CN102199692A - 螺旋弹簧的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺旋弹簧的热处理方法，其中，对通过冷成形而得到的螺旋弹簧进行退火，由此除去所述冷成形时的残余应力，所述退火是利用对所述螺旋弹簧的通电加热而进行的。

Description

螺旋弹簧的热处理方法

技术领域

本发明涉及通过冷成形而得到的螺旋弹簧的热处理方法，尤其是涉及冷成形后进行的退火的改良。

背景技术

在汽车等使用的悬架用螺旋弹簧的制造方法中，通常使用热成形加工法或冷成形加工法。在热成形加工法中，将直线状的线材加热至800℃以上，进行成形，得到螺旋弹簧，对螺旋弹簧进行淬火或回火等的热处理。在冷成形加工法中，在常温下将进行过淬火或回火等的热处理的直线状的线材(油回火线等的热处理件)成形为螺旋状，得到螺旋弹簧。

在热处理件的冷成形加工法中，如果为了将直线状的线材成形为螺旋状，在成形结束后进行去载，则在螺旋弹簧的内侧部分(面对中心侧的部分)残留拉伸残余应力，在螺旋弹簧的外侧部分(面对与中心侧相反的一侧的部分)残余压缩残余应力。这些残余应力对螺旋弹簧的寿命下降的影响较大，因而在成形后使用燃气炉或电炉等，在将炉内部的温度保持在350至500℃的气氛炉中进行低温退火，由此除去这些应力。

例如，日本特开昭55-31109号公报中，公开了使用弹簧用Si-Cr钢油回火线作为热处理件，进行使用气氛炉的低温退火。在该技术中，该油回火线的从最表面至1mm为止的残余应力的平均值根据在炉时间而减少，如果在炉时间超过30分钟，则几乎不变化。例如，在日本特开平1-23524号公报中，公开了对直线状的线材进行淬火、回火，对该线材进行冷成形，得到螺旋弹簧，利用退火进行螺旋弹簧的应变解除。该技术中，利用通电或感应加热而进行冷成形前的直线状的线材的淬火、回火，使用气氛炉而长时间进行成形后的退火。

然而，随着线材的硬度的变高，螺旋弹簧对反复负载的耐久性也提高。近年来，由于对螺旋弹簧的轻量化的要求也变强烈，因而使用硬且抗张力高的线材作为冷成形用热处理件，甚至高应力下的使用也成为可能。

然而，在将热处理件从线状冷成形为相同形状的螺旋弹簧时，热处理件的抗张力高的情况与抗张力低的情况相比，残余应力大，因而如上所述地存在着残余应力导致的螺旋弹簧的寿命下降的问题。

这种情况下，在进行使用气氛炉的退火的上述现有技术中，为了除去增大的应力，需要提高炉内的温度，使炉内长时间均热。然而，这种情况下，如果提高炉内的温度，在高温下长时间均热，则硬度下降，因而，为了提高耐久性，需要考虑到残余应力的除去量与线材的硬度的平衡而决定残余应力的除去量，结果，不能够充分地发挥线材的性能。

另外，在现有技术的使用气氛炉的退火中，由于在炉时间长，因而在使用间歇式的炉的情况下，能够提高炉的密闭性，所以热损失少，能量效率良好，但是，生产性变差。另一方面，在使用通过式的炉的情况下，生产性提高，但是，炉体变大，而且，由于材料的投入、取出而不能够持续地密闭，因而热的损失变多，能量效率变差。

并且，在运转开始时，由于直到炉内温度稳定至规定的温度为止，都会对品质产生问题，因而不能投入材料。结果，需要在空炉内燃烧，因而在生产量少的情况下，能量效率显著变差。

发明内容

所以，本发明的目的在于，提供一种螺旋弹簧的热处理方法，该热处理方法不使能量效率、生产性及产品的品质下降，能够进行用于除去通过冷成形而得到的螺旋弹簧的成形时的残余应力的退火。

本发明的螺旋弹簧的热处理方法的特征在于，对通过冷成形而得到的螺旋弹簧进行退火，由此除去冷成形时的残余应力，退火是利用对螺旋弹簧的通电加热而进行的。

在本发明的螺旋弹簧的热处理方法中，利用通电加热对通过冷成形而得到的螺旋弹簧进行退火，因而与现有技术的使用气氛炉的情况相比，能够在极短时间内(例如10秒至1分钟左右)进行退火。所以，与现有技术的使用气氛炉的情况相比，进行过基于通电加热的退火的螺旋弹簧，在将退火后的螺旋弹簧的残余应力设定为相同的情况下，硬度的下降变小，即使在产生高应力的条件下使用螺旋弹簧，也能够稳定地实现高寿命化。另外，如果加热至成为与现有技术的使用气氛炉的情况相同的硬度，则能够使残余应力下降至更小的值，因而能够实现耐久性的提高，能够实现更高寿命化。

再者，在通电加热中，通过直流电流过螺旋弹簧，从而使螺旋弹簧从内部升温，因而不需要装置内的气氛的升温，结果，能量效率高。由于不需要气氛的升温，因而能量效率不依赖于进行退火的螺旋弹簧的量。另外，由于能够在极短时间内进行退火，因而生产性高，进行退火的装置结构简单。能够利用通电加热来消除气氛炉中的在炉时间、炉的密闭性、空炉中的燃烧等导致的问题，因而能够进一步实现能量效率、生产性及产品的品质的提高。

本发明的螺旋弹簧的热处理方法能够使用各种方式。例如，在退火中，将螺旋弹簧加热至规定温度后，能够不将螺旋弹簧的温度保持在规定温度，而是对螺旋弹簧进行冷却。优选在360℃至500℃的范围内进行退火。另外，例如，能够对退火后的螺旋弹簧进行急冷。

根据本发明的螺旋弹簧的热处理方法，利用通电加热对通过冷成形而得到的螺旋弹簧进行退火，因而与现有技术的使用气氛炉的情况相比，可以得到能够在极短时间内进行退火等的效果。

附图说明

图1是显示本发明的一个实施方式涉及的螺旋弹簧的热处理方法使用的装置的大致结构的图。

图2是显示应用本发明的一个实施方式涉及的螺旋弹簧的热处理方法的螺旋弹簧的制造方法的工序的图。

图3是显示本发明的实施例涉及的从退火后的试样的表面起的距离和残余应力的关系的图表。

图4是显示本发明的实施例涉及的从退火后的试样的表面起的距离和硬度的关系的图表。

图5是显示本发明的实施例涉及的退火后的试样的耐久试验结果的图表。

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的一个实施方式。图1是显示本发明的一个实施方式涉及的螺旋弹簧W的热处理方法使用的通电加热装置10的大致结构的图。利用通电加热装置10进行的热处理例如是应变解除退火。通电加热装置10具备对螺旋弹簧W进行通电的电极12、13。电极12、13通过通电用线缆14而连接于通电加热用电源11。在通电加热用电源11，通过温度信号线缆16而连接有测量螺旋弹簧W的温度的放射温度计15。作为螺旋弹簧W的温度测量部件，也可以使用热像仪或接触式温度计等代替放射温度计15。

螺旋弹簧W以与其他部位电绝缘的方式固定，这种情况下，螺旋弹簧W的配置方向没有特别的限定，可以是纵向或横向。为了将由于螺旋弹簧W的自重而导致的变形或由于应变释放而导致的形状变化抑制为最小限度，也可以另外使用防止变形用固定具。此外，螺旋弹簧W的未与电极12、13接触的两端部的温度不太上升，虽然有时候未得到充分的退火、回火效果，但是，螺旋弹簧W的两端部与配对部件紧贴，其应力即使在压缩时也比其他部位低，因而即使残余应力比其他部位大，也没有问题。

参照图2，说明应用本实施方式的热处理方法的螺旋弹簧W的制造方法。首先，准备进行过淬火或回火等的热处理的直线状的线材(油回火线等的热处理件)(步骤S1)，对该线材进行冷卷螺旋成形，由此得到螺旋弹簧W(步骤S2)。这种情况下，由于将直线状的线材成形为螺旋弹簧W，因而，如果在成形结束后进行去载，则在螺旋弹簧W的内侧部分(螺旋弹簧W的面对中心侧的部分)残留拉伸残余应力，在螺旋弹簧W的外侧部分(螺旋弹簧W的与面对中心侧相反的一侧的部分)残留压缩残余应力。

接着，通过对螺旋弹簧W进行通电加热，从而对螺旋弹簧W进行退火。通电加热以例如在360℃至500℃的范围内的温度加热螺旋弹簧W的方式进行10至20秒钟。如图1所示，在退火中，利用电极12、13固定螺旋弹簧W，进行从通电加热用电源11向螺旋弹簧W的通电。这种情况下，当放射温度计15测量的螺旋弹簧W的测量温度达到规定温度时，强制地中止从通电加热用电源11向螺旋弹簧W的通电。

通过这样的使用通电加热的退火，从螺旋弹簧W除去冷成形时的上述残余应力。这种情况下，在退火后，将螺旋弹簧W加热至规定温度之后，不将螺旋弹簧W的温度保持在规定温度，而是进行螺旋弹簧W的冷却，由此，螺旋弹簧W的残余应力和硬度变得稳定。这种情况下，冷却优选基于水冷或强制风冷的急冷。接着，在对螺旋弹簧W进行喷丸处理后(步骤S4)，进行涂装(步骤S5)，从而得到螺旋弹簧W的产品。

在本实施方式中，利用通电加热对通过冷成形而得到的螺旋弹簧W进行退火，与现有技术的使用气氛炉的情况相比，能够在极短时间内(例如10秒至1分钟左右)进行退火。所以，与现有技术的使用气氛炉的情况相比，进行过基于通电加热的退火的螺旋弹簧W，在将退火后的螺旋弹簧的残余应力设定为相同的情况下，硬度的下降变小，即使在产生高应力的情况下使用螺旋弹簧W，也能够稳定地实现高寿命化。另外，如果加热至成为与现有技术的使用气氛炉的情况相同的硬度，则能够使残余应力下降至更小的值，因而能够实现耐久性的提高，能够实现更高寿命化。

再者，在通电加热中，通过使直流电流过螺旋弹簧W，从而使螺旋弹簧W从内部升温，因而不需要装置内的气氛的升温，结果，能量效率高。由于不需要气氛的升温，因而能量效率不依赖于进行退火的螺旋弹簧W的量。另外，由于能够在极短时间内进行退火，因而生产性高，进行退火的装置结构简单。能够利用通电加热来消除气氛炉中的在炉时间、炉的密闭性、空炉中的燃烧等导致的问题，因而能够进一步实现能量效率、生产性及产品的品质的提高。

在对像螺旋弹簧W那样具有曲面形状的物品进行通电加热的情况下，虽然预想在其形状的内侧(中心侧)流过比外侧(与中心相反的一侧)更多的电流，温度提高，因而硬度下降，但是，在基于通电加热的退火中，加热温度低，且通电时间极短，因而不会出现导致内侧和外侧的硬度差的问题的温度差。结果，硬度稳定。

实施例

下面，参照具体实施例，进一步详细地说明本发明的实施方式。在实施例中，使用对作为热处理件的线材进行冷卷螺旋成形而得到的螺旋弹簧(线径10.8mm)，对该螺旋弹簧改变条件进行退火，得到各种试样。

关于本发明的试样11～13、21～23、31～33，按照表1所示的加热温度、加热时间对螺旋弹簧进行基于通电加热的退火，然后，不将螺旋弹簧的温度保持在加热温度，而是对螺旋弹簧进行冷却。此外，表1的冷却方法中记载的时间是从退火结束时至基于水冷的冷却开始为止的时间。关于比较试样11，对螺旋弹簧进行使用气氛炉的退火，代替基于通电加热的退火，这方面与本发明的上述试样不同，除此之外是相同的方法。表1中表示加热、冷却的条件。如表1所示，作为比较试样21，为通过冷卷螺旋成形而得到的螺旋弹簧(以下，称为冷卷螺旋弹簧)，为未进行退火的试样。

准备如上所述地得到的本发明的试样11～13、21～23、31～33及比较试样11、21的螺旋弹簧，对这些螺旋弹簧的内侧部分(面对中心侧的部分)进行硬度和残余应力的测量。在表1和图3、图4中表示其结果。此外，硬度是距螺旋弹簧的外周1/2R(R是线材的半径)的位置处的洛氏C规硬度。图3、图4中的内轴是螺旋弹簧的向着中心轴的一侧(即内侧)。另外，对本发明的试样22的螺旋弹簧和比较试样11的螺旋弹簧在大气中进行耐久试验。图5中表示其结果。此外，在耐久试验中，平均主应力为735MPa。

表1

关于进行过基于通电加热的退火的本发明的试样11～13、21～23、31～33的螺旋弹簧，如图3所示，与作为冷卷螺旋弹簧的比较试样12的螺旋弹簧相比可知，内侧部分的残余应力被除去，从表1和图3可知，与作为冷卷螺旋弹簧的比较试样11和进行过使用气氛炉的退火的比较试样21相比，为大致相同的硬度。由此，通过进行基于通电加热的退火，能够降低螺旋弹簧的残余应力，并且，能够防止硬度下降。

从表1和图3、4可知，进行过基于通电加热的退火的本发明的试样11～13、21～23、31～33的螺旋弹簧的残余应力和硬度根据加热条件(加热温度和加热时间)而变化，但是，如果将试样11～13的螺旋弹簧彼此、本发明的试样21～23的螺旋弹簧彼此及试样31～33的螺旋弹簧彼此进行比较，则可知几乎不根据从加热结束后至冷却开始为止的时间而变化。由此，确认了如果在难以受到气氛的影响的加热后迅速地进行冷却，则对螺旋弹簧的残余应力的下降和硬度的提高没有影响，能够实现螺旋弹簧的品质的稳定化。

与进行过使用气氛炉的退火的比较试样11相比，在348℃进行过基于通电加热的退火的本发明的试样11～13的螺旋弹簧具有高硬度，但不太除去残余应力。关于螺旋弹簧的特性，残余应力和硬度的平衡对寿命产生大的影响，对于本发明的试样11～13的螺旋弹簧而言，虽然考虑到与比较试样21相比，具有高硬度，但在其特性中具有不充分的方面。由此，确认了在基于通电加热的退火中，优选将加热温度设定为360℃以上。

如图3可知，在408℃进行过基于通电加热的退火的本发明的试样21～23的螺旋弹簧，具有与进行过使用气氛炉的退火的比较试样11的螺旋弹簧大致同等的残余应力。另外，从表1可知，在408℃进行过基于通电加热的退火的本发明的试样21～23的螺旋弹簧的硬度比进行过使用气氛炉的退火的比较试样11的硬度高1～1.5左右。这样，确认了与进行过使用气氛炉的退火的比较试样21的螺旋弹簧相比，在408℃进行过基于通电加热的退火的本发明的试样21～23的螺旋弹簧的硬度优异。

从图5可知，与比较试样11的螺旋弹簧相比，在408℃进行过基于通电加热的退火的本发明的试样22的螺旋弹簧，即使在高应力的使用条件下，其耐久性也没有偏差，耐久性提高。由此，判定了进行过基于通电加热的退火的螺旋弹簧的耐久性提高，能够实现高寿命化。

Claims (5)

1.一种螺旋弹簧的热处理方法，其中，对通过冷成形而得到的螺旋弹簧进行退火，由此除去所述冷成形时的残余应力，所述退火是利用对所述螺旋弹簧的通电加热而进行的。

2.根据权利要求1所述的螺旋弹簧的热处理方法，其特征在于，在所述退火中，将所述螺旋弹簧加热到规定温度后，不将所述螺旋弹簧的温度保持在所述规定温度，而是对所述螺旋弹簧进行冷却。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋弹簧的热处理方法，其特征在于，在360℃至500℃的范围内进行所述退火。

4.根据权利要求1或2所述的螺旋弹簧的热处理方法，其特征在于，对所述退火后的所述螺旋弹簧进行急冷。

5.根据权利要求3所述的螺旋弹簧的热处理方法，其特征在于，对所述退火后的所述螺旋弹簧进行急冷。

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