获得必要的性能。对于制作线径≤6mm的弹簧，则可选择冷拔弹簧钢丝进行绕制，然后经过低温回火即可满足性能要求。
就钢种及其化学成分而言，通用弹簧钢分为碳素弹簧钢（如65、70、75和85钢等）、低合金弹簧钢（如65Mn、60Si2Mn和50CrV钢等）和高合金弹簧钢（如3Cr13、4Cr13和其他耐热不锈钢等）。
碳素弹簧钢随其含碳量的增加，可有效提高冷变形强化，获得较高的强度和弹性极限。但由于其淬透性小、抗应力松弛性能差以及耐蚀性不好等，仅适用于制作截面较小、工作温度不高的弹簧。合金弹簧钢可以克服碳素弹簧钢的上述缺点，且随合金元素含量的增加，淬透性增大，强度和弹性极限提高，因此被大量用于各种弹簧的制作。高合金弹簧钢仅用于制作工作温度400℃左右的弹簧。
（2）夹具弹性件热处理的特点 夹具弹性件热处理，主要是淬火、回火和定型处理等。
1）弹性件的淬火。一般是加热温度在Ac3点以上的完全淬火，如果淬火组织中存在铁素体，弹簧使用过程将会发生一定的塑性变形，导致失去原有尺寸精度。即使少数弹簧钢属于过共析钢，由于弹簧不要求很高的耐磨性，淬火组织中也没有必要保留碳化物。如果淬火组织中存在碳化物则会降低弹簧的冲击韧度和疲劳强度。因此，过共析弹簧钢也需在Acm点以上淬火加热。
近年来的许多试验研究证明，采用较高的加热温度淬火，由于组织转变得比较彻底，成分更加均匀化，使淬火组织中的板条马氏体数量增加，可收到强韧化的效果。
由于弹簧热处理后，一般不再进行加工，所以一旦有脱碳现象将显著降低其疲劳寿命。因此，弹簧淬火加热时要严格控制氧化脱碳问题。
淬火加热后，可根据钢种和变形要求的不同，选择水淬、油淬或熔融硝盐、热碱浴等分级方式的淬火冷却。应当指出，弹簧淬火加热后不宜过度预冷，一旦在预冷过程中析出铁素体，将降低其性能。
另外，弹簧的等温淬火试验研究表明，等温淬火后获得的下贝氏体在高硬度时具有较高的韧性、较小的变形和较低的缺口敏感性等优点。但是，由于下贝氏体的屈服点较低，等温淬火仅适用于要求耐磨性好的高硬度弹簧。
2）弹性件的回火。钢在淬火状态，其断裂强度和塑性均较低（尤其是含碳量较高时），因此弹簧淬火后不经回火或回火不充分，试压时极易折断。
试验表明，虽然钢在淬火状态的硬度很高，但屈服点很低。因此，即使是轻载荷弹簧，如果淬火后不予以回火，在使用过程中也极易发生断裂。即使不断裂，也会发生很大的永久变形。
弹簧的回火，既不同与工、模具的低温回火，也不同于调质处理的高温回火，而是在380～450℃的中温回火。表5-5所示为常用弹簧钢热处理后的力学性能。
表5-5 夹具常用弹簧钢热处理后的力学性能
3）松弛热处理主要用于处理较高温度下工作的弹簧。由于某些材料在承载状态下发生弹性后效而引起应力松弛现象。如此将导致弹簧的性能和尺寸相应发生变化，失去原有精度，以至可造成机械重大事故。松弛现象在室温下即可产生，高温时更加显著；在大型弹簧中有产生，在小型弹簧中更明显。因此，除一般弹簧外，对于高精度夹具所需弹簧必须进行松弛热处理。
试验研究表明，弹簧的应力松弛现象与许多因素有关，如内部组织类别、组织和应力的稳定性及钢中合金元素的含量等。为了防止弹簧在使用过程产生松弛现象，可在其淬火和回火后，对弹簧事先施以工作温度下产生的变形，并在超过其工作温度20℃的温度下保温24h。
制作这种弹簧时，应通过试验确定其工作温度下的变形量，然后在制作时预留出变形量，最后通过松弛处理达到其标准尺寸。表5-6所示为几种在高温状态下工作的弹簧热处理工艺规范。
表5-6 几种在较高温度下工作的弹簧热处理工艺规范
2.夹具弹性件的热处理实例
（1）弹性套的热处理
1）夹具弹性套所用材料及技术要求。图5-11所示为夹具的弹性套。其材料为60Si2Mn钢，要求热处理后硬度为52～56HRC，变形（连接量去除后各开口尺寸差）≤0.20mm。各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。
2）工艺分析。该夹具弹性套是机床所用夹具上的典型弹性套之一，工作时需要较好的弹性和一定的耐磨性。以往淬火后变形较大。经验证明，这类弹性套淬火后变形无规律，变形特点是开口大小不定，内孔胀缩不一。因此，淬火前在各开口处预留连接量，如图5-11所示。为了获得很好的弹性，应确保弹性套整体淬透。为减少变形，淬火冷却应采用热应力较小的冷却速度，如在热油、热碱或熔融硝盐浴中分级淬火等。
该弹性套特殊之处是两端夹口的自由状态应为收缩（对被夹工件呈夹紧）状态。因此，需用热处理方法予以定型处理。
3）工艺路线为：下料→车削全形（外圆预留磨量）→钳工划线并钻削8个直径为4mm的孔→铣削8个宽为2mm的各槽（各端头留3mm连接量）→淬火和去应力回火→磨削外圆→去除各槽口的连接量并收缩两端夹口，进行定型处理兼最终回火→发蓝处理。
4）淬火工艺。在中温盐浴炉中加热至880～900℃，保温透烧后淬入120℃热碱浴中，停留2.5～3min后空冷到室温。
5）去应力回火。在260～280℃，保持0.5～1h后空冷。
6）回火兼定型处理：用铁丝捆绑两端夹口到技术要求尺寸，在360～380℃，保温2.5～3h。
7）处理结果，硬度为52～54HRC，两端夹口尺寸合格。
图5-12 送料夹头结构图(www.xing528.com)
（2）送料夹头的热处理
1）送料夹头所用材料及技术要求。图5-12所示为送料夹头。其材料为60Si2Mn钢，要求热处理后夹紧部分硬度为58～62HRC，弹性部分硬度为38～43HRC，尾部螺纹硬度为20～30HRC。变形量（连接量去除后各开口尺寸差）≤0.20mm。各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。
2）工艺分析。该夹头是机床所用夹具递送被加工原材料的典型弹性夹头，工作时需要较好的弹性和良好的耐磨性。以往淬火后变形较大。经验证明，这类弹性套淬火后变形无规律，变形特点是开口大小不定，内孔胀缩不一。因此，淬火前在各开口处预留连接量，如图5-12所示。为了获得很好的弹性，应确保夹头整体淬透。为减少变形，淬火冷却应采用热应力较小的冷却速度，如在热油、热碱或熔融硝盐浴中分级淬火等。
该夹头特殊之处是一端夹口的自由状态应为收缩（对被夹工件呈夹紧）状态。因此，需用热处理方法予以定型处理。
3）工艺路线为：下料→车削全形（外圆预留磨量）→钳工划线确定各空槽位置并钻削18mm段的通孔→铣削各空槽（各端头留3mm连接量）→钳工精修各空槽及去除毛刺、倒角→淬火和去应力回火→磨削外圆→去除各槽口的连接量并收缩一端夹口，进行定型处理兼最终回火→发蓝处理。
4）淬火工艺。在中温盐浴炉中加热至880～900℃，保温透烧后淬入120℃热碱中，停留2.5～3min后空冷到室温。
5）去应力回火。在260～280℃，保持0.5～1h后空冷。硬度应达到58～62HRC。
6）定型处理。用铁丝捆绑一端夹口到技术要求尺寸，将尾部和弹性段先后浸在800℃盐浴炉中快速回火（防止热量影响头部硬度），螺纹部分达到750～800℃后，将弹性段立即浸入盐浴中，保温时间按有效厚度8～10s/mm计算，予以弹性回火兼定型处理，硬度应达38～43HRC，螺纹部分硬度为20～30HRC。
7）处理结果，头部硬度为58～60HRC，弹性部分硬度为40～43HRC；螺纹部分为25～30HRC。
（3）夹紧夹头的热处理
1）夹紧夹头所用材料及技术要求。图5-13所示为送料夹头。其材料为65Mn钢，要求热处理后夹紧部分硬度为58～62HRC，弹性部分硬度为38～43HRC，尾部螺纹硬度为20～30HRC，变形量（连接量去除后各开口尺寸差）≤0.20mm。各序加工预留余量和热处理变形允差参照附录C。
图5-13 夹紧夹头结构图
2）工艺分析。该夹头是机床所用夹具夹紧被加工原材料的典型弹性夹头，工作时需要较好的弹性和良好的耐磨性。以往淬火后变形较大。经验证明，这类弹性套淬火后变形无规律，变形特点是开口大小不定，内孔胀缩不一。因此，淬火前在各开口处预留连接量，如图5-13所示。为了获得很好的弹性，应确保夹头整体淬透。为减少变形，淬火冷却应采用热应力较小的冷却速度，如在热油、热碱或熔融硝盐浴中分级淬火等。
该夹头特殊之处是一端夹口的自由状态应为张开（便于被夹工件的送入）状态。因此，需用热处理方法予以定型处理。
3）工艺路线为：下料→车削全形（外圆预留磨量）→钳工划线确定各空槽位置并钻削18mm段的通孔→铣削各空槽（各端头留3mm连接量）→钳工精修各空槽及去除毛刺、倒角→淬火和去应力回火→磨削外圆→去除各槽口的连接量并用圆销张开一端夹口，进行定型处理兼最终回火→发蓝处理。
4）淬火工艺。在中温盐浴炉中加热至880～900℃，保温透烧后淬入120℃热碱浴中，停留2.5～3min后空冷到室温。
5）去应力回火。在260～280℃，保持0.5～1h后空冷。硬度应达到58～62HRC。
6）定型处理。用圆销张开一端夹口到技术要求尺寸，将尾部和弹性段先后浸在800℃盐浴炉中快速回火（防止热量影响头部硬度），螺纹部分达到750～800℃后，将弹性段立即浸入盐浴中，保温时间按有效厚度8～10s/mm计算，予以弹性回火兼定型处理，硬度应达到38～43HRC，螺纹部分硬度应达到20～30HRC。
7）处理结果，头部硬度为58～60HRC，弹性部分硬度为40～43HRC，螺纹部分硬度为25～30HRC。
（4）小型弹簧的热处理
1）工艺分析。在夹具制造过程中，经常遇到直径≤0.6mm的小型圆簧或厚度≤0.5mm的弹簧片。这类小型弹簧热处理难度比较大些，一方面是由于有效直径或厚度太小，加热后到入油前温度快速降低到Ar1以下，硬度不易达到要求，影响其弹性。另一方面是容易变形，特别是轻微脱碳也会影响其刚性。
为了保证小型弹簧的热处理质量，可利用不易变形的、直径稍小于圆簧内径的不锈钢直棒，成串地横向穿挂圆簧；或用镶有相邻立柱宽度稍大于弹簧片厚度的托板作吊具，将弹簧片侧放在两立柱之间。如此，一方面有利于减少加热时的变形，另一方面有利于利用吊具的热量防止弹簧入油前温度过低，影响淬火效果。
2）淬火在盐浴中加热。弹簧淬火加热入炉前连同吊具一起浸蘸锭子油，油在盐浴中燃烧有利于防止氧化脱碳。加热后连同吊具一起冷却。
3）回火操作有两种方法。方法1：淬火后将吊具附油除净，弹簧带油重新装入吊具后烘烤弹簧上的附油，使其燃烧，即利用燃烧热量回火，残油燃烧完即可空冷到室温。方法2：淬火后直接连同吊具一起转入回火炉中按工艺规定的温度进行回火。
4）处理结果，经压缩试验和变形检查，技术指标均合格。
（5）圆柱螺旋弹簧和大型环状弹簧的定型处理
1）工艺分析。圆柱螺旋弹簧的高度与直径比大于3～3.5时，淬火后往往产生肉眼可见的不直变形。大型环状弹簧直径大于200mm时，淬火后会产生严重的椭圆和不平变形。所以，需要淬火后进行校正定型处理。
2）校正定型工艺。弹簧淬火后产生变形超差时应首先进行260～280℃的去应力回火，以防校正定型时发生脆断。然后利用图5-14所示的方式进行校正定型，即将直线度超差的螺旋弹簧穿入外径与弹簧内径尺寸相同的芯轴（见图5-14a），再一同在正常的回火温度下进行保温，冷却到室温后卸掉芯棒或芯管，变形即可被校正过来。
大型环状弹簧变形的校正，可用图5-14b所示方法进行。图5-14b所示为弹簧回火定型校正示意，即淬火变形的弹簧去应力回火后利用螺杆机构将变形的环状弹簧长径顶至变形前的尺寸，相应地短径也回归到原有尺寸，然后将弹簧与螺杆机构一同放在炉中进行正常温度的回火即可。要注意，回火冷却到室温后方可卸去螺杆。
图5-14 弹簧的定型处理示意图
a）弹簧回火定型校正示意图 b）热点法校正环形件示意图及所用夹具
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