CN102481681A - 车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法 - Google Patents

车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102481681A
CN102481681A CN2010800006563A CN201080000656A CN102481681A CN 102481681 A CN102481681 A CN 102481681A CN 2010800006563 A CN2010800006563 A CN 2010800006563A CN 201080000656 A CN201080000656 A CN 201080000656A CN 102481681 A CN102481681 A CN 102481681A
Authority
CN
China
Prior art keywords
residual stress
spring wire
compressive residual
spring
peening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800006563A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102481681B (zh
Inventor
丹下彰
冈田秀树
住吉功
杉山充弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NHK Spring Co Ltd
Original Assignee
NHK Spring Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NHK Spring Co Ltd filed Critical NHK Spring Co Ltd
Publication of CN102481681A publication Critical patent/CN102481681A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102481681B publication Critical patent/CN102481681B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
    • F16F2226/02—Surface treatments

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Wire Processing (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

对于硬度为50～56HRC的弹簧线材(20)，在150～350℃的温热范围内进行第一喷丸硬化工序(S6)和第二喷丸硬化工序(S7)。第一喷丸硬化工序(S6)中，使用丸粒尺寸在1.0mm以上的第一丸粒。第二喷丸硬化工序(S7)中，使用比所述第一丸粒小的第二丸粒。通过这些喷丸硬化工序(S6)(S7)，赋予弹簧线材(20)以压缩残留应力。该弹簧线材(20)包括残留应力增加部(T1)、残留应力峰值部(T3)、残留应力减少部(T4)。在残留应力减少部(T4)，具有与弹簧线材(20)表面的压缩残留应力同等大小的压缩残留应力的部位(B)存在于超过容许坑深度(Rmax)的深度。

Description

车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽车等车辆的悬架机构所使用的耐腐蚀性良好的车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法。
背景技术
已知悬架用螺旋弹簧受到在冬季等撒于道路的防冻剂的影响。由于防冻剂含盐分，因此加速由弹簧钢形成的螺旋弹簧的表面腐蚀。已知特别是腐蚀坑(腐蚀孔)对螺旋弹簧的耐久性造成巨大的影响。例如图11所示，弹簧线材1的表面1a的一部分被水分和盐分腐蚀成孔状，因而形成腐蚀坑2。腐蚀坑2的形状各种各样，也有例如图12所示意的剖面的腐蚀坑2。
如图1 3所示，如果腐蚀坑2达到一定水平以上的深度R且该螺旋弹簧持续负荷车辆的重量，则坑2的底部2a等产生疲劳龟裂3。如果该龟裂3加大，则螺旋弹簧折损。换言之，该螺旋弹簧即使在腐蚀环境下使用，如果腐蚀坑的大小在容许坑深度Rmax以内，则也可以使用而不会折损。
另一方面，为了实现车辆的轻量化，希望悬架用螺旋弹簧能在更高的应力下使用。为了实现螺旋弹簧的高应力化，重要的是在弹簧线材的表面附近赋予压缩残留应力。已知一直以来通过对螺旋弹簧进行喷丸硬化以在表面附近赋予压缩残留应力，从而提高耐久性。例如，日本的日本专利特开2000-345238号公报或日本专利特开2008-106365号公报中揭示有多阶段喷丸硬化。多阶段喷丸硬化中，喷丸硬化分数次实施。
作为用于从弹簧表面至较深的位置产生压缩残留应力的方法，已知加载状态喷丸硬化和温热喷丸硬化(热喷丸硬化)。加载状态喷丸硬化中，在压缩螺旋弹簧的状态下投射丸粒。温热喷丸硬化中，在将螺旋弹簧加热至250℃左右的状态下投射丸粒。加载状态喷丸硬化和温热喷丸硬化与在室温下进行的通常的喷丸硬化相比，可以使压缩残留应力产生至材料的较深的位置。但是，加载状态喷丸硬化需要用于压缩螺旋弹簧的设备。而且，加载状态喷丸硬化由于在压缩螺旋弹簧的状态下投射丸粒，因此弹簧线材间的间隔变窄。所以，存在丸粒不易到达螺旋弹簧的内侧和弹簧线材间的问题。
专利文献1：日本专利特开2000-345238号公报
专利文献2：日本专利特开2008-106365号公报
发明的揭示
对于目前的悬架用螺旋弹簧，通过喷丸硬化在表面附近赋予较大的压缩残留应力。但是，悬架用螺旋弹簧在产生腐蚀坑的腐蚀环境下使用时，由于腐蚀坑的成长，可能会在使用较短时间后就折损。因此，还提出有通过在材料(弹簧钢)的成分上下工夫而使耐腐蚀性提高，抑制腐蚀坑的产生和腐蚀坑的成长的技术方案。
例如，使用通过在弹簧钢中添加Ni、Cr、Mo等合金成分而使螺旋弹簧的耐腐蚀性提高的方法。但是，这样的含合金成分的弹簧钢的价格昂贵，导致螺旋弹簧的成本升高。此外，腐蚀坑的大小一旦达到容许坑深度，螺旋弹簧就可能会以产生于腐蚀坑的底部等的疲劳龟裂为起点发生折损。
本发明的目的在于提供可以提高耐腐蚀性能且能在更高的应力下使用的车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法。
本发明的车辆悬架用螺旋弹簧是具有通过喷丸硬化赋予了压缩残留应力的弹簧线材的车辆悬架用螺旋弹簧，包括残留应力增加部、残留应力峰值部、残留应力减少部。在所述残留应力增加部，所述压缩残留应力自弹簧线材的表面沿深度方向增加。在所述残留应力峰值部，所述压缩残留应力达到最大。在所述残留应力减少部，所述压缩残留应力自所述残留应力峰值部沿弹簧线材的深度方向减少。而且，该螺旋弹簧中，在所述残留应力减少部，具有与弹簧线材表面的压缩残留应力同等大小的压缩残留应力的部位存在于超过该弹簧线材的容许坑深度的深度。
所述螺旋弹簧的容许坑深度为0.25mm时，较好是自所述弹簧线材的表面至所述容许坑深度的范围内，赋予了-400MPa以上(表示绝对值在400MPa以上，下同)的压缩残留应力。所述弹簧线材的硬度推荐为50～56HRC。此外，在比所述残留应力峰值部深的位置中，压缩残留应力开始大幅下降的位置较好是距离弹簧表面的深度超过0.2mm的位置。此外，较好是自表面至深度0.3mm为止赋予-400MPa以上的压缩残留应力。
本发明的车辆悬架用螺旋弹簧的制造方法包括弯曲工序、第一喷丸硬化工序、第二喷丸硬化工序。所述弯曲工序中，将由弹簧钢形成的弹簧线材成形为螺旋形。第一喷丸硬化工序中，通过向所述弹簧线材投射丸粒尺寸在1.0mm以上的第一丸粒，赋予所述弹簧线材以压缩残留应力。所述第二喷丸硬化工序在所述第一喷丸硬化工序后进行。该第二喷丸硬化工序中，向所述弹簧线材投射比第一丸粒小的第二丸粒。通过该第一喷丸硬化工序和第二喷丸硬化工序，使所述弹簧线材中产生所述残留应力增加部、所述残留应力峰值部、所述残留应力减少部，同时使所述残留应力减少部中具有与所述弹簧线材表面的压缩残留应力同等大小的压缩残留应力的部位形成于超过该弹簧线材的容许坑深度的深度。
该发明中，较好是在所述弹簧线材为150～350℃的处理温度下进行所述第一喷丸硬化工序和所述第二喷丸硬化工序。所述第一喷丸硬化工序中的所述处理温度高于所述第二喷丸硬化工序中的所述处理温度。此外，较好是使所述第一丸粒的动能大于所述第二丸粒的动能。
如果采用本发明的车辆悬架用螺旋弹簧，则即使腐蚀坑成长至接近容许坑深度，也可以抑制疲劳龟裂于该腐蚀坑的底部等的产生，能够提高耐腐蚀性。因此，能在更高的应力下使用悬架用螺旋弹簧，可以实现车辆的轻量化。
如果采用本发明的制造方法，则自弹簧线材的表面至超过容许坑深度的较深的区域的范围内，可以产生在防止疲劳龟裂的产生和龟裂的发展方面有效的高水平的压缩残留应力。而且，可以使弹簧线材的表面附近的压缩残留应力与腐蚀坑的底部附近的压缩残留应力的差减小。因此，不仅可以抑制在腐蚀坑产生疲劳龟裂，还可以获得效果好的压缩残留应力分布。
附图的简单说明
图1是具备本发明的实施方式之一的悬架用螺旋弹簧的汽车的部分侧视图。
图2是图1所示的悬架用螺旋弹簧的立体图。
图3是表示图2所示的悬架用螺旋弹簧的制造工序的一例的流程图。
图4是表示图2所示的悬架用螺旋弹簧的制造工序的另一例的流程图。
图5是表示本发明的实施例1的压缩残留应力分布的图。
图6是表示本发明的实施例2的压缩残留应力分布的图。
图7是表示本发明的实施例3的压缩残留应力分布的图。
图8是表示比较例1的压缩残留应力分布的图。
图9是表示实施例1、2和比较例1的腐蚀寿命的图。
图10是表示实施例4、5和比较例2的腐蚀寿命的图。
图11是模式化表示腐蚀坑的一例的剖视图。
图12是模式化表示腐蚀坑的另一例的剖视图。
图13是模式化表示产生了龟裂的腐蚀坑的剖面图。
实施发明的最佳方式
以下，参照附图对本发明的实施方式之一的车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法进行说明。
图1所示的车辆10的悬架机构11包括车辆悬架用螺旋弹簧12(以下简称螺旋弹簧12)和减震器13。图2所示的螺旋弹簧的弹簧线材20成形为螺旋形。该螺旋弹簧12在沿轴线X方向被压缩的状态下弹性地支承车辆10的载荷。
螺旋弹簧12的一例为圆柱螺旋弹簧。弹簧线材20的线径d(图2所示)的一例为12.5mm。平均螺旋直径D为110.0mm，自由长度(无载荷时的长度)为382mm，有效圈数为5.39，弹簧常数为33.3N/mm。螺旋弹簧12的线径大多为8～21mm，但可以是除此以外的线径。此外，可以是桶形螺旋弹簧、鼓形螺旋弹簧、锥形螺旋弹簧、不等间距螺旋弹簧、载荷轴控制螺旋弹簧等各种形态的螺旋弹簧。
[实施例1]
弹簧线材20的钢种类为高耐蚀性弹簧钢(本说明书中为了便于说明而称为弹簧钢S)。弹簧钢S为提高了耐腐蚀性的钢种类，化学成分(质量％)为C：0.41、Si：1.73、Mn：0.17、Ni：0.53、Cr：1.05、V：0.163、Ti：0.056、Cu：0.21、其余部分Fe。
图3表示热成形螺旋弹簧的制造工序。加热工序S1中，作为螺旋弹簧的材料的弹簧线材被加热至奥氏体化温度(A3相变点以上，1150℃以下)。经加热的弹簧线材在弯曲工序(卷绕成形工序)S2中被弯曲成螺旋形。然后，进行淬火工序S3和回火工序S4等热处理。
通过所述热处理，弹簧线材被调质，硬度达到50～56HRC。例如对于设计最大应力为1300MPa的螺旋弹簧，调质至硬度达到54.5HRC。对于设计最大应力为1200MPa的螺旋弹簧，调质至硬度达到53.5HRC。接着，热定型工序S5中，对螺旋弹簧赋予规定时间的轴线方向的载荷。热定型工序S5利用所述热处理后的余热在温热条件下进行。
然后，进行第一喷丸硬化工序S6。第一喷丸硬化工序S6中，使用丸粒尺寸(粒径)为1.0mm的第一丸粒(铁制的丝切割丸粒)。将该第一丸粒在230℃的处理温度下以速度76.7m/秒、动能12.11×10-3J的条件投射于弹簧线材。藉此，自弹簧线材的表面沿深度方向至较深的区域的范围内产生压缩残留应力。下文中对该压缩残留应力的分布进行详细说明。第一喷丸硬化工序S6所导致的弹簧线材的表面粗糙度较好是在75μm以下。还有，丸粒的投射速度为根据喷丸硬化装置的叶轮的直径和转速求得的圆周速度乘以1.3倍而得的值。例如，叶轮直径为490mm、叶轮转速为2300rpm时，投射速度为1.3×0.49×3.14×2300/60＝76.7m/秒。
进行第一喷丸硬化工序S6后，进行第二喷丸硬化工序S7。第二喷丸硬化工序S7中，使用比所述第一丸粒小的第二丸粒。第二丸粒的丸粒尺寸为0.67mm。将该第二丸粒在200℃的处理温度下以速度46m/秒、动能1.31×10-3J的条件投射于弹簧线材。
第二喷丸硬化工序S7中，使用尺寸比第一喷丸硬化工序S6小的丸粒。而且，第二喷丸硬化工序S7中的丸粒的投射速度比第一喷丸硬化工序S6中的丸粒的投射速度小。因此，可以通过第二喷丸硬化工序S7使第一喷丸硬化工序S6后的表面粗糙度变大的弹簧线材的表面粗糙度变小，弹簧线材的表面状态得到改善。还有，作为第二喷丸硬化工序S7的另一例，可以将丸粒尺寸为0.40mm的第二丸粒在200℃的处理温度下以速度86.7m/秒、动能0.99×10-3J的条件投射。
表1为比较根据喷丸硬化条件而不同的丸粒的动能的数据。如果丸粒尺寸大，则即使投射速度相同，动能也更大。例如丸粒尺寸为1mm的大圆丸粒与0.87mm的丸粒相比，动能达到约1.5倍。采用丸粒尺寸为1.1mm的大圆丸粒的情况下，与0.87mm的丸粒相比，动能达到约2倍。相反地，丸粒尺寸为0.67mm的小丸粒与0.87mm的丸粒相比，动能变为一半以下。对于丸粒尺寸为0.4mm的丸粒，即使将投射速度设为0.67mm的丸粒的约2倍，动能仍然减小。
从该实施例1开始，后述的实施例2～5的任一种情况下，都使第一喷丸硬化工序S6中的第一丸粒的动能大于第二喷丸硬化工序S7中的第二丸粒的动能。
表1
  丸粒尺寸(mm)   叶轮转速(rpm)   投射速度(m/s)   动能(J)   能量的比例
  1.10   2300   76.7   0.01612   2.02
  1.00   2300   76.7   0.01211   1.52
  0.87   2300   76.7   0.00797   1.00
  0.67   2300   76.7   0.00364   0.46
  0.67   1380   46.0   0.00131   0.16
  0.40   2600   86.7   0.00099   0.12
所述第一喷丸硬化工序S6和第二喷丸硬化工序S7的处理温度以150～350℃为宜。即，采用利用热处理后的余热的温热喷丸硬化(热喷丸硬化)。而且，第二喷丸硬化工序S7在比第一喷丸硬化工序S6低的处理温度下进行。
如果采用实施例1的喷丸硬化工序S6，S7，则可以在不像以往的加载状态喷丸硬化那样压缩螺旋弹簧的情况下使自表面至较深的位置产生较大的压缩残留应力。因此，不需要像加载状态喷丸硬化那样的压缩螺旋弹簧的设备。而且，由于弹簧线材间的间隔不会像加载状态喷丸硬化那样变窄，因此可以将丸粒充分地射入螺旋弹簧的内侧和弹簧线材间。
进行所述2阶段的喷丸硬化工序S6，S7后，进行预定型工序S8和涂装工序S9。然后，为了检查螺旋弹簧的外观和特性等而实施检查工序S10。还有，可以省略预定型工序S8。
图4表示对螺旋弹簧进行冷卷绕成形的情况的制造工序。如图4所示，对于卷绕成形前的弹簧线材预先进行淬火工序S11和回火工序S12等热处理。将该弹簧线材在弯曲工序(卷绕成形工序)S13中冷成形为螺旋形。然后，在消除应力退火工序S14中，通过将螺旋弹簧在规定温度的气氛中放置规定时间，消除成形时产生的加工应变。
然后，与图3的热成形螺旋弹簧同样，进行热定型工序S5、第一喷丸硬化工序S6、第二喷丸硬化工序S7、预定型工序S8、涂装工序S9、检查工序S10。还有，螺旋弹簧可以采用温热卷绕成形。还有，可以省略预定型工序S8。
图5表示实施例1的螺旋弹簧的压缩残留应力的分布。图5的横轴表示自弹簧线材的表面的深度方向的位置。图5的纵轴表示残留应力值，作为业界的惯例，压缩残留应力值以负值表示。
如图5所示，实施例1的螺旋弹簧的压缩残留应力包括残留应力增加部T1、高应力部T2、残留应力峰值部T3、残留应力减少部T4。在残留应力增加部T1，压缩残留应力自弹簧线材的表面向弹簧线材的内部沿深度方向增加。在高应力部T2，压缩残留应力维持较高水平。在残留应力峰值部T3，压缩残留应力达到最大。在残留应力减少部T4，压缩残留应力自残留应力峰值部T3沿弹簧线材的深度方向减少。而且，该实施例1的螺旋弹簧中，在残留应力减少部T4，具有与弹簧线材表面的压缩残留应力值A同等大小的压缩残留应力的部位B存在于超过弹簧线材的容许坑深度Rmax的深度。
在这里，容许坑深度Rmax是指具有通过以往的喷丸硬化得到的压缩残留应力分布的悬架用螺旋弹簧中可能以产生于腐蚀坑的底部等的疲劳龟裂为起点发生折损的最大坑深度。现有的螺旋弹簧中，若腐蚀坑深度接近0.2～0.25mm，则折损的概率高。这时的容许坑深度为0.25mm。
如图5所示，实施例1的螺旋弹簧中，具有与弹簧线材表面的压缩残留应力值A同等大小的压缩残留应力的部位B存在于超过弹簧线材的容许坑深度Rmax的深度。而且，实施例1的螺旋弹簧在自表面至超过容许坑深度Rmax的较深的区域的范围内具有-400MPa以上的压缩残留应力。
从实施例1开始，后述的实施例2～5也实施基于第一喷丸硬化工序S6和第二喷丸硬化工序S7的2阶段的喷丸硬化(温热二阶段喷丸硬化)。即，通过第1阶段的第一喷丸硬化工序S6，在自表面较深的位置出现压缩残留应力的峰值，而且压缩残留应力产生至较深的位置。接着，通过第2阶段的第二喷丸硬化工序S7，如图5中的箭头h所示，可以提高表面附近的压缩残留应力。由此，可以在自表面附近至较深的区域的范围内获得压缩残留应力维持于较高水平的高应力部T2。
还有，弹簧线材在大气中被加热的情况下，表面发生脱碳(decarbonization)，与内部相比，硬度下降约125HV。压缩残留应力的大小与弹簧硬度成正比。即，随着弹簧硬度的减小，压缩残留应力也减小。硬度50～56HRC(515HV～615HV)的硬度下限为515HV，且发生脱碳的弹簧表面的最低硬度为390HV，这时的表面的压缩残留应力值被设为约-400MPa以上。
[实施例2]
弹簧线材的钢种类为与实施例1同样的高耐蚀性弹簧钢(弹簧钢S)。制造工序除了第一喷丸硬化工序S6中使用的丸粒的大小以外与实施例1相同。该实施例2中，第一喷丸硬化工序S6中使用丸粒尺寸为1.1mm的第一丸粒。第一喷丸硬化工序S6后，用丸粒尺寸为0.67mm的第二丸粒进行第二喷丸硬化工序S7。丸粒的投射速度和处理温度与实施例1相同。
图6表示实施例2的压缩残留应力分布。与实施例1同样，实施例2的螺旋弹簧也包括残留应力增加部T1、高应力部T2、残留应力峰值部T3、残留应力减少部T4。如前所述，在残留应力增加部T1，压缩残留应力自弹簧线材的表面沿深度方向增加。在高应力部T2，压缩残留应力维持较高水平。在残留应力峰值部T3，压缩残留应力达到最大。在残留应力减少部T4，压缩残留应力自残留应力峰值部T3沿弹簧线材的深度方向减少。与实施例1同样，实施例2的螺旋弹簧中，具有与弹簧线材表面的压缩残留应力值A同等大小的压缩残留应力的部位B存在于超过弹簧线材的容许坑深度Rmax的深度。而且，在自表面至超过容许坑深度Rmax的较深的区域的范围内具有-400MPa以上的压缩残留应力。
[实施例3]
弹簧线材的钢种类为与实施例1同样的高耐蚀性弹簧钢(弹簧钢S)。制造工序除了弹簧线材的热处理使用高频加热以外与实施例2相同。该实施例3的淬火工序S3中，通过以高频加热来加热弹簧线材，表面的脱碳得到抑制。第一喷丸硬化工序S6中使用丸粒尺寸为1.1mm的第一丸粒。第二喷丸硬化工序S7中使用丸粒尺寸为0.67mm的第二丸粒。丸粒的投射速度和处理温度与实施例1相同。
图7表示实施例3的压缩残留应力分布。与实施例1、2同样，实施例3的螺旋弹簧也包括所述残留应力增加部T1、所述高应力部T2、所述残留应力峰值部T3、所述残留应力减少部T4。另外，在所述残留应力减少部T4，具有与弹簧线材表面的压缩残留应力值A同等大小的压缩残留应力的部位B存在于超过弹簧线材的容许坑深度Rmax的深度。而且，在自表面至超过容许坑深度Rmax的较深的区域的范围内具有-400MPa以上的压缩残留应力。
[实施例4]
弹簧线材使用SAE9254。SAE9254的化学成分(质量％)为C：0.51～0.59、Si：1.20～1.60、Mn：0.60～0.80、Cr：0.60～0.80、S：至多0.040、P：至多0.030、其余部分Fe。螺旋弹簧的制造工序与实施例1相同。该实施例4中，对于由SAE9254形成的弹簧线材(硬度53.5HRC)，用丸粒尺寸为1.0mm的第一丸粒进行第一喷丸硬化工序(投射速度76m/秒，处理温度230℃)。然后，用丸粒尺寸为0.67mm的第二丸粒进行第二喷丸硬化工序(投射速度46m/秒，处理温度200℃)。
[实施例5]
弹簧线材使用SAE9254，通过与实施例2相同的制造工序制成螺旋弹簧。即，实施例5中，对于由SAE9254形成的弹簧线材(硬度53.5HRC)，用丸粒尺寸为1.1mm的第一丸粒进行第一喷丸硬化工序(投射速度76m/秒，处理温度230℃)。然后，用丸粒尺寸为0.67mm的第二丸粒进行第二喷丸硬化工序(投射速度46m/秒，处理温度200℃)。
[比较例1]
弹簧线材使用与实施例1同样的高耐蚀性弹簧钢(弹簧钢S)。制造工序除了喷丸硬化条件以外与实施例1共通。比较例1的第一喷丸硬化工序中，以76m/秒的速度向弹簧线材投射丸粒尺寸为0.87mm的第一丸粒。处理温度为230℃。然后，第二喷丸硬化工序中，以46m/秒的速度向弹簧线材投射丸粒尺寸为0.67mm的第二丸粒。处理温度为200℃。
图8表示比较例1的压缩残留应力分布。如该图8所示，比较例1的压缩残留应力的最大值不逊于实施例1～3。然而，比较例1中，存在与表面的压缩残留应力值A’同等的压缩残留应力的部位B’比容许坑深度Rmax(0.25mm)浅许多。因此，腐蚀坑成长至容许坑深度(0.25mm)附近时，在腐蚀坑的底部等产生疲劳龟裂，螺旋弹簧可能会折损。
[比较例2]
除了弹簧线材的钢种类使用SAE9254以往，与比较例1相同。比较例2中，对于由SAE9254形成的弹簧线材(硬度53.5HRC)，用丸粒尺寸为0.87mm的第一丸粒进行第一喷丸硬化工序(投射速度76m/秒，处理温度230℃)。然后，用丸粒尺寸为0.67mm的第二丸粒进行第二喷丸硬化工序(投射速度46m/秒，处理温度200℃)。
[疲劳试验结果]
图9表示实施例1、2和比较例1的耐腐蚀试验(腐蚀疲劳试验(corrosionfatigue test))的结果。耐腐蚀试验中，进行0.5小时的盐水(5％NaCl)的喷雾后，进行励振3000次后于26℃、湿度95％的条件下保持23小时的循环，直至螺旋弹簧破损，测定总励振数。试验应力为1200MPa。
如图9所示，相对于比较例1的腐蚀寿命(100％)，实施例1的腐蚀寿命大幅提高至123％。另外，实施例2中，腐蚀寿命进一步提高至145％。由此可知，所述实施例的螺旋弹簧通过使用丸粒尺寸在1.0mm以上的大圆丸粒的温热喷丸硬化，可以使悬架用螺旋弹簧的耐腐蚀性大幅提高。
对于以往的悬架用螺旋弹簧，如果腐蚀坑成长至接近容许坑深度Rmax，则很快自坑底部产生龟裂，龟裂快速成长而发生折损。与之相对，所述实施例中，赋予超过-400MPa的压缩残留应力至超过容许坑深度Rmax的较深的位置。而且，所述实施例中，超过容许坑深度Rmax的位置的压缩残留应力值与弹簧表面的压缩残留应力值同等或达到该值以上，可以避免压缩残留应力的变化斜率陡峭。因此，所述实施例的螺旋弹簧中，即使腐蚀坑成长至容许坑深度Rmax，在该深度也仍残留压缩残留应力，因此可以延缓自坑底部的龟裂的产生。因此，由于即使发生龟裂也可以延缓其后的龟裂的成长，因而可以使耐腐蚀性有飞跃性的提高。
图10表示实施例4、5和比较例2的耐腐蚀试验结果。在这里，将比较例2的螺旋弹簧以1100MPa的试验应力进行耐腐蚀试验时的腐蚀寿命设为100％，将试验应力加大100MPa，比较以1200MPa试验时的腐蚀寿命。将应力从1100MPa增加至1200MPa时，比较例2的腐蚀寿命下降至65％。与之相对，实施例4获得了104％的以往制品以上的腐蚀寿命。另外，实施例5的腐蚀寿命大幅提高至160％。
由此可知，实施例4、5的螺旋弹簧即使在使用应力加大100MPa时也可使耐腐蚀性达到与以往制品同等以上。因此，能够以更高的应力使用悬架用螺旋弹簧，可以实现轻量化。例如，以往的1100MPa级的弹簧为线径12.1mm、总圈数5.39、质量2.09kg，而以1200MPa使用的弹簧为线径11.7mm、总圈数4.93、质量1.79kg，轻量化14.4％。以1300MPa使用的弹簧为线径11.4mm、总圈数4.61、质量1.58kg，轻量化23.4％。
通过以往的喷丸硬化可获得的压缩残留应力分布中，即使试图使-400MPa以上的压缩残留应力产生至0.25mm的深度附近，也因自表面向深度方向的压缩残留应力的衰减的斜率陡峭而必须使表面的压缩残留应力达到极大的值。因此，由于制造方法上的极限而难以实现。此外，也可以使用以往的喷丸硬化，通过增大投射速度来使压缩残留应力产生至较深的区域。但是，该情况下，为了使丸粒的动能增至2倍，必须使投射速度从78m/秒(应力转速2300rpm)增加至109m/秒(应力转速3279rpm)。因此，产生噪音和震动增加、耗电量增加和装置的磨损增大等问题。而且，如果考虑到制造成本，增大投射速度不适合量产化(实用化)。此外，以往的喷丸硬化中，腐蚀坑底部的压缩残留应力的大小与表面的压缩残留应力的大小相比，明显较低。因此，即使使压缩残留应力产生至腐蚀坑的底部附近，在防止腐蚀坑的底部附近发生龟裂方面的效果也不佳。
与之相对，本发明的所述各实施例的压缩残留应力分布中，赋予较大的压缩残留应力(-400MPa以上)至超过腐蚀坑底部的深度。而且，弹簧表面附近的压缩残留应力和腐蚀坑底部附近的压缩残留应力被保持于同等水平。而且，可以避免在自弹簧表面至腐蚀坑底部的区域压缩残留应力的变化斜率陡峭。通过这些方面，即使腐蚀坑成长，也可以有效地抑制龟裂在坑底部附近的发生或龟裂的成长。
产业上利用的可能性
以上说明的所述各实施例的效果不受钢种类的影响，都确认同样的倾向，不仅所述的高耐蚀性弹簧钢(弹簧钢S)、SAE9254，例如基于日本工业标准(JIS)的弹簧钢SUP7等也可获得同样的效果。而且，如果采用本发明，使用悬架用螺旋弹簧通常所用的弹簧钢就可以提高耐腐蚀性，因此还具有抑制螺旋弹簧的材料成本上升的效果。本发明的螺旋弹簧可以用于以汽车为代表的各种车辆的悬架机构。
符号的说明
12…车辆悬架用螺旋弹簧
20…弹簧线材
T1…残留应力增加部
T2…高应力部
T3…残留应力峰值部
T4…残留应力减少部

Claims (7)

1.一种车辆悬架用螺旋弹簧，它是具有通过喷丸硬化赋予了压缩残留应力的弹簧线材(20)的车辆悬架用螺旋弹簧(12)，其特征在于，包括：
所述压缩残留应力自所述弹簧线材(20)的表面沿深度方向增加的残留应力增加部(T1)、
所述压缩残留应力达到最大的残留应力峰值部(T3)、
所述压缩残留应力自所述残留应力峰值部(T3)沿所述弹簧线材(20)的深度方向减少的残留应力减少部(T4)；且
在所述残留应力减少部(T4)，具有与所述弹簧线材(20)表面的压缩残留应力同等大小的压缩残留应力的部位(B)存在于超过该弹簧线材(20)的容许坑深度(Rmax)的深度。
2.如权利要求1所述的车辆悬架用螺旋弹簧(12)，其特征在于，所述容许坑深度(Rmax)为0.25mm，自所述弹簧线材(20)的表面至所述容许坑深度(Rmax)的范围内赋予了-400MPa以上的压缩残留应力。
3.如权利要求2所述的车辆悬架用螺旋弹簧(12)，其特征在于，所述弹簧线材(20)的硬度为50～56HRC。
4.一种车辆悬架用螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，包括：
将由弹簧钢形成的弹簧线材(20)成形为螺旋形的弯曲工序(S2)、
通过向所述弹簧线材(20)投射丸粒尺寸在1.0mm以上的第一丸粒而赋予所述弹簧线材(20)以压缩残留应力的第一喷丸硬化工序(S6)、
在所述第一喷丸硬化工序(S6)后向所述弹簧线材(20)投射比所述第一丸粒小的第二丸粒的第二喷丸硬化工序(S7)；
通过所述第一喷丸硬化工序(S6)和第二喷丸硬化工序(S7)，形成所述压缩残留应力自所述弹簧线材(20)的表面沿深度方向增加的残留应力增加部(T1)、所述压缩残留应力达到最大的残留应力峰值部(T3)、所述压缩残留应力自所述残留应力峰值部(T3)沿所述弹簧线材(20)的深度方向减少的残留应力减少部(T4)，
同时使所述残留应力减少部(T4)中具有与所述弹簧线材(20)表面的压缩残留应力同等大小的压缩残留应力的部位(B)形成于超过该弹簧线材(20)的容许坑深度(Rmax)的深度。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述弹簧线材(20)为150～350℃的处理温度下进行所述第一喷丸硬化工序(S6)和所述第二喷丸硬化工序(S7)。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述第一喷丸硬化工序(S6)中的所述处理温度高于所述第二喷丸硬化工序(S7)中的所述处理温度。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述第一喷丸硬化工序(S6)中的所述第一丸粒的动能大于所述第二喷丸硬化工序(S7)中的所述第二丸粒的动能。
CN201080000656.3A 2009-06-17 2010-02-22 车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法 Active CN102481681B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009144460A JP5393280B2 (ja) 2009-06-17 2009-06-17 車両懸架用コイルばねと、その製造方法
JP2009-144460 2009-06-17
PCT/JP2010/052659 WO2010146898A1 (ja) 2009-06-17 2010-02-22 車両懸架用コイルばねと、その製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102481681A true CN102481681A (zh) 2012-05-30
CN102481681B CN102481681B (zh) 2014-07-02

Family

ID=43356228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080000656.3A Active CN102481681B (zh) 2009-06-17 2010-02-22 车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP2444203B1 (zh)
JP (1) JP5393280B2 (zh)
KR (1) KR101200694B1 (zh)
CN (1) CN102481681B (zh)
BR (1) BRPI1001256B1 (zh)
ES (1) ES2728114T3 (zh)
HU (1) HUE042955T2 (zh)
TR (1) TR201908132T4 (zh)
WO (1) WO2010146898A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105431651A (zh) * 2014-05-28 2016-03-23 日本发条株式会社 悬架用弹簧装置以及悬架用螺旋弹簧
CN107209075A (zh) * 2015-02-12 2017-09-26 日本发条株式会社 模拟线圈弹簧装置及其控制方法
CN112313037A (zh) * 2018-06-29 2021-02-02 山特维克科洛曼特公司 处理切削刀具的方法及切削刀具
CN112720267A (zh) * 2020-12-21 2021-04-30 浙江来福谐波传动股份有限公司 一种高动能微粒子复合喷丸表面强化工艺

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100482821B1 (ko) * 2002-03-22 2005-04-14 (주) 엠아이알 형광 이미지 저장 스크린 판독장치 및 방법
JP5064590B1 (ja) 2011-08-11 2012-10-31 日本発條株式会社 圧縮コイルばねおよびその製造方法
MX2020001444A (es) * 2012-07-06 2021-06-29 Barnes Group Inc Resorte arqueado de alta fatiga.
JP6063839B2 (ja) 2013-08-12 2017-01-18 日本発條株式会社 懸架装置用コイルばね
JP2015121262A (ja) * 2013-12-24 2015-07-02 中央発條株式会社 懸架ばね及び懸架ばねの製造方法
JP6058586B2 (ja) * 2014-05-29 2017-01-11 愛三工業株式会社 エンジン用排気還流弁の製造方法
JP6266076B2 (ja) * 2016-11-11 2018-01-24 愛三工業株式会社 弁体と弁軸の固定方法
CN106734779A (zh) * 2017-03-23 2017-05-31 无锡丰力弹簧有限公司 吊簧的生产工艺
JP7101040B2 (ja) * 2018-05-09 2022-07-14 三菱製鋼株式会社 ばねの製造方法及びばね

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05140643A (ja) * 1991-11-18 1993-06-08 Nhk Spring Co Ltd 高強度ばね
JPH05177544A (ja) * 1991-11-26 1993-07-20 Tougou Seisakusho:Kk コイルばねの製造方法
US6022427A (en) * 1997-02-08 2000-02-08 Fried Krupp Method for producing helical springs
CN1607995A (zh) * 2001-12-26 2005-04-20 日本发条株式会社 车辆用板簧及其制造方法
CN1646714A (zh) * 2002-04-02 2005-07-27 株式会社神户制钢所 疲劳强度和弹力减弱抗性优异的弹簧用冷拉钢丝以及其冷拉弹簧
CN1764730A (zh) * 2003-03-26 2006-04-26 中央发条株式会社 制备高强度弹簧的方法
CN101389781A (zh) * 2006-02-23 2009-03-18 住友电气工业株式会社 高强度不锈钢弹簧及其制造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6376730A (ja) 1986-09-18 1988-04-07 Chuo Spring Co Ltd 弁ばねの製造方法
JP2008106365A (ja) * 1997-11-17 2008-05-08 Chuo Spring Co Ltd 耐腐食疲労強度を向上させたばね
US6193816B1 (en) * 1997-11-17 2001-02-27 Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha Spring with corrosion fatigue strength
JPH11241143A (ja) * 1997-11-17 1999-09-07 Chuo Spring Co Ltd 耐腐食疲労強度を向上させたばね
JP2000345238A (ja) 1999-03-31 2000-12-12 Showa Corp 自動車用懸架ばねの製造方法
CN1135269C (zh) * 1999-06-08 2004-01-21 日本发条株式会社 高强度弹簧及其制造方法
JP2001082518A (ja) * 1999-09-09 2001-03-27 Togo Seisakusho Corp コイルばね及びその製造方法
JP2004323912A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Chuo Spring Co Ltd 高強度コイルばね及びその製造方法
JP4129203B2 (ja) 2003-06-09 2008-08-06 中央発條株式会社 高強度スタビライザ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05140643A (ja) * 1991-11-18 1993-06-08 Nhk Spring Co Ltd 高強度ばね
JPH05177544A (ja) * 1991-11-26 1993-07-20 Tougou Seisakusho:Kk コイルばねの製造方法
US6022427A (en) * 1997-02-08 2000-02-08 Fried Krupp Method for producing helical springs
CN1607995A (zh) * 2001-12-26 2005-04-20 日本发条株式会社 车辆用板簧及其制造方法
CN1646714A (zh) * 2002-04-02 2005-07-27 株式会社神户制钢所 疲劳强度和弹力减弱抗性优异的弹簧用冷拉钢丝以及其冷拉弹簧
CN1764730A (zh) * 2003-03-26 2006-04-26 中央发条株式会社 制备高强度弹簧的方法
CN101389781A (zh) * 2006-02-23 2009-03-18 住友电气工业株式会社 高强度不锈钢弹簧及其制造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105431651A (zh) * 2014-05-28 2016-03-23 日本发条株式会社 悬架用弹簧装置以及悬架用螺旋弹簧
CN105431651B (zh) * 2014-05-28 2017-09-26 日本发条株式会社 悬架用弹簧装置以及悬架用螺旋弹簧
US10583706B2 (en) 2014-05-28 2020-03-10 Nhk Spring Co., Ltd. Method of manufacturing a suspension coil spring
CN107209075A (zh) * 2015-02-12 2017-09-26 日本发条株式会社 模拟线圈弹簧装置及其控制方法
CN112313037A (zh) * 2018-06-29 2021-02-02 山特维克科洛曼特公司 处理切削刀具的方法及切削刀具
CN112720267A (zh) * 2020-12-21 2021-04-30 浙江来福谐波传动股份有限公司 一种高动能微粒子复合喷丸表面强化工艺
CN112720267B (zh) * 2020-12-21 2022-04-05 浙江来福谐波传动股份有限公司 一种高动能微粒子复合喷丸表面强化工艺

Also Published As

Publication number Publication date
KR101200694B1 (ko) 2012-11-12
BRPI1001256B1 (pt) 2020-09-24
EP2444203A1 (en) 2012-04-25
EP2444203B1 (en) 2019-04-10
HUE042955T2 (hu) 2019-07-29
BRPI1001256A2 (pt) 2016-07-05
JP2011000663A (ja) 2011-01-06
EP2444203A4 (en) 2014-10-22
WO2010146898A1 (ja) 2010-12-23
EP2444203A8 (en) 2012-07-04
ES2728114T3 (es) 2019-10-22
CN102481681B (zh) 2014-07-02
JP5393280B2 (ja) 2014-01-22
KR20110021702A (ko) 2011-03-04
TR201908132T4 (tr) 2019-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102481681B (zh) 车辆悬架用螺旋弹簧及其制造方法
US8533954B2 (en) Method for manufacturing a coil spring for vehicle suspension
EP2682493B2 (en) Spring and manufacturing method thereof
US7699943B2 (en) Method for manufacturing high-strength spring
CN102458767B (zh) 螺旋弹簧的制造方法
JP5709025B2 (ja) 波動歯車用基材の製造方法
CN110475896A (zh) 压缩螺旋弹簧及其制造方法
US11378147B2 (en) Spring and manufacture method thereof
CN104864039B (zh) 波动齿轮装置的挠性外齿齿轮及制造方法
JP2012077367A (ja) コイルばね及びその製造方法
US20160208875A1 (en) Spring and method for manufacturing the spring
WO2012133885A1 (ja) ばねおよびその製造方法
JP2009226523A (ja) ばねの表面処理方法
US20040079067A1 (en) Oil tempered wire for cold forming coil springs
JP3872364B2 (ja) 冷間成形コイルばね用オイルテンパー線の製造方法
JPS62139812A (ja) 高強度高靭性鋳鋼の製造法
JP2001254145A (ja) ばね鋼およびその製造方法
JPH06100942A (ja) ピストンピンの製造方法
JPS6270512A (ja) 浸炭品の表面硬化法
CN116479216A (zh) 扭杆弹簧的热处理方法
JPH08104924A (ja) 動力伝達部品の製造方法
JPH08281363A (ja) 高疲労強度ステンレスばねの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant