CN108869594A - 一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧及其制造方法 - Google Patents

一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧及其制造方法 Download PDF

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Abstract

该发明涉及钢板弹簧加工技术领域，具体是一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧及其制造方法。包括单片钢板弹簧本体，其为抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，成形后变截面单片钢板弹簧的截面为沿其长度方向变化的抛物线形状，并以中心螺栓孔为中心，前、后和左、右对称；其制造方法，包括断料、中心孔加工、加热、变截面成形、卷耳、成形热处理、喷丸、电泳喷漆及入库工序，其中通过两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，提高了单片簧的拉伸一侧表面的残余压应力。该发明结构简单，也简化了单片钢板弹簧的制造过程；同时提高了承载能力，满足车辆轻量化设计要求，提高了单片钢板弹簧的抗拉疲劳强度以及疲劳寿命。

Description

一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧及其制造方法
技术领域
该发明涉及钢板弹簧制造技术领域，具体是一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧及其制造方法。
背景技术
钢板弹簧作为车辆悬架的弹性元件，因其结构简单、工作可靠等优点，广泛应用于轻型客车的后悬架。随着对轻型客车的舒适性、可靠性要求不断提高以及对车辆轻量化的要求，少片变截面板簧的应用越来越广泛，少片变截面钢板弹簧是由1～4片沿长度方向中间段最厚，往两端逐渐变薄的钢板弹簧片组成，少片变截面钢板弹簧虽然减少了簧片间的摩擦，但是少片簧仍然存在影响整车舒适性的簧片间摩擦力(簧片间摩擦力在运动过程中导致板簧刚度增大)，同时为保证少片簧的可靠性，板簧设计的最大应力往往低于1000MPa，从而忽视了对材料性能的充分利用；传统板簧在生产过程中，因生产工序的影响，通常采用一次自由喷丸或者应力喷丸，即使采用应力喷丸，由于受到板簧材料性能的限制，应力喷丸时的预压应力与喷丸强度不够，导致未能提高板簧的抗拉强度和簧片表面残余压应力水平，从而板簧的疲劳寿命不能有效提升。
发明内容
本发明的目的在于针对现有单片钢板弹簧制造方法存在的问题，提供一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧及其制造方法，从而得到高应力、高寿命，并提高单片钢板弹簧的抗拉疲劳强度的变截面单片钢板弹簧目的。
为解决上述问题，本发明公开的高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧，包括单片钢板弹簧本体，其特征在于：所述单片钢板弹簧本体为抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，成形后变截面单片钢板弹簧的截面为沿其长度方向变化的抛物线形状，并以中心螺栓孔为中心，前、后和左、右对称。
进一步的，一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，包括断料、中心孔加工、加热、变截面成形、卷耳、成形热处理、喷丸、电泳喷漆及入库工序，其特征在于：包括以下工序，
S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；
S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；
S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到950℃～1050℃；
S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；
S5、在所述卷耳工序中：当簧片的端部加热到950℃～1050℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；
S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到860℃～910℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在40℃～80℃的油中淬火40-70秒，然后经过380℃～450℃回火到HRC50±1；
S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；
S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；
S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
进一步的，在所述喷丸工序S7中，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm～1mm的钢丸以50m/s～90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约3-6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa～1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行。
进一步的，在所述喷丸工序S7中，所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa～1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm～1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10～15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa～1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃～300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
进一步的，在所述喷丸工序S7中，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm的钢丸以50m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸3分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
进一步的，在所述喷丸工序S7中，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
进一步的，一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，包括以下工序，S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到950℃；S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；S5、在所述卷耳工序中：当簧片的端部加热到950℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到860℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在40℃的油中淬火40秒，然后经过380℃回火到HRC50±1；S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
进一步的，一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：包括以下工序，S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1050℃；S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；S5、在所述卷耳工序中：当簧片的端部加热到1050℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到910℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在80℃的油中淬火70秒，然后经过450℃回火到HRC50±1；S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
更进一步的，一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度1870MPa，屈服强度1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1000℃；S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；S5、在所述卷耳工序中：当簧片的端部加热到980℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到880℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在60℃的油中淬火50秒，然后经过400℃回火到HRC50±1；S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.9mm的钢丸以70m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸4分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1600MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1620MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.9mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约11分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1600MPa，单片钢板弹簧温度控制在250℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1100MPa，喷丸产生的残余应力分布均匀；S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
再进一步的，一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：包括以下工序，S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度1900MPa，屈服强度1750Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1000℃；S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；S5、在所述卷耳工序中：当簧片的端部加热到1000℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到900℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在70℃的油中淬火60秒，然后经过420℃回火到HRC50±1；S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以80m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸5分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1650MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力1200MPa；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1620MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约13分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1650MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃～300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1200MPa，喷丸产生的残余应力分布均匀；S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
发明有益效果：该变截面单片钢板弹簧结构简单，为前、后和左、右对称，由此简化了变截面钢板弹簧的制造过程；通过选用抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680MPa的高强度弹簧扁钢来轧制变截面，实现了材料的高利用率，同时单片钢板弹簧作为弹性元件减轻了悬架非簧载质量，单片钢板弹簧的重量较同刚度的少片钢板弹簧降低50％，同时提高了承载能力，满足车辆轻量化设计要求，同时完全消除影响整车舒适性的簧片间摩擦力；从而提高了变截面单片簧的抗拉疲劳强度以及疲劳寿命，与传统制作相比，该发明制造方法，方便快捷，成本低，且便于工业化大规模生产。
附图说明
图1是该发明变截面单片钢板弹簧的结构示意图。
图2是该发明制造方法流程示意图。
具体实施方式
以下为本发明较佳实施例，能够更好地理解本发明，但本发明的实施例不限于此，同时其所示数据不代表对本发明特征范围的限制。
实施例1
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧，其结构参阅图1，包括单片钢板弹簧1本体，单片钢板弹簧1本体的钢板为抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，成形后变截面单片钢板弹簧1的截面为沿其长度方向变化的抛物线形状，并以中心螺栓孔1-1为中心，前、后和左、右对称。
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，参阅图2，其包括以下工序：S1、在断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧1的中间位置钻中心孔；S3、在加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到950℃；S4、在变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄，实现变截面成形；S5、在卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到950℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳1-2成形；S6、在成形热处理工序中：将卷耳1-2后的单片钢板弹簧1加热到860℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在40℃的油中淬火40秒，然后经过380℃回火到HRC50±1；S7、在喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧1两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳1-2端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；S8、在电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧1进行阴板电泳喷漆；S9、在入库工序中：直接放入仓库存储。
在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm的钢丸以50m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸3分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
还可以在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
试验结果如下：
实施例2
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧，其结构参阅图1，包括单片钢板弹簧本体1，单片钢板弹簧1本体的钢板为抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，成形后变截面单片钢板弹簧1的截面为沿其长度方向变化的抛物线形状，并以中心螺栓孔1-1为中心，前、后和左、右对称。
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，参阅图2，其包括以下工序：S1、在断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；S3、在加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1050℃；S4、在变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；S5、在卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到1050℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳1-2成形；S6、在成形热处理工序中：将卷耳1-2后的单片钢板弹簧加热到910℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在80℃的油中淬火70秒，然后经过450℃回火到HRC50±1；S7、在喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳1-2端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；S8、在电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；S9、在入库工序中：直接放入仓库存储。
在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm的钢丸以50m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸3分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
还可以在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
试验结果如下：
实施例3
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧，其结构参阅图1，包括单片钢板弹簧1本体，单片钢板弹簧1本体为抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，成形后变截面单片钢板弹簧1的截面为沿其长度方向变化的抛物线形状，并以中心螺栓孔1-1为中心，前、后和左、右对称。
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，参阅图2，其包括以下工序：S1、在断料工序中：选取抗拉强度1870MPa，屈服强度1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；S3、在加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1000℃；S4、在变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄，实现变截面成形；S5、在卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到980℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳1-2成形；S6、在成形热处理工序中：将卷耳1-2后的单片钢板弹簧加热到880℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在60℃的油中淬火50秒，然后经过400℃回火到HRC50±1；S7、在喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳1-2端，自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.9mm的钢丸以70m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸4分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1600MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1620MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.9mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约11分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1600MPa，单片钢板弹簧温度控制在250℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1100MPa，喷丸产生的残余应力分布均匀；S8、在电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；S9、在入库工序中：直接放入仓库存储。
在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm的钢丸以50m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸3分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
还可以在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
试验结果如下：
实施例4
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧，其结构参阅图1，包括单片钢板弹簧1本体，单片钢板弹簧1本体为抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，成形后变截面单片钢板弹簧1的截面为沿其长度方向变化的抛物线形状，并以中心螺栓孔1-1为中心，前、后和左、右对称。
一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，参阅图2，其包括以下工序：S1、在断料工序中：选取抗拉强度1900MPa，屈服强度1750Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；S2、在中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；S3、在加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1000℃；S4、在变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄，实现变截面成形；S5、在卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到1000℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳1-2成形；S6、在成形热处理工序中：将卷耳1-2后的单片钢板弹簧加热到900℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在70℃的油中淬火60秒，然后经过420℃回火到HRC50±1；S7、在喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳1-2端，自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以80m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸5分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1650MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力达1200MPa；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1620MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约13分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1650MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃～300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1200MPa，喷丸产生的残余应力分布均匀；S8、在电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；S9、在入库工序中：直接放入仓库存储。
在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm的钢丸以50m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸3分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
还可以在上述实施的自由喷丸中：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
试验结果如下：
由上述试验结果可知，通过本制造方法得到的产品，单片钢板弹簧疲劳寿命均达到12万次以上，单片钢板弹簧的疲劳寿命显著提高，产生良好的经济效益及社会效益。
因此，该发明最终得到一种变截面单片钢板弹簧，降低了非簧载质量，提高了材料的利用率，提升了整车承载力，并消除了簧片间摩擦对整车舒适性的影响；同时选用高强度的弹簧扁钢作为原材料，选择高的回火钢板弹簧硬度，提高了单片钢板弹簧回火后的硬度HRC50±1，通过两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，提高单片钢板弹簧拉伸一侧表面的残余压应力以及抗拉疲劳强度，保证单片钢板弹簧在高应力状态下的疲劳寿命，产生良好的经济效益及社会效益。
除上述实施例外，该发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在该发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧，包括单片钢板弹簧本体，其特征在于：所述单片钢板弹簧本体为抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，成形后变截面单片钢板弹簧的截面为沿其长度方向变化的抛物线形状，并以中心螺栓孔为中心，前、后和左、右对称。
2.一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，包括断料、中心孔加工、加热、变截面成形、卷耳、成形热处理、喷丸、电泳喷漆及入库工序，其特征在于：
S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；
S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；
S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到950℃～1050℃；
S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄，实现变截面成形；
S5、在所述卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到950℃～1050℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；
S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到860℃～910℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在40℃～80℃的油中淬火40-70秒，然后经过380℃～450℃回火到HRC50±1；
S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；
S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；
S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
3.根据权利要求2所述的一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：在所述喷丸工序S7中，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm～1mm的钢丸以50m/s～90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约3-6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa～1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行。
4.根据权利要求2所述的一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：在所述喷丸工序S7中，所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa～1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm～1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10～15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa～1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃～300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
5.根据权利要求2所述的一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：在所述喷丸工序S7中，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.8mm的钢丸以50m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸3分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1600MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.8mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约10分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1500MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
6.根据权利要求2所述的一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：在所述喷丸工序S7中，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸6分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1650MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约15分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1700MPa，单片钢板弹簧温度控制在300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1000MPa以上，喷丸产生的残余应力分布均匀。
7.根据权利要求2所述一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征在于：包括以下工序，
S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；
S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；
S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到950℃；
S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄，实现变截面成形；
S5、在所述卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到950℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；
S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到860℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在40℃的油中淬火40秒，然后经过380℃回火到HRC50±1；
S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；
S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；
S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
8.根据权利要求2所述的一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：包括以下工序，
S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度≥1870MPa，屈服强度≥1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；
S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；
S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1050℃；
S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；
S5、在所述卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到1050℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；
S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到910℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在80℃的油中淬火70秒，然后经过450℃回火到HRC50±1；
S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力≥1000MPa；
S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；
S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
9.根据权利要求2所述的一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：包括以下工序，
S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度1870MPa，屈服强度1680Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；
S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；
S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1000℃；
S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；
S5、在所述卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到980℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；
S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到880℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在60℃的油中淬火50秒，然后经过400℃回火到HRC50±1；
S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为0.9mm的钢丸以70m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸4分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1600MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1620MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用0.9mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约11分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1600MPa，单片钢板弹簧温度控制在250℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1100MPa，喷丸产生的残余应力分布均匀；
S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；
S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
10.根据权利要求2所述的一种高应力、高寿命的变截面单片钢板弹簧制造方法，其特征为：包括以下工序，
S1、在所述断料工序中：选取抗拉强度1900MPa，屈服强度1750Mpa的高强度弹簧扁钢，并根据所需长度进行断料；
S2、在所述中心孔加工工序中：在单片钢板弹簧的中间位置钻中心孔；
S3、在所述加热工序中：将单片钢板弹簧以中心孔为对称的一端用中频电源加热到1000℃；
S4、在所述变截面成形工序中：将加热后的部分，在辊轧机组上进行变截面轧制，保证单片钢板弹簧中间厚，往端部逐渐变薄,实现变截面成形；
S5、在所述卷耳工序中：当单片钢板弹簧的端部加热到1000℃，对单片钢板弹簧加热后的端部依次进行压紧、压弯、切头、卷耳成形；
S6、在所述成形热处理工序中：将卷耳后的单片钢板弹簧加热到900℃，放入成形夹具内，弯曲成为弓形钢板弹簧，在70℃的油中淬火60秒，然后经过420℃回火到HRC50±1；
S7、在所述喷丸工序中：回火后的单片钢板弹簧两次喷丸：自由喷丸、高应力喷丸，且应力喷丸加载点外移至卷耳端，所述自由喷丸：将成形后的单片钢板弹簧在自由状态下或无压缩状态下，采用直径为1mm的钢丸以80m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸5分钟，通过自由喷丸去除单片钢板弹簧回火后的表面氧化皮，去除氧化皮后进行高应力喷丸，自由喷丸时的喷丸强度为1650MPa，单片钢板弹簧自由喷丸在常温下进行，保证单片钢板弹簧变截面的拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧的表面残余压应力1200MPa；所述高应力喷丸：将单片钢板弹簧利用工装对钢板弹簧卷耳端施加力，在1620MPa的弯曲应力下进行压缩，在压缩状态下采用1mm的钢丸以90m/s的速度对拉伸一侧进行喷丸约13分钟，高应力喷丸时的喷丸强度为1650MPa，单片钢板弹簧温度控制在200℃～300℃，高应力喷丸保证单片钢板弹簧的变截面拉伸一侧喷丸覆盖率达到100％，单片钢板弹簧表面的残余压应力达1200MPa，喷丸产生的残余应力分布均匀；
S8、在所述电泳喷漆工序中：将喷丸后的单片钢板弹簧进行阴板电泳喷漆；
S9、在所述入库工序中：直接放入仓库存储。
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