CN104128750A - 一种扭杆弹簧制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扭杆弹簧制造工艺，所述扭杆弹簧由空心棒料制造并具有端部和杆体，包括：下料工序、端部墩粗工序、机械加工工序、淬火工序、回火工序、预扭工序、涂装工序，在所述端部墩粗工序中，将所述空心棒料的端部加热，将所述空心棒料置于模腔中，所述模腔的对应所述扭杆弹簧的端部与杆体的过渡位置处设有圆弧过渡，然后将模芯插入所述空心棒料的端部，所述模芯的对应所述扭杆弹簧的端部与杆体的过渡位置处设有圆弧过渡，将所述模芯墩入所述空心棒料，成型后拔出模芯。本发明能够使得空心棒料制造的扭杆弹簧具有良好的机械性能，实现产品轻量化。

Description

一种扭杆弹簧制造工艺

技术领域

本发明涉及扭杆弹簧热处理领域。

背景技术

扭杆弹簧作为弹性元件广泛应用于汽车或其他机械设备，汽车独立悬架常使用扭杆弹簧作为弹性元件。

现在扭杆弹簧主要采用弹簧钢或合金结构钢，扭杆弹簧断面通常有圆棒料、空心棒料和矩形截面条材三种，但最常用的是实心圆棒料。车辆悬架主要利用圆棒外层的弹性变形，根据材料力学原理，扭杆弹簧工作时，应力从圆棒中心到表面应力逐渐增大，圆棒体中心应力为零，而表面应力最大，扭杆弹簧棒体内心作用不大，主要是棒体外层起作用，因此使用空心棒料更加合理。

另外，近年来，随着人们对节约能源和自然资源的意识逐步增强，世界各国的汽车主机厂都要求在保证性能和强度的前提下不断减轻零部件的重量，所以使用空心扭杆弹簧来减轻汽车重量是未来发展的一种必然趋势。

扭杆弹簧在实际使用过程中，断裂失效基本上都在两端部花键和中部的杆体连接处，因此该位置处的加工工艺十分重要，对于采用空心棒料加工的扭杆弹簧尤其重要。

如果采用空心棒料制造扭杆弹簧的话，则理想的扭杆弹簧结构如图1所示，可见空心棒料的端部2应当被很对称地墩粗，并且在端部2与杆体1之间的过渡位置3处具有光滑的圆弧过渡，这能够有效避免两端部和杆体过渡连接处的断裂失效。

在申请公布号：CN103898302A、申请日：2014.03.28、发明名称“一种高应力扭杆弹簧热处理工艺”的中国发明专利申请中，通过制坯、机加工、淬火、回火及预扭工艺对扭杆弹簧进行热处理，从而使工件在热处理后表面具有较高硬度，而中心仍保持一定的强度及较高的韧性和塑性，从而较少扭杆弹簧疲劳，提高扭杆弹簧使用寿命。但是，该处理工艺仍然只适用于对实心圆棒料的处理，原因是如果采用该工艺中的墩粗方法对空心棒料的端部进行墩粗，则由于棒料是空心的，很容易由于墩粗力不与空心棒料的轴线一致而使空心棒料的端部2塌陷或者变形，端部墩粗后的工件如图2所示，使废品率提高。

在申请公布号：CN102886638A、申请日：2012.10.18、发明名称“一种悬挂扭杆弹簧快速车削加工方法”的中国发明专利申请中，采用的是冷处理工艺，对原材料两端进行锻打从而呈现头部，然后对头部进行精车来实现扭杆弹簧的快速加工。但是，利用该方法加工出的扭杆弹簧的机械性能不如上述热处理工艺好。

本领域技术人员容易想到的是，在CN103898302A的基础上，结合CN102886638A，对空心棒料的端部墩粗后如果出现图2中的情况，则再进行车削就能够实现端部修形，将塌陷或者变形的端部切除掉一部分材料后也能够保证端部2与杆体1的轴线相同。

但是，首先，热加工之后再进行车削使得加工工序更多更复杂，严重影响生产效率；其次，如图3所示，对图2中的扭杆弹簧进行车削后，虽然从外表面上看端部2与杆体1的轴线相同，但实际上端部2的材料薄厚不均，实际上恶化了端部2的受力能力，使得端部2极易开裂；再次，结合图4和图5可知，采用车削的方式，实际上在过渡位置3与杆体1的连接位置，仍然存在折角，并不能实现圆弧过渡，而如果采用磨削的方式加工圆弧显然是不经济的。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，提供一种能够在采用空心棒料制造扭杆弹簧时对端部进行墩粗的同时在端部与杆体之间产生圆弧过渡，并避免端部塌陷变形的出现，从而保证整个扭杆弹簧具有良好的机械性能。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了如下技术方案：

一种扭杆弹簧制造工艺，所述扭杆弹簧由空心棒料制造并具有端部和杆体，包括：下料工序、端部墩粗工序、机械加工工序、淬火工序、回火工序、预扭工序、涂装工序，在所述端部墩粗工序中，将所述空心棒料的端部加热，将所述空心棒料置于模腔中，所述模腔的对应所述扭杆弹簧的端部与杆体的过渡位置处设有圆弧过渡，然后将模芯插入所述空心棒料的端部，所述模芯的对应所述扭杆弹簧的端部与杆体的过渡位置处设有圆弧过渡，将所述模芯墩入所述空心棒料，成型后拔出模芯。

优选地，所述空心棒料的端部加热温度为1000℃。

优选地，在所述端部墩粗工序与所述机械加工工序之间还存在退火工序。

优选地，在所述机械加工工序中，切除所述空心棒料的两端毛边，对两端的内孔和外圆倒角，切除两端表面的氧化层后再完成两端花键的加工。

优选地，在所述淬火工序中，采用滚筒式淬火机进行加压淬火，淬火温度为950±20℃，淬火时间为25±3秒。

优选地，在所述回火工序中，回火温度未300至450℃，回火时间50±5分钟，淬火与回火时间间隔不超过8小时。

优选地，在所述回火工序与所述预扭工序之间还存在喷丸工序，在所述喷丸工序中，所用钢丸直径小于花键细齿根部圆角半径的一半。

优选地，在所述涂装工序中，先对所述扭杆弹簧内外表面进行磷化处理，对两端花键进行包裹保护，然后对所述扭杆弹簧内外表面喷涂环氧树脂漆，表面热固化后在两端花键处涂防锈漆。

本发明中对空心棒料的端部进行加热，采用模芯插入端部的方式对端部进行墩粗，在墩粗的过程中模腔对空心棒料的流料进行限定，从而使端部与杆体之间的过渡位置依模腔和模芯的圆弧过渡而形成圆弧，并且端部墩粗后流料均匀，不会产生塌陷、变形缺陷。

进一步地，在机械加工工序中对内孔和外圆倒角能够避免应力集中，去除两端表面的氧化层后利于花键的加工并保证端部受力能力。

进一步地，采用滚筒式淬火机进行加压淬火，及控制加热温度和时间，能够有效避免淬火时扭杆变形及淬火不均问题。

进一步地，喷丸工序能够消除扭杆表面细微裂纹，提高表面硬度和强度，采用钢丸直径小于细齿根部圆角直径的一半，能够保证花键细齿根部也能够被喷到。

附图说明

接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：

图1示出了空心棒料的端部被墩粗后的理想形状；

图2示出了采用现有技术的工艺对空心棒料的端部进行墩粗后的实际形状；

图3示出了对图2中的空心棒料的端部进行车削后的扭杆弹簧形状；

图4示出了现有技术中车削后的扭杆弹簧的形状；

图5是图4中的A部分的局部放大图；

图6是本发明的实施例的扭杆弹簧制造工艺的工序图；

图7是本发明的实施例所采用的模具及模芯的结构图；

图8是本发明的实施例的空心棒料置于图7中的模具后的结构图；

图9是采用本发明的实施例的扭杆弹簧制造工艺对空心棒料端部进行墩粗后的结构图；

图10是采用本发明的实施例的工艺制造的扭杆弹簧的结构图，并对端部进行局部剖开；

图11是图10中的B部分的局部放大图。

上图中标记说明：杆体1、端部2、过渡位置3、模芯4、端面41、加粗段42、导入段43、过渡段44、模腔5、上模51、下模52、夹持部53、粗部54、过渡部55。

具体实施方式

参考图6，本发明的由空心棒料制造扭杆弹簧的工艺包括：下料工序、端部墩粗工序、退火工序、机械加工工序、淬火工序、回火工序、喷丸工序、预扭工序、涂装工序。

下料工序：选择例如40Cr结构钢等适合制造空心扭杆弹簧的材料，将空心金属棒料按空心扭杆弹簧的型号规格进行裁剪，保证原材料外表面无损伤、管内壁无锈蚀、无损伤，管材的直线度要保证0.2/1000mm以内。

端部墩粗工序：在本发明中，采用如图7所示的模具和模芯。上模51和下模52合到一起后形成模腔5，模腔5具有与所制造的扭杆弹簧的杆体1外径相等的夹持部53、与扭杆弹簧的端部的外径相等的粗部54、和在夹持部53与粗部54之间的过渡部55。其中，过渡部55对应图1中的扭杆弹簧的端部2与杆体1的过渡位置3，在过渡部55处设有圆弧过渡。模芯4从图7中由右向左依次设有导入段43、过渡段44、加粗段42及端面41.其中，导入段43的直径与所制造的扭杆弹簧的杆体1的内径相同，加粗段42的直径与所制造的扭杆弹簧的端部2的内径相同，过渡段44对应扭杆弹簧的端部2与杆体1的过渡位置3，在过渡段44处设有圆弧过渡。在端部墩粗时，如图8所示，将空心棒料的端部2加热，优选加热到1000℃，或者依材料、型号不同采用背景技术中所提出的温度，然后将空心棒料置于模腔5中并伸出一定长度。然后，将模芯4沿着空心棒料的轴线方向插入空心棒料的端部2，并将模芯4墩入空心棒料。由于导入段43的导向作用，并且优选导入段43的长度能够在插入模芯4时就使导入段43到达杆体1内部，这样在墩入模芯4的过程中，模芯4沿着轴线方向进入端部2，直至端面41贴合在上模51和下模52的左端，如图9所示。在墩粗过程中，模芯4与模腔5共同对空心棒料的流料进行限定，从而使端部2与杆体1之间的过渡位置3依模腔5和模芯4的圆弧过渡而形成圆弧，即在空心扭杆弹簧的过渡位置3处的内、外表面均形成了圆弧过渡，外表面的圆弧过渡使得随后机械加工工序中形成的花键与杆体1之间的应力大幅减小，而内表面的圆弧过渡不仅减小应力也利于提高后续的热处理效果。并且，从图9可见，端部2墩粗后流料均匀，不会产生塌陷、变形缺陷。空心棒料完成图9所示的成型后，拔出模芯4。退火工序：将端部墩粗后的空心棒料(此时能够被称为扭杆弹簧毛坯)放入炉内保温冷却，消除扭杆弹簧毛坯应力。

机械加工工序：切除墩粗后的空心棒料的两端毛边，对两端的内孔和外圆倒角，避免应力集中，切除两端表面的氧化层以利于花键的加工并保证端部受力能力，然后再在滚齿机上完成两端花键的加工，形成如图10、图11所示的扭杆弹簧结构。

淬火工序：采用滚筒式淬火机进行滚动加压淬火，淬火温度为950±20℃，淬火时间为25±3秒，能够有效控制淬火时的扭杆弹簧变形，避免杆体1产生S形弯曲及淬火不均问题，对直线度进行校正。

回火工序：回火温度未300至450℃，回火时间50±5分钟，淬火与回火时间间隔不超过8小时。

喷丸工序：喷丸能够消除扭杆弹簧在热处理时产生的表面内应力，消除扭杆弹簧表面细微裂纹，提高表面硬度和强度，提高扭杆弹簧疲劳寿命。为获得良好的机械性能，要在花键部位、两端内孔处喷到。在扭杆弹簧两端的花键部位，为使细齿根部也能被喷到，优选采用的钢丸直径小于花键细齿根部圆角半径的一半。喷丸时覆盖率要大于80％，弧高0.30～0.60mmARC，正反两次喷丸，喷丸时间为正反各三分钟。

预扭工序：预扭的目的提高扭杆表层的预压应力来提高其疲劳强度和最大允许剪应力，是对扭杆弹簧强化处理的最重要方法之一，其方法是在扭杆弹簧热处理后沿其工作时的承载方向施加一扭角(大于使用时的最大工作扭角)，使扭杆弹簧的表层应力超过材料的屈服极限而发生塑性变形，然后再卸载。经过连续加载卸载，使扭杆弹簧表层的塑性变形趋于稳定，并保证最后一次卸载后残余变形小于规定值。在本实施例中扭杆弹簧的硬度为50HRC左右的扭杆，预扭应变量为0.022弧度，预扭次数2～3次。

涂装工序：由于扭杆弹簧安装在车轮附近，涂装非常重要。除两端花键外都要进行喷涂。在本实施例中先对扭杆弹簧内外进行表面磷化处理，对两端花键处进行包裹保护，保持花键表面整洁；然后内外喷涂环氧树脂漆，表面热固化后，扭杆弹簧表面光洁，无皱纹、堆积、裸露等现象；最后两端花键涂防锈油。

表1

从表1可见，采用本发明的工艺制造的空心扭杆弹簧，与实心扭杆弹簧相比，在同等性能条件下，重量减低了27％，实现了产品轻量化。并且，空心扭杆弹簧的产品淬透性得到提高，金相组织一致性也提高，不易产生应力集中，延长了使用寿命。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不限定于上述实施例。本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (8)

1.一种扭杆弹簧制造工艺，所述扭杆弹簧由空心棒料制造并具有杆体和端部，包括：下料工序、端部墩粗工序、机械加工工序、淬火工序、回火工序、预扭工序、涂装工序，其特征在于，在所述端部墩粗工序中，将所述空心棒料的端部加热，将所述空心棒料置于模腔中，所述模腔的对应所述扭杆弹簧的端部与杆体的过渡位置处设有圆弧过渡，然后将模芯插入所述空心棒料的端部，所述模芯的对应所述扭杆弹簧的端部与杆体的过渡位置处设有圆弧过渡，将所述模芯墩入所述空心棒料，成型后拔出模芯。

2.根据权利要求1所述的扭杆弹簧制造工艺，其特征在于，所述空心棒料的端部加热温度为1000℃。

3.根据权利要求1所述的扭杆弹簧制造工艺，其特征在于，在所述端部墩粗工序与所述机械加工工序之间还存在退火工序。

4.根据权利要求1所述的扭杆弹簧制造工艺，其特征在于，在所述机械加工工序中，切除所述扭杆弹簧的两端毛边，对两端的内孔和外圆倒角，切除两端表面的氧化层后再完成两端花键的加工。

5.根据权利要求1所述的扭杆弹簧制造工艺，其特征在于，在所述淬火工序中，采用滚筒式淬火机进行加压淬火，淬火温度为950±20℃，淬火时间为25±3秒。

6.根据权利要求1所述的扭杆弹簧制造工艺，其特征在于，在所述回火工序中，回火温度未300至450℃，回火时间50±5分钟，淬火与回火时间间隔不超过8小时。

7.根据权利要求1所述的扭杆弹簧制造工艺，其特征在于，在所述回火工序与所述预扭工序之间还存在喷丸工序，在所述喷丸工序中，所用钢丸直径小于花键细齿根部圆角半径的一半。

8.根据权利要求1所述的扭杆弹簧制造工艺，其特征在于，在所述涂装工序中，先对所述扭杆弹簧内外表面进行磷化处理，对两端花键进行包裹保护，然后对所述扭杆弹簧内外表面喷涂环氧树脂漆，表面热固化后在两端花键处涂防锈漆。