BRPI1001256B1

BRPI1001256B1 - Mola espiral e método para manufatura de uma mola espiral para suspensão de veículos

Info

Publication number: BRPI1001256B1
Application number: BRPI1001256-7A
Authority: BR
Inventors: Akira Tange; Hideki Okada; Isao Sumiyoshi; Mitsuhiro Sugiyama
Original assignee: Nhk Spring Co., Ltd.
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2020-09-24
Also published as: EP2444203B1; EP2444203A4; TR201908132T4; CN102481681A; EP2444203A1; HUE042955T2; ES2728114T3; WO2010146898A1; JP2011000663A; CN102481681B; BRPI1001256A2; KR20110021702A; KR101200694B1; EP2444203A8; JP5393280B2

Abstract

MOLA ESPIRAL PARA SUSPENSÃO DE VEÍCULOS, FEITA DE UM ARAME PARA MOLAS, Á QUAL UMA TENSÃO RESIDUAL COMPRESSIVA É CONFERIDA POR REBITAGEM E MÉTODO PARA MANUFATURA DE UMA MOLA ESPIRAL PARA SUSPENSÃO DE VEÍCULOS Um arame para molas (20), com dureza de 50 a 56 HRC, É submetido a um primeiro e a um segundo processos de rebitagem (S6) (S7), dentro de uma faixa de temperatura quente de trabalho entre 150 a 350°C. No primeiro processo de rebitagem (S6) (S7), a tensão residual compressiva é conferida ao arame para molas (20). O arame para molas (20) inclui uma parte de aumento de tensão residual (T1), uma parte de pico de tensão residual (T3) e uma parte de diminuição de tensão residual (T4). Na parte de diminuição de tensão residual (T4), uma parte (B) incluindo a tensão residual compressiva, cuja grandeza é equivalente á grandeza da tensão residual compressiva na superfície do arame para molas (20) existe em uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade permissível do buraco (Rmáx).

Description

MOLA ESPIRAL E MÉTODO PARA MANUFATURA DE UMA MOLA ESPIRAL PARA SUSPENSÃO DE VEÍCULOS

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a uma mola espiral para suspensão de veículos, usada para um mecanismo de suspensão de um veículo, tal como de um automóvel ou semelhantes, excelente em durabilidade sob corrosão, e a um processo para manufatura da mesma.

ANTECEDENTES

[0002] É conhecido que uma mola espiral para um mecanismo de suspensão é submetida a uma influência de um agente anticongelante, espalhado em estradas durante o inverno ou assemelhados. O agente anticongelante contém sal, e, por conseguinte, o agente promove corrosão da superfície da mola espiral, que é constituída de aço para molas. É conhecido que um alvéolo de corrosão (alvéolo de ataque químico) exerce, particularmente, uma grande influência na durabilidade da mola espiral. Por exemplo, como mostrado na Figura 11, uma parte da superfície 1a do arame para molas 1 é corroída, para formar uma forma de furo por umidade ou sal, com o que um alvéolo de corrosão 2 é formado. Embora a forma do alvéolo de corrosão 2 varie, há ainda um alvéolo de corrosão 2, tendo uma seção transversal, como mostrada esquematicamente, por exemplo, na Figura 12.

[0003] Como mostrado na Figura 13, quando o alvéolo de corrosão 2 atinge uma profundidade R de um certo nível ou maior, e o peso do veículo é continuamente aplicado à mola espiral, uma fissura de fadiga 3 ocorre na parte de fundo 2a, ou assemelhados, do alvéolo 2. Quando a fissura 3 fica grande, a mola espiral se quebra. Em outras palavras, mesmo quando a mola espiral é usada em um meio físico corrosivo, a mola espiral pode ser usada sem quebra, se o tamanho do alvéolo de corrosão estiver dentro da profundidade do alvéolo permissível Rmáx .

[0004] Por outro lado, deseja-se que a mola espiral para suspensão seja usada a uma maior tensão, para promover uma redução de peso de um veículo. Para promover maior tensão na mola espiral, torna-se importante conferir tensão residual compressiva às vizinhanças da superfície do arame para molas. É conhecido do passado que ao submeter uma mola espiral ao jateamento com granalha (jatopercussão), uma tensão residual compressiva é conferida às vizinhanças da superfície da mola espiral, e a durabilidade dela é otimizada. Por exemplo, na publicação do pedido de patente japonesa KOKAI de n° 2000345238 ou na publicação do pedido de patente japonesa KOKAI de n° 2000-106365, um jateamento com granalha multiestágio é descrita. No jateamento com granalha multiestágio, o jateamento com granalha é conduzida uma pluralidade de vezes em uma maneira dividida.

[0005] Como um meio para produzir tensão residual compressiva em uma região da superfície da mola a uma posição profunda, o jateamento com granalha por tensão e o jateamento com granalha a quente (jatopercussão térmica) são conhecidas. No jateamento com granalha por tensão, o bombardeio é aplicado à mola espiral em um estado no qual a mola é comprimida. No jateamento com granalha a quente, o bombardeio é aplicado à mola espiral em um estado no qual a mola é aquecida a uma temperatura a cerca de 250°C. Em comparação com o jateamento com granalha usual, conduzida à temperatura ambiente, no jateamento com granalha por tensão ou no jateamento com granalha a quente, é possível provocar o aparecimento de tensão residual compressiva em uma região até uma posição profunda no material. No entanto, o jateamento com granalha por tensão requer um equipamento configurado para comprimir a mola espiral. Além do mais, no jateamento com granalha por tensão, a detonação é aplicada à mola espiral em um estado no qual a mola espiral é comprimida, e, por conseguinte, as fendas entre as partes dos arames para molas ficam pequenas. Consequentemente, há um problema da dificuldade para que a detonação toque dentro da mola espiral ou se posicione entre as partes dos arames para molas.

Lista de citação Literatura de patentes

[0006] Literatura de patente 1: publicação do pedido de patente japonesa KOKAI de n° 2000-345238

[0007] Literatura de patente 2: publicação do pedido de patente japonesa KOKAI de n° 2008-106365

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0008] Em uma mola espiral convencional para suspensão, uma grande tensão residual compressiva é conferida às vizinhanças da superfície da mola por jateamento com granalha. No entanto, quando a mola espiral para suspensão é usada em um meio físico corrosivo, no qual ocorre um alvéolo de corrosão, a mola espiral quebra em alguns casos, após um período de uso relativamente curto, por crescimento do alvéolo de corrosão. Desse modo, propõe-se também aperfeiçoar a resistência à corrosão e eliminar a ocorrência de alvéolo de corrosão e o crescimento do alvéolo por elaboração dos componentes do material (aço para molas).

[0009] Por exemplo, a resistência à corrosão da mola espiral é aperfeiçoada por adição de um elemento de liga, tal como Ni, Cr, Mo ou assemelhados, ao aço para molas. No entanto, o aço para molas contendo esse elemento de liga é caro, essa sendo uma causa que torna alto o custo da mola. Em vez disso, uma vez que o tamanho do alvéolo de corrosão atinja a profundidade do alvéolo permissível, há a possibilidade mola espiral ser quebrada, enquanto promovendo a ocorrência da fissura por fadiga em uma parte de fundo, ou assemelhados, do alvéolo de corrosão, como um alvéolo de partida.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0010] Um objeto da presente invenção é proporcionar uma mola espiral para uma suspensão de veículo capaz de otimizar a durabilidade sob corrosão, e que seja usada a uma maior tensão, e um processo para manufatura da mesma.

[0011] Uma mola espiral para suspensão de veículos da presente invenção é aquela feita de um arame para molas, ao qual se confere uma tensão residual compressiva por jatopercussão, e compreende uma parte de aumento de tensão residual, uma parte de pico de tensão residual, e uma parte de diminuição de tensão residual. Na parte de aumento de tensão residual, a tensão residual compressiva aumenta da superfície do arame para molas em uma direção da profundidade. Na parte de pico de tensão residual, a tensão residual compressiva atinge o máximo. Na parte de diminuição de tensão residual, a tensão residual compressiva diminui da parte de pico de tensão residual na direção da profundidade do arame para molas. Além do mais, na mola espiral, na parte de diminuição de tensão residual, uma parte compreendendo a tensão residual compressiva, cuja grandeza é equivalente à grandeza da tensão residual compressiva na superfície do arame para molas, existe em uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível do arame para molas.

[0012] Quando a profundidade de alvéolo permissível da mola espiral é 0,25 mm, é desejável uma tensão residual compressiva igual ou superior a - 400 MPa (implicando em um valor igual ou superior a 400 MPa, o mesmo é verdade do que é apresentado a seguir) seja conferida a uma região da superfície do arame para molas em uma posição da profundidade de alvéolo permissível. Como a dureza do arame para molas, é recomendável uma dureza de 50 a 56 HRC. Além disso, é desejável que uma posição, que é localizada mais profunda do que a parte de pico de tensão residual, e na qual a tensão residual compressiva começa a diminuir bastante, seja localizada mais profunda do que 0,2 mm da superfície da mola. Além disso, é também desejável que uma tensão residual compressiva igual ou superior a - 400 MPa seja conferida a uma região da superfície, a uma posição a uma profundidade de 0,3 mm.

[0013] Um processo para manufatura de uma mola espiral para suspensão de veículos da presente invenção compreende um processo de encurvamento, um primeiro processo de jateamento com granalha, e um segundo processo de jateamento com granalha. No processo de encurvamento, um arame para molas, constituído de um aço para molas, é formado em uma forma helicoidal. No primeiro processo de jateamento com granalha, tensão residual compressiva é conferira ao arame para molas por aplicação no arame para molas de um primeiro bombardeio de tamanho de granalha igual ou superior a 1,0 mm. O segundo processo de jateamento com granalha é conduzida após o primeiro processo de jateamento com granalha. No segundo processo de jateamento com granalha, o arame para molas recebe o segundo bombardeio de granalhas de tamanho menor do que aquelas do primeiro bombardeio. Por meio dos primeiro e segundo processos de jateamento com granalha, uma parte de aumento de tensão residual, uma parte de pico de tensão residual, e uma parte de diminuição de tensão residual são produzidas no arame para molas, e, na parte de diminuição de tensão residual, uma parte compreendendo a tensão residual compressiva, cuja grandeza é equivalente à grandeza da tensão residual compressiva na superfície do arame para molas, é gerada em uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível do arame para molas.

[0014] Na presente invenção, é recomendável conduzir os primeiro e segundo processos de jateamento com granalha em um estado no qual o arame para molas é mantido a uma temperatura de processamento de 150 a 350°C. A temperatura de processamento no primeiro processo de jateamento com granalha é mais alta do que a temperatura de processamento no segundo processo de jateamento com granalha. Além disso, é recomendável manter a energia cinética do primeiro bombardeio mais alta do que a energia cinética do segundo bombardeio.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0015] De acordo com a mola espiral para suspensão de veículos da presente invenção, mesmo quando o alvéolo de corrosão cresce a uma posição próxima da profundidade de alvéolo permissível, é possível impedir a ocorrência de uma fissura por fadiga na parte de fundo, ou assemelhados, do alvéolo de corrosão, e otimizar a durabilidade sob corrosão. Em consequência disso, fica possível usar a mola espiral de suspensão para suspensão de veículos a uma maior tensão, e promover a redução de peso do veículo.

[0016] De acordo com o processo de manufatura da presente invenção, é possível provocar um alto nível de tensão residual compressiva, efetivo em impedir a ocorrência de uma fissura por fadiga e o desenvolvimento do aparecimento de fissura em uma região da superfície do arame para molas a uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível. Além do mais, é possível promover uma diferença entre a tensão residual compressiva, próxima da superfície do arame para molas, e a tensão residual compressiva, próxima da parte de fundo do pequeno alvéolo de corrosão. Em consequência disso, é possível obter uma distribuição de tensões residuais compressivas altamente efetiva para impedir a ocorrência de uma fissura por fadiga no alvéolo de corrosão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] A Figura 1 é uma vista lateral de parte de um automóvel dotado com uma mola espiral para suspensão, de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0018] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma mola espiral para suspensão mostrada na Figura 1.

[0019] A Figura 3 é um fluxograma mostrando um exemplo de processos de manufatura da mola espiral para suspensão mostrada na Figura 2.

[0020] A Figura 4 é um fluxograma mostrando outro exemplo de processo de manufatura da mola espiral para suspensão mostrada na Figura 2.

[0021] A Figura 5 é um gráfico mostrando a distribuição de tensões residuais compressivas do Exemplo 1, de acordo com a presente invenção.

[0022] A Figura 6 é um gráfico mostrando a distribuição de tensões residuais compressivas do Exemplo 2, de acordo com a presente invenção.

[0023] A Figura 7 é um gráfico mostrando a distribuição de tensões residuais compressivas do Exemplo 3, de acordo com a presente invenção.

[0024] A Figura 8 é um gráfico mostrando a distribuição de tensões residuais compressivas do Exemplo Comparativo 1.

[0025] A Figura 9 é um gráfico mostrando a vida útil sob corrosão dos Exemplos 1 e 2, de acordo com a presente invenção, e do Exemplo Comparativo 1.

[0026] A Figura 10 é um gráfico mostrando a vida útil sob corrosão dos Exemplos 4 e 5, de acordo com a presente invenção, e do Exemplo Comparativo 2.

[0027] A Figura 11 é uma vista em seção transversal mostrando esquematicamente um exemplo de um alvéolo de corrosão.

[0028] A Figura 12 é uma vista em seção transversal mostrando esquematicamente outro exemplo de um alvéolo de corrosão.

[0029] A Figura 13 é uma vista em seção transversal mostrando esquematicamente um alvéolo de corrosão no qual ocorreu uma fissura.

MODO PARA CONDUZIR A INVENÇÃO

[0030] Uma mola espiral para suspensão de veículos, de acordo com uma concretização da presente invenção, e um processo para manufatura da mola espiral serão descritos abaixo com referência aos desenhos.

[0031] Um mecanismo de suspensão 11 de um veículo 10, mostrado na Figura 1, é dotado com uma mola espiral 12 para suspensão de veículos (a seguir referida simplesmente como uma mola espiral 12), e um amortecedor 13. Na mola espiral 12 mostrada na Figura 2, um arame para molas 20 é formado em uma forma helicoidal. A mola espiral 12 suporta elasticamente a carga do veículo 10, em um estado no qual a mola espiral 12 é comprimida na direção do eixo X.

[0032] Um exemplo da mola espiral 12 é uma mola espiral cilíndrica. Um exemplo de um diâmetro de arame d (mostrado na Figura 2) do arame para molas 20 é 12,5 mm. Um diâmetro médio de espiral D é 110,0 mm, um comprimento livre (comprimento sem qualquer carga) é 382 mm, um número de voltas ativas é 5,39, e uma constante de mola é 33,3 N/mm. Embora o curso principal do diâmetro do arame da mola espiral 12 seja de 8 a 21 mm, outros diâmetros, diferentes daqueles mencionados acima, podem ser também empregados. Além disso, molas espirais de várias formas, tais como uma mola em forma de tambor, uma mola cônica de dupla cabeça, uma mola espiral afunilada, uma mola espiral de passo variável, uma mola espiral de controle de eixo de carga, e assemelhados, podem ser também empregadas.

[Exemplo 1]

[0033] O tipo de aço da mola espiral 20 é um aço para molas de alta resistência à corrosão (nesta descrição, referido, convenientemente, como um aço para molas S). O aço para molas S é de um tipo de aço otimizado em resistência à corrosão, e os componentes químicos (% em massa) dele são: C - 0,41; Si -1,73; Mn - 0,17; Ni - 0,53; Cr - 1,05; V - 0,163; Ti - 0, 056; Cu - 0,21; e Fe - restante.

[0034] A Figura 3 mostra os processos de manufatura de uma mola espiral formada a quente. Em um processo de aquecimento S1, um arame para molas, que é um material para a mola espiral, é aquecido a uma temperatura de austenização (superior ao ponto de transformação A3 e inferior a 1.150°C). O arame para molas aquecido é encurvado em uma forma helicoidal, em um processo de encurvamento (processo de enrolamento) S2. Depois, o arame para molas espiralado é submetido a tratamento térmico, tal como um processo de têmpera S3, um processo de revenimento S4 e assemelhados.

[0035] O arame para molas é refinado termicamente por tratamento térmico, de modo que a dureza de 50 a 56 HRC possa ser obtida. Por exemplo, uma mola espiral de uma tensão máxima de projeto de 1.300 MPa é refinada termicamente, de modo que a dureza de 54,5 HRC possa ser obtida. Uma mola espiral de tensão máxima de projeto de 1.200 MPa é refinada termicamente, de modo que a dureza de 53,5 HRC possa ser obtida. Ainda mais, em um processo de endurecimento a quente S5, uma carga na direção axial da mola espiral é aplicada à mola espiral, por um tempo predeterminado. O processo de endurecimento a quente S5 é conduzido como um trabalho a quente, por utilização do calor remanescente, após o tratamento térmico.

[0036] Depois, um primeiro processo de jateamento com granalha S6 é conduzido. No primeiro processo de jateamento com granalha S6, o primeiro bombardeio (de pedaços de fio cortados feitos de Fe) sendo de um tamanho de granalha (tamanho de grão) de 1,0 mm é usado. O arame para molas é aplicado com o primeiro bombardeio, a uma temperatura de processamento de 230°C, a uma velocidade de 76,7 m/s, e com uma energia cinética de 12,11 x 10-3 J. Em consequência disso, a tensão residual compressiva aparece em uma ampla região da superfície do arame para molas na direção da profundidade. A distribuição de tensões residuais compressivas vai ser descrita em detalhes abaixo. É desejável que a rugosidade superficial do arame para molas, obtido pelo primeiro processo de jateamento com granalha S6, seja igual ou inferior a 75 μΜ. Deve-se notar que a velocidade do bombardeio seja um valor obtido por multiplicação da velocidade circunferencial, obtida do diâmetro do rotor da máquina de jateamento com granalha, e da velocidade rotacional do impulsor por 1,3. Por exemplo, quando do diâmetro do rotor é 490 mm e a velocidade rotacional do rotor é 2.300 rpm, a velocidade do bombardeio fica 1,3 x 0,49 x 3,14 x 2.300 / 60 = 76,7 m/s.

[0037] Após o primeiro processo de jateamento com granalha S6 ser conduzido, um segundo processo de jateamento com granalha S7 é conduzido. No segundo processo de jateamento com granalha S7, usa-se uma segunda granalha de tamanho menor do que no primeiro bombardeio. O tamanho da granalha do segundo bombardeio é 0,67 mm. O arame para molas é aplicado com o segundo bombardeio, a uma temperatura de processamento de 200°C, a uma velocidade de 46 m/s, e com uma energia cinética de 1,31 x 10-3 J.

[0038] No segundo processo de jateamento com granalha S7, usa-se uma segunda granalha de tamanho menor do que no primeiro processo de jateamento com granalha S6. Além do mais, a velocidade do segundo bombardeio, no segundo processo de jateamento com granalha S7, é menor do que a velocidade do primeiro bombardeio no primeiro processo de jateamento com granalha S6. Em consequência disso, a grande rugosidade superficial do arame para molas, após o primeiro processo de jateamento com granalha S6, pode ser diminuída pelo segundo processo de jateamento com granalha S7, e o estado superficial do arame para molas é aperfeiçoado. Deve-se notar que, como outro exemplo do segundo processo de jateamento com granalha S7, o arame para molas pode ser aplicado com o segundo bombardeio, tendo um tamanho de granalha de 0,40 mm, a uma temperatura de processamento de 200°C, a uma velocidade de 86,7 m/s, e com uma energia cinética de 0,99 x 10-3 J.

[0039] A Tabela 1 mostra os dados nos quais os valores de energia cinética dos bombardeios são comparados entre si, em termos de condições de jateamento com granalha. Quando o tamanho da granalha é maior, a energia cinética fica maior, mesmo se for empregada à mesma velocidade. Por exemplo, quando a granalha de grande tamanho de grão, tendo um tamanho de granalha de 1 mm, é usada, a energia cinética fica em torno de 1,5 vez aquela da granalha tendo um tamanho de granalha de 0,87 mm. Quando a granalha de grande tamanho de grão, tendo um tamanho de granalha de 1,1 mm, é usada, a energia cinética fica cerca de duas vezes aquela da granalha tendo o tamanho de granalha de 0,87 mm. Ao contrário, quando a granalha de pequeno tamanho de grão, tendo um tamanho de granalha de 0,67 mm, é usada, a energia cinética fica inferior à metade daquela da granalha tendo o tamanho de granalha de 0,87 mm. Quando a granalha tendo um tamanho de granalha de 0,4 mm é usada, a energia cinética fica inferior àquela da granalha tendo o tamanho de granalha de 0,67 mm, ainda que a velocidade seja de cerca de duas vezes.

[0040] Em cada um de todos os casos, incluindo o Exemplo 1, e os Exemplos 2 a 5, que vão ser descritos abaixo, a energia cinética do primeiro bombardeio do primeiro processo de jateamento com granalha S6 é aumentada em relação à energia cinética do segundo bombardeio do segundo processo de jateamento com granalha S7.

[0041] Como a temperatura de processamento em cada um dos primeiro processo de jateamento com granalha S6 e do segundo processo de jateamento com granalha S7, uma temperatura dentro de uma faixa de 150 a 350°C é adequada. Isto é, esses processos são processos de jateamento com granalha a quente, que utilizam o calor remanescente após o tratamento térmico. Além do mais, o segundo processo de jateamento com granalha S7 é conduzido a uma temperatura de processamento mais baixa do que a do primeiro processo de jateamento com granalha S6.

[0042] De acordo com os processos de jateamento com granalha S6 e S7 do Exemplo 1, é possível produzir uma grande tensão residual compressiva da superfície para a posição profunda, sem compressão da mola espiral, diferentemente do jateamento com granalha convencional. Em consequência disso, os equipamentos configurados para comprimir a mola espiral ficam desnecessários, diferentemente do caso do jateamento com granalha. Além do mais, os intervalos entre as partes de arame para molas não são estreitados, diferentemente do jateamento com granalha, e, por conseguinte, é possível que o bombardeio atinja suficientemente a parte interna da mola espiral ou posições entre as partes de arame para molas.

[0043] Após os dois estágios dos processos de jateamento com granalha S6 e S7 terem sido conduzidos, um processo de pré-endurecimento S8 e um processo de pintura S9 são conduzidos. Depois, para inspecionar as aparência e características externas da mola espiral, um processo de inspeção S10 é conduzido. Deve-se notar que o processo de pré-endurecimento S8 pode ser eliminado.

[0044] A Figura 4 mostra um processo de manufatura de um caso no qual a mola espiral é enrolada por trabalho a frio. Como mostrado na Figura 4, o arame para molas, antes de ser submetido ao processo de enrolamento, é submetido de antemão a tratamento térmico, tal como um processo de têmpera S11, um processo de revenimento S12 e assemelhados. O arame para molas é formado em uma forma helicoidal em um processo de encurvamento (processo de enrolamento) S13, que vai ser conduzido como um trabalho a frio. Depois, em um processo de recozimento de alívio de tensão S14, a mola espiral é deixada como está em uma atmosfera de uma temperatura predeterminada por um tempo predeterminado, com o que a deformação provocada durante o tempo de formação é eliminada.

[0045] Depois, nesse processo de manufatura, mostrado na Figura 4, como no caso da mola espiral formada a quente da Figura 3, o processo de endurecimento a quente S5, o primeiro processo de jateamento com granalha S6, o segundo processo de jateamento com granalha S7, o processo de pré-endurecimento S8, o processo de pintura S9 e o processo de inspeção S10 são conduzidos. Deve-se notar que a mola espiral pode ser também enrolada por trabalho a quente. Deve-se notar que o processo de pré-endurecimento S8 pode ser eliminado.

[0046] A Figura 5 mostra a distribuição de tensões residuais compressivas da mola espiral do Exemplo 1. A abscissa da Figura 5 representa as posições a partir da superfície do arame para molas na direção da profundidade. Embora a ordenada da Figura 5 represente a tensão residual, de acordo como é de praxe no campo técnico, os valores de tensão residual compressiva são expressos como valores negativos.

[0047] Como mostrado na Figura 5, a tensão residual compressiva da mola espiral do Exemplo 1 inclui uma parte de aumento de tensão residual T1, uma parte de alta tensão T2, uma parte de pico de tensão residual T3 e uma parte de diminuição de tensão residual T4. Na parte de aumento de tensão residual T1, a tensão residual compressiva aumenta, a partir da superfície do arame para molas no sentido da parte interna do arame para molas, na direção da profundidade. Na parte de alta tensão T2, a tensão residual compressiva é mantida a um alto nível. Na parte de pico de tensão residual T3, a tensão residual compressiva fica a máxima. Na parte de diminuição da tensão residual T4, a tensão residual compressiva diminui da parte de pico da tensão residual T3 na direção da profundidade do arame para molas. Além do mais, a mola espiral desse Exemplo 1, na parte de diminuição da tensão residual T4, uma parte B tendo a tensão residual compressiva, cuja grandeza é equivalente à grandeza do valor de tensão residual compressiva A, na superfície do arame para molas, existe em uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx do arame para molas.

[0048] Na presente invenção, a profundidade de alvéolo permissível Rmáx implica em uma profundidade de alvéolo máxima, associada com a possibilidade da mola espiral para suspensão ter a distribuição de tensões residuais compressivas, obtida por jateamento com granalha convencional, ser quebrada, enquanto promovendo a ocorrência de fissura por fadiga em uma parte de fundo, ou assemelhados de um alvéolo de corrosão, como um ponto de partida. Na mola espiral convencional, quando a profundidade do alvéolo de corrosão fica próxima de 0,2 a 0. 25 mm, a mola espiral é quebrada com uma alta probabilidade. A profundidade de alvéolo permissível é, nesse caso, 0,25 mm.

[0049] Como mostrado na Figura 5, na mola espiral do Exemplo 1, a parte B tendo a tensão residual compressiva, cuja grandeza é equivalente à grandeza do valor de tensão residual compressiva A, na superfície da mola espiral, existe em uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx da mola espiral. Além do mais, a mola espiral do Exemplo 1 tem uma tensão residual compressiva de -400 MPa ou mais em uma região ampla, a partir da superfície a uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx.

[0050] Em cada um dos casos incluindo o Exemplo 1, e os Exemplos 2 a 5, que vão ser descritos abaixo, jateamento com granalha de dois estágios (jateamento com granalha dupla a quente), constituída dos primeiro processo de jateamento com granalha S6 e do segundo processo de jateamento com granalha S7, é conduzida. Isto é, por meio do primeiro processo de jateamento com granalha S6 do primeiro estágio, o pico da tensão residual compressiva aparece em uma posição profunda a partir da superfície, e, além do mais, a tensão residual compressiva ocorre até a posição profunda. Além do mais, por meio do segundo processo de jateamento com granalha S7 do segundo estágio, é possível otimizar a tensão residual compressiva próxima da superfície, como indicado pela seta h na Figura 5. Desse modo, é possível obter a parte de alta tensão T2, na qual a tensão residual compressiva é mantida a um alto nível em uma região a partir das vizinhanças da superfície a uma posição profunda.

[0051] Deve-se notar que quando o arame para molas é aquecido na atmosfera, a sua superfície é descarbonizada, e a dureza da superfície é diminuída em relação à parte interna por cerca de 125 HV. A intensidade da tensão residual compressiva é proporcional à dureza da mola. Isto é, na medida em que a dureza da mola fica menor, a tensão residual compressiva também fica menor. Quando a dureza da mola é 515 HV, que é o limite inferior da faixa de durezas de 50 a 56 HRC (515 a 615 HV), e a dureza mínima da superfície, na qual a descarbonização foi provocada, é 390 HV, o valor da tensão residual compressiva da superfície, nesse momento, é ajustado para ser cerca de - 400 MPa ou mais.

[Exemplo 2]

[0052] O tipo de aço do arame para molas é o de arame para molas de alta resistência à corrosão (arame para molas S), idêntico àquele do Exemplo 1. Os processos de manufatura são idênticos aos do Exemplo 1, exceto para o tamanho da granalha, usada em um primeiro processo de jateamento com granalha S6. Neste Exemplo 2, o primeiro bombardeio de um tamanho de granalha de 1,1 mm foi usado no primeiro processo de jateamento com granalha S6. Após o primeiro processo de jateamento com granalha S6, um segundo processo de jateamento com granalha S7 foi conduzido por uso do segundo bombardeio tendo um tamanho de granalha de 0,67 mm. A velocidade da granalha e a temperatura de processamento foram idênticas àquelas do Exemplo 1.

[0053] A Figura 6 mostra a distribuição de tensões residuais compressivas do Exemplo 2. A mola espiral do Exemplo 2 tem também, como aquela do Exemplo 1, uma parte de aumento de tensão residual T1, uma parte de alta tensão T2, uma parte de pico de tensão residual T3 e uma parte de diminuição de tensão residual T4. Como descrito acima, na parte de aumento de tensão residual T1, a tensão residual compressiva aumenta na direção da profundidade. Na parte de alta tensão T2, a tensão residual compressiva é mantida a um alto nível. Na parte de pico de tensão residual T3, a tensão residual compressiva fica a máxima. Na parte de diminuição da tensão residual T4, a tensão residual compressiva diminui da parte de pico da tensão residual T3 na direção da profundidade do arame para molas. Na mola espiral do Exemplo 2, como no caso do Exemplo 1, uma parte B, tendo a tensão residual compressiva cuja grandeza é equivalente à grandeza do valor da tensão residual compressiva A, na superfície do arame para molas, existe em uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx do arame para molas. Além do mais, a mola espiral do Exemplo 2 tem uma tensão residual compressiva igual ou superior a - 400 MPa, em uma região ampla a partir da superfície a uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx.

[Exemplo 3]

[0054] O tipo de aço do arame para molas é o de arame para molas de alta resistência à corrosão (arame para molas S), idêntico àquele do Exemplo 1. Os processos de manufatura são idênticos aos do Exemplo 2, exceto que aquecimento de alta frequência é usado para o tratamento térmico do arame para molas. Neste Exemplo 3, o arame para molas é aquecido por aquecimento de alta frequência em um processo de têmpera S3, com o que a superfície do arame para molas é impedida de ser descarbonizada. Em um primeiro processo de jateamento com granalha S6, o primeiro bombardeio de um tamanho de granalha de 1,1 mm foi usado. Em um segundo processo de jateamento com granalha S7, o segundo bombardeio tendo um tamanho de granalha de 0,67 mm foi usado. A velocidade da granalha e a temperatura de processamento foram idênticas àquelas do Exemplo 1.

[0055] A Figura 7 mostra a distribuição de tensões residuais compressivas do Exemplo 3. A mola espiral do Exemplo 3 tem também, assim como aquelas dos Exemplos 1 e 2, uma parte de aumento de tensão residual T1, uma parte de alta tensão T2, uma parte de pico de tensão residual T3 e uma parte de diminuição de tensão residual T4. Além do mais, na parte de diminuição da tensão residual T4, uma parte B, tendo a tensão residual compressiva cuja grandeza é equivalente à grandeza do valor da tensão residual compressiva A, na superfície do arame para molas, existe em uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx do arame para molas. Além do mais, a mola espiral do Exemplo 3 tem uma tensão residual compressiva igual ou superior a - 400 MPa, em uma região ampla a partir da superfície a uma posição a uma profundidade excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx .

[Exemplo 4]

[0056] O tipo de aço SAE 9254 foi usado como o arame para molas. Os componentes químicos (% em massa) do SAE 9254 são: C - 0,51 a 0,59; Si - 1,20 a 1,60; Mn - 0,60 a 0,80, Cr - 0,60 a 0,80, S - 0, 040 máx.; P - 0, 030 máx; e Fe - restante. Os processos de manufatura são idênticos àqueles do Exemplo 1. Neste Exemplo 4, o arame para molas constituído do SAE 9254 (dureza: 53,5 HRC) foi submetido a um primeiro processo de jateamento com granalha (velocidade: 76 m/s, temperatura de processamento: 230°C) por uso do primeiro bombardeio tendo um tamanho de granalha de 1,0 mm. Depois, o arame para molas foi submetido a um segundo processo de jateamento com granalha (velocidade: 46 m/s, temperatura de processamento: 200°C) por uso do segundo bombardeio tendo um tamanho de granalha de 0,67 mm.

[Exemplo 5]

[0057] O tipo de aço SAE 9254 foi usado como o arame para molas, e uma mola espiral foi manufaturada pelos mesmos processos daqueles do Exemplo 2. Isto é, no Exemplo 5, o arame para molas constituído do SAE 9254 (dureza: 53,5 HRC) foi submetido a um primeiro processo de jateamento com granalha (velocidade: 76 m/s, temperatura de processamento: 230°C) por uso do primeiro bombardeio tendo um tamanho de granalha de 1,0 mm. Depois, o arame para molas foi submetido a um segundo processo de jateamento com granalha (velocidade: 46 m/s, temperatura de processamento: 200°C) por uso do segundo bombardeio tendo um tamanho de granalha de 0,67 mm.

[Exemplo Comparativo 1]

[0058] Como o arame para molas, o arame para molas de alta resistência à corrosão (arame para molas S), idêntico àquele do Exemplo 1, foi usado. Os processos de manufatura são comuns àqueles do Exemplo 1, exceto para as condições de jateamento com granalha. No Exemplo Comparativo 1, em um primeiro processo de jateamento com granalha, o arame para molas foi aplicado com o primeiro bombardeio tendo um tamanho de granalha de 0,87 mm, a uma velocidade de 76 m/s. A temperatura de processamento foi de 230°C. Depois, em um segundo processo de jateamento com granalha, o arame para molas foi aplicado com o segundo bombardeio tendo um tamanho de granalha de 0,67 mm, a uma velocidade de 46 m/s. A temperatura de processamento foi de 200°C.

[0059] A Figura 8 mostra a distribuição de tensões residuais compressivas do Exemplo Comparativo 1. Como mostrado na Figura 8, o valor máximo da tensão residual compressiva do Exemplo Comparativo 1 apresenta uma comparação com as dos Exemplos 1 a 3. No entanto, no Exemplo Comparativo 1, uma parte B’, na qual a tensão residual compressiva, equivalente à tensão residual compressiva A’, na superfície do arame para mola, existe, é localizada em uma posição consideravelmente mais rasa do que a profundidade de alvéolo permissível Rmáx (0,25 mm) . Em consequência disso, havia a possibilidade da ocorrência de uma fissura por fadiga em uma parte de fundo, ou assemelhados, de um alvéolo de corrosão, e a mola espiral sendo quebrada, quando o alvéolo de corrosão crescia próximo da profundidade de alvéolo permissível Rmáx (0,25 mm) .

[Exemplo Comparativo 2]

[0060] O Exemplo Comparativo 2 é idêntico ao Exemplo Comparativo 1, exceto que o SAE 9254 foi empregado como o tipo de aço para o arame para molas. No Exemplo Comparativo 2, o arame para molas (dureza: 53,5 HRC), constituído de SAE 9254, foi submetido a um primeiro processo de jateamento com granalha (velocidade: 76 m/s, temperatura de processamento: 230°C) por uso do primeiro bombardeio tendo um tamanho de granalha de 1,0 mm. Depois, o arame para molas foi submetido a um segundo processo de jateamento com granalha (velocidade: 46 m/s, temperatura de processamento: 200°C) por uso do segundo bombardeio tendo um tamanho de granalha de 0,67 mm.

[Resultado do teste de fadiga]

[0061] A Figura 9 apresenta os resultados dos testes de fadiga por corrosão dos Exemplos 1 e 2, e do Exemplo Comparativo 1. No teste de fadiga por corrosão, a mola espiral foi submetida a ciclos de teste, cada um dos quais sendo constituído em submeter a mola espiral à aspersão de água salgada (5% de NaCl) por 30 minutos, depois submeter a mola espiral a uma vibração de 3.000 vezes, e depois manter a mola espiral em um meio físico tendo umidade de 95% por 23 horas, até que a mola espiral seja quebrada, e o número total de vibrações foi medido. A tensão de teste foi de 1.200 MPa.

[0062] Como mostrado na Figura 9, no Exemplo 1, o tempo de vida útil sob corrosão foi aperfeiçoado significativamente a 123%, em comparação com o tempo de vida útil de corrosão (100%) do Exemplo Comparativo 1. Além do mais, no Exemplo 2, o tempo de vida útil sob corrosão foi ainda bastante aperfeiçoado a 145%. Como descrito acima, nas molas espirais dos Exemplos 1 e 2 mencionados acima, a durabilidade sob corrosão das molas espirais de suspensão foi bastante aperfeiçoada por jateamento com granalha a quente, por uso de granalha de grande grão tendo um tamanho de granalha igual ou superior a 1,0 mm.

[0063] Na mola de suspensão convencional, quando o alvéolo de corrosão cresce para aproximar-se da profundidade de alvéolo permissível Rmáx, ocorre uma fissura mais cedo em uma parte de fundo do alvéolo, e a fissura cresce rapidamente, quebrando, desse modo, a mola. Ao contrário, nos exemplos descritos acima, a tensão residual compressiva excedendo - 400 MPa é conferida, mesmo a uma posição profunda excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx. Além do mais, nos exemplos descritos acima, o valor da tensão residual compressiva, em uma posição excedendo a profundidade de alvéolo permissível Rmáx, é equivalente ou superior o valor da tensão residual compressiva na superfície da mola, e é possível impedir que o gradiente de uma variação na tensão residual compressiva fique acentuado. Em consequência disso, em cada uma das molas espirais dos exemplos de acordo com a presente invenção, mesmo quando o alvéolo de corrosão cresce para atingir a profundidade de alvéolo permissível Rmáx, a tensão residual compressiva ainda fica na profundidade, e, por conseguinte, é possível eliminar a ocorrência de uma fissura a partir da parte de fundo do alvéolo. Consequentemente, mesmo quando tiver ocorrido uma fissura, é possível retardar o crescimento subsequente da fissura, com o que é possível aperfeiçoar tremendamente a durabilidade sob corrosão.

[0064] A Figura 10 mostra os resultados dos testes de fadiga sob corrosão dos Exemplos 4 e 5 e do Exemplo Comparativo 2. Neles, o tempo de vida útil sob corrosão de um caso no qual o teste de fadiga sob corrosão da mola espiral do Exemplo Comparativo 2 é conduzido na tensão de teste de 1.100 MPa, que é definida como 100%, e os tempos de vida útil sob corrosão, nos quais os testes são conduzidos na tensão de teste de 1.200 MPa, por aumento da tensão de teste por 100 MPa, são comparados com o tempo de vida útil sob corrosão do Exemplo Comparativo 2. Quando a tensão for aumentada de 1.100 a 1.200 MPa, o tempo de vida útil sob corrosão foi diminuído para 65% no Exemplo Comparativo 2. Ao contrário, no Exemplo 4, o tempo de vida útil sob corrosão de 104%, que era superior ao convencional, foi obtido. Além do mais, no Exemplo 5, o tempo de vida útil sob corrosão foi bastante aperfeiçoado a 160%.

[0065] Como descrito acima, nas molas espirais dos Exemplos 4 e 5, mesmo quando a tensão empregada foi aumentada por 100 MPa, foi possível tornar a durabilidade sob corrosão equivalente ou superior àquela da mola espiral convencional. Em consequência disso, ficou possível usar a mola espiral de suspensão a uma maior tensão, e promover a redução de peso. Por exemplo, na mola convencional da classe de 1.100 MPa, o diâmetro do arame foi de 12,1 mm, o número total de voltas foi de 5,39, e o peso foi de 2,09 kg, enquanto que na mola a ser usada a 1.200 MPa, o diâmetro do arame é de 11,7 mm, o número total de voltas é de 4,93, e o peso é de 1,79 kg, com quem se obteve uma redução de peso de 14,4%. Na mola a ser usada a 1.300 MPa, o diâmetro do arame é de 11,4 mm, o número total de voltas é de 4,61, e o peso é de 1,58 kg, com que a redução de peso obtida é de 23,4%.

[0066] Na distribuição de tensões residuais compressivas, que pode ser obtida por jateamento com granalha convencional, mesmo quando se tenta produzir uma tensão residual compressiva superior a -400 MPa, até uma profundidade de cerca de 0,25 mm, o gradiente de atenuação da tensão residual compressiva, da superfície na direção da profundidade, é íngreme, e, por conseguinte, a tensão residual compressiva na superfície deve ficar extremamente alta. Em consequência disso, foi difícil perceber o esforço feito acima, devido ao limite no processo de manufatura. Além disso, não é impossível produzir uma tensão residual compressiva até uma região profunda por uso do tamanho de granalha convencional e por aumento da velocidade. No entanto, nesse caso, para dobrar a energia cinética da granalha, é necessário aumentar a velocidade de 78 m/s (velocidade rotacional do rotor de 2.300 rpm) a 109 m/s (velocidade rotacional do rotor de 3.279 rpm). Em consequência disso, os problemas de um aumento em ruído ou vibração, um aumento em consumo de energia, um aumento em desgaste do equipamento, e assemelhados são provocados. Além do mais, em vista do custo de manufatura, o aumento da velocidade da granalha não é adequado para a produção em massa (aplicação prática). Além disso, no jateamento com granalha convencional, a grandeza da tensão residual compressiva, na parte de fundo do alvéolo de corrosão, é acentuada e relativamente mais baixa do que a grandeza da tensão residual compressiva na superfície. Em consequência disso, mesmo quando a tensão residual compressiva é produzida até uma posição nas vizinhanças da parte de fundo do alvéolo de corrosão, isso tem pouco efeito em impedir a ocorrência de uma fissura nas vizinhanças da parte de fundo do alvéolo de corrosão.

[0067] Contrariamente, na distribuição de tensões residuais compressivas de cada um dos exemplos de acordo com a invenção, uma grande tensão residual compressiva (superior a -400 MPa) é conferida a uma parte profunda, excedendo a parte de fundo do alvéolo de corrosão. Além do mais, a tempo de vida útil sob corrosão próxima da superfície da mola e a tensão residual compressiva próxima da parte de fundo do alvéolo de corrosão são mantidas no mesmo nível. Além do mais, o gradiente de uma variação na tensão residual compressiva é impedido de ficar acentuado na região da superfície da mola para a parte de fundo do alvéolo de corrosão. Em virtude dos fatos mencionados acima, mesmo quando o alvéolo de corrosão cresce, é possível impedir efetivamente a ocorrência de uma fissura próxima da parte de fundo do alvéolo ou impedir o crescimento da fissura.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0068] Quando ao efeito de cada um dos exemplos descritos acima, a mesma tendência fica em evidência, independentemente dos tipos de aço, em muitos dos tipos de aço incluindo o aço para molas de alta resistência à corrosão mencionada acima (aço para molas S), SAE 9254, e no, por exemplo, aço para molas SUP7, de acordo com os Padrões Industriais Japoneses (JIS), o mesmo resultado foi obtido. Além do mais, de acordo com a presente invenção, é possível otimizar a durabilidade sob corrosão por uso de um aço para molas em uma mola espiral para suspensão, e, por conseguinte, um efeito de possibilitar que se impeça que o custo da mola espiral fique alto também é obtido. É possível aplicar a mola espiral, de acordo com a presente invenção, em mecanismos de suspensão de vários veículos, incluindo automóveis.
Lista de sinais de referência
12 ... mola espiral para suspensão de veículos
20 ... arame para molas
T1 ... parte de aumento de tensão residual
T2 ... parte de tensão alta
T3 ... parte de pico de tensão residual
T4 ... parte de diminuição de tensão residual

Claims

Mola espiral (12) para suspensão de veículos, feita de um arame para molas (20), à qual uma tensão residual compressiva é conferida por jateamento com granalha, compreendendo:
uma parte de aumento de tensão residual (T1), na qual a tensão residual compressiva aumenta a partir da superfície do arame para molas (20) em uma direção de profundidade;
uma primeira parte de pico de tensão residual (T3), na qual a tensão residual compressiva alcança o máximo; e
uma parte de diminuição de tensão residual (T4), na qual a tensão residual compressiva diminui a partir da primeira parte de pico de tensão residual (T3), na direção de profundidade do arame para molas (20), caracterizado pelo fato de que a mola espiral (12) compreende ainda:
uma segunda parte do pico de tensão residual formada entre a superfície do arame de mola (20) e a primeira parte do pico de tensão residual (T3), sendo a tensão residual compressiva da segunda parte do pico de tensão residual superior à tensão residual compressiva na superfície do arame para mola (20), e
na parte de diminuição da tensão residual (T4), uma parte (B) compreendendo a tensão residual compressiva, cuja grandeza é equivalente à grandeza da tensão residual compressiva na superfície do arame para molas (20), existe em uma posição a uma profundidade excedendo 0,25 mm da superfície do arame para molas (20).
Mola espiral (12) para suspensão de veículos de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a tensão residual compressiva igual ou superior a -400 MPa é conferida a uma região da superfície do arame para molas (20) a uma posição de uma profundidade de 0,25 mm da superfície.
Mola espiral (12) para suspensão de veículo de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a dureza do arame para molas (20) é 50 a 56 HRC.
Método para manufatura de uma mola espiral (12) para suspensão de veículos, compreendendo:
um processo de encurvamento (S2) de formação de um arame para molas (20), constituído de um aço para molas, em uma forma helicoidal;
um primeiro processo de jateamento com granalha (S6), configurado para conferir tensão residual compressiva ao arame para molas (20) por aplicação do arame para molas (20) com a primeira granalha de tamanho igual ou superior a 1,0 mm; e
um segundo processo de jateamento com granalha (S7), configurado para aplicar o arame para molas (20) com a segunda granalha de menor tamanho do que a primeira granalha, após o primeiro processo de jateamento com granalha (S6), caracterizado pelo fato de que por meio do primeiro processo de jateamento com granalha (S6) e do segundo processo de jateamento com granalha (S7), uma parte de aumento de tensão residual (T1), na qual a tensão residual compressiva aumenta a partir da superfície do arame para molas (20) em uma direção de profundidade, uma primeira parte de pico de tensão residual (T3), na qual a tensão residual compressiva atinge o máximo, e uma parte de diminuição de tensão residual (T4), na qual a tensão residual compressiva diminui a partir da parte de pico de tensão residual (T3) na direção de profundidade do arame para molas (20), são geradas; e
uma segunda parte do pico de tensão residual é formada entre a superfície do arame para mola (20) e a primeira parte do pico de tensão residual (T3), sendo a tensão residual de compressão da segunda parte do pico de tensão residual superior à tensão residual de compressão no superfície do arame para mola (20), e
na parte de diminuição de tensão residual (T4), uma parte compreendendo a tensão residual compressiva, cuja grandeza é equivalente à grandeza da tensão residual compressiva na superfície do arame para molas (20), é gerada em uma posição a uma profundidade excedendo 0,25 mm da superfície do arame para molas.
Método de manufatura de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro processo de jateamento com granalha (S6) e o segundo processo de jateamento com granalha (S7) são conduzidos em um estado no qual o arame para molas (20) é mantido a uma temperatura de processamento de 150 a 350°C.
Método de manufatura de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura de processamento no primeiro processo de jateamento com granalha (S6) é mais alta do que a temperatura de processamento no segundo processo de jateamento com granalha (S7).
Método de manufatura de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a energia cinética da primeira granalha no primeiro processo de jateamento com granalha (S6) é superior à energia cinética da segunda granalha no segundo processo de jateamento com granalha (S7).