CN101561023B - 无切削变截面钢板弹簧及其端部成形挤压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无切削变截面钢板弹簧，该钢板弹簧为弧形板簧，由多片相互叠加的变截面钢板弹簧片组成，各钢板弹簧片的弧度以钢板中心为对称点且两端的弧形完全相同，中部均设有一段平直段，钢板弹簧片的端部外侧呈凸出的弧形，两侧呈内凹的弧形。本发明还公开了此钢板弹簧的制造工艺和装置。该钢板弹簧及其工艺在保持原变截面钢板的性能基础上，能有效减少各片之间端部由于切角毛刺造成的早期疲劳源的产生，增加板簧的抗疲劳寿命，提高材料的利用率，减少板制造过程中模具损耗，减轻操作工劳动量，有效降低钢板弹簧的生产成本。

Description

无切削变截面钢板弹簧及其端部成形挤压装置

技术领域

本发明涉及汽车钢板弹簧及其制造工艺、装置。

背景技术

汽车钢板是目前国内外汽车悬架系统主要弹性元件，在汽车的运行中，传递着作用于车架与车身之间的力和力矩，缓解因路面不平而通过轮胎传递给车身的冲击载荷，缓解车身的震动，对保证汽车行驶的平顺性、架乘人员的舒适性、运载货物的稳定性以及提高汽车相关部件的使用寿命都有着积极的作用。

目前各类型重型汽车所使用的钢板弹簧，普遍采用端部压延，但是压延后端部宽度往往达不到装车要求尺寸，所以压延后必须进行端部切角，一般都采用图4、5所示的切角装置1将宽展部分切削下去，这样就造成材料的浪费。如图1、2、3所示，整个钢板弹簧2的弓型由一段弧线或者在板簧的装配座处加设一段平直段，在负荷变化过程中刚度始终不变，车身的固有振动频率随载荷的变化而变化，各钢板弹簧片3端部压延、切角目的为了使各片应力分布更加均匀，较少应力集中，提高了乘坐舒适性和产品的使用寿命。但由于在目前的弹簧加工过程中，切角会造成锋利的棱角和毛刺，这些棱角和毛刺经过热处理后硬度较高，在板簧承载过程中随着路面的凹凸不平而产生冲击载荷，导致板片间就产生相对运动，这些毛刺和棱角就会对相邻的簧片形成啃伤，从而形成早期疲劳源，早期疲劳源的产生往往使板簧的疲劳寿命受到很大的影响。另外由于切角均采用热加工的手段，因此刀片在加工中消耗很大，造成成本的大幅度增加。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种无切削变截面钢板弹簧及其端部成形制造工艺、装置，以解决汽车钢板弹簧及其加工过程中存在的缺陷。该钢板弹簧及其工艺在保持原变截面钢板的性能基础上，能有效减少各片之间端部由于切角毛刺造成的早期疲劳源的产生，增加板簧的抗疲劳寿命，提高材料的利用率，减少板制造过程中模具损耗，减轻操作工劳动量，有效降低钢板弹簧的生产成本。

本发明采用的技术方案是：

一种无切削变截面钢板弹簧，该钢板弹簧为弧形板簧，由多片相互叠加的变截面钢板弹簧片组成，各钢板弹簧片的弧度以钢板中心为对称点且两端的弧形完全相同，中部均设有一段平直段，所述钢板弹簧片的端部外侧呈凸出的弧形，两侧呈内凹的弧形。

一种无切削变截面钢板弹簧端部成形制造工艺，该工艺首先利用挤压装置将钢板弹簧各片端部的两侧向内水平挤压，形成左右对称的两条斜边，将宽展部分挤压回去，此时其外侧向外拱起，然后对钢板弹簧各片端部进行垂直压延，压延后其外侧呈凸出的弧形，两侧呈内凹的弧形。

所述垂直压延利用短锥轧制工艺及设备。

一种无切削变截面钢板弹簧端部成形挤压装置，包括底座及其上的钢板弹簧导槽，所述导槽的前端两侧设有左右对称的挤压部件，挤压部件主要由挤压块、挤压块导槽及驱动挤压块的液压缸组成，挤压块和挤压块导槽斜向布置，两侧挤压块的挤压面呈“八”字形，液压缸的液压推杆在挤压块后侧与挤压块垂直连接。

所述左右挤压块分别由两个液压缸驱动。

本发明无切削变截面钢板弹簧的形状可以不在簧片的端部留棱角，削弱片端应力集中和避免产生早期疲劳源，从而提高簧片的性能，其加工工艺，改变原有的加工路线，将钢板弹簧的切角装置废除，用挤压的办法实现无切削加工，既可以减少板簧材料的消耗，又能够提高产品的疲劳和使用寿命，同时保持原钢板弹簧的其他各项性能。通过无切削工艺创新能减轻各片端的应力集中对相邻片的磨损，可以大大减少钢板弹簧早期疲劳源的产生，无切削弹簧与一般弹簧相比，消耗材料可以减少1％～2％。而且不用切角不需要消耗刀片，可以有效的减少各片间的相互摩擦，减少板片毛刺，增加了板簧的疲劳寿命，并且通过短锥轧制可以有效地改善汽车行驶过程中板簧的噪音，通过对板簧片端工艺过程的改变，可以实现弹簧疲劳寿命的增加。

附图说明

图1为现有钢板弹簧的结构示意图；

图2为现有钢板弹簧片的端部形状示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为现有变截面板簧切角装置的结构简图；

图5为图4的A-A视图；

图6为本发明钢板弹簧的结构示意图；

图7为本发明钢板弹簧片的端部形状示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为本发明无切削变截面板簧挤压装置的结构简图；

图10为图9的A-A视图；

图11为本发明钢板弹簧片在制造过程中的正面变形示意图；

图12为本发明钢板弹簧片在制造过程中的侧面变形示意图；

图13为垂直压延装置的结构简图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。

附图标记说明如下：

1——切角装置            2、2′——钢板弹簧

3、3′——钢板弹簧片     4——底座

5——钢板弹簧导槽        6——挤压块

7——挤压块导槽          8——液压缸

9——液压推杆            10——上辊

11——下辊               12——凸块模

如图6、7、8所示，此无切削变截面钢板弹簧2′是一种有弧度的弧度钢板弹簧，由多片相互叠加的钢板弹簧片3′组成，钢板弹簧截面为变截面钢板弹簧，在钢板弹簧各片的弧度以钢板中心为对称点，钢板弹簧两端的弧形完全相同，钢板弹簧各片中部均设有一段平直段，钢板弹簧片的端部外侧呈凸出的弧形，两侧呈内凹的弧形。

如图9、10所示，无切削变截面钢板弹簧端部成形挤压装置主要由底座4、钢板弹簧导槽5及挤压部件组成，挤压部件位于导槽的前端两侧，左右对称分布，主要由挤压块6、挤压块导槽7及驱动挤压块的液压缸8组成，挤压块6和挤压块导槽7斜向布置，两侧挤压块6的挤压面呈“八”字形，液压缸8的液压推杆9在挤压块后侧与挤压块垂直连接。

如图11、12所示，该工艺首先利用挤压装置将钢板弹簧片3′端部的两侧向内水平挤压，形成左右对称的两条斜边，将宽展部分挤压回去，此时其外侧向外拱起，然后利用短锥轧制工艺及设备对钢板弹簧各片端部进行垂直压延，垂直压延设备主要由上辊10、下辊11及凸块模12组成(见图13)，压延后其外侧呈凸出的弧形，两侧呈内凹的弧形，不需要用切除材料的方式形成角度，这样就减少了端部的应力集中和切角毛刺，从而实现材料的节约和避免早期疲劳源的产生，提高材料利用率和提高板簧的疲劳寿命。

为了保证钢板弹簧总成在使用中各片的寿命趋向均衡，往往要根据各片的受力状态来分配予加装配应力，正是由于装配应力的予加使各片端部的应力集中比较严重，我们用数学和力学理论可以推出各片的自由状态的叶片间隙及片端应力：

${\mathrm{\δ}}_{n-(n+1)}=R_{n+1}\{1-\mathrm{COS}\left(\frac{L_{n+1}\×360}{4\×\mathrm{\π}\×R_{n+1}}\right)$

$-(R_n+h)\{1-\mathrm{COS}[\arcsin \left(\frac{R_{N+1}\×\sin (L_{n+1}\×360/4\×\mathrm{\π}\×R_{n+1})}{(R_n+h)}\right)\left]\right\}--------\left(1\right)$

${\mathrm{\σ}}_x=\frac{{3\mathrm{QL}}_n}{4\×({{\mathrm{bh}}_n}^2+b_n{h_{n+1}}^2)}--------\left(2\right)$

从上述(1)式我们可以看出采用当簧片断部出现切角毛刺时，相当于改变了相邻片的曲率半径R_n+1，曲率半径的改变就会影响到叶片间的间隙进而硬性装配应力分布和疲劳寿命的下降。从上述(2)式可以看出对于两个以上簧片组成的板簧总成来说，在各片端部出现了应力突变现象，这种突变必然会引起板簧载荷下变形的集中，同样降低了疲劳寿命和材料利用率，我们采用端部压薄和挤压改变宽度的新工艺，可以使b_n和h_n+1同时变小，这样就抑制了簧片的应力突变和变形集中，实现疲劳寿命的大幅提高。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的技术方案。但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无切削变截面钢板弹簧，该钢板弹簧为弧形板簧，由多片相互叠加的变截面钢板弹簧片组成，各钢板弹簧片的弧度以钢板中心为对称点且两端的弧形完全相同，中部均设有一段平直段，其特征在于，所述钢板弹簧片的端部外侧呈凸出的弧形，两侧呈内凹的弧形。

2.一种无切削变截面钢板弹簧端部成形挤压装置，其特征在于，包括底座及其上的钢板弹簧导槽，所述导槽的前端两侧设有左右对称的挤压部件，挤压部件主要由挤压块、挤压块导槽及驱动挤压块的液压缸组成，挤压块和挤压块导槽斜向布置，两侧挤压块的挤压面呈“八”字形，液压缸的液压推杆在挤压块后侧与挤压块垂直连接。

3.根据权利要求2所述的无切削变截面钢板弹簧端部成形挤压装置，其特征在于，所述左右挤压块分别由两个液压缸驱动。

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