CN110741178B - 弹簧片和用于制造弹簧片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造用于片弹簧的弹簧片(2)的方法，所述片弹簧尤其是抛物线弹簧或悬挂弹簧，其中，所述弹簧片(2)具有两个端部区域、中间区域、在使用状态中受拉应力的上侧、在使用状态中受压应力的下侧(1)，在下侧(1)中制入至少一个孔(3)，在围绕孔(3)的区域中对下侧(1)进行喷射。

Description

弹簧片和用于制造弹簧片的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于片弹簧、尤其是抛物线弹簧或悬挂弹簧的弹簧片的方法，其中，所述弹簧片具有两个端部区域、中间区域、在使用状态中受拉应力的上侧、在使用状态中受压应力的下侧，并且其中，在下侧中制入至少一个孔。
此外，本发明涉及一种用于片弹簧、尤其是抛物线弹簧或悬挂弹簧的弹簧片，其中，所述弹簧片具有两个端部区域、中间区域、在使用状态中受拉应力的上侧、在使用状态中受压应力的下侧，并且其中，所述下侧具有至少一个孔。
背景技术
片弹簧在机动车、尤其是商用车或挂车(拖车)的车轮悬架中使用。机动车的需求一方面是降低各个构件的重量，另一方面的需求是各个构件承受越来越高的机械负载，例如由于提高的马达功率。
由现有技术已知各种不同形式的片弹簧，例如抛物线弹簧或悬挂弹簧或梯形弹簧。这种片弹簧包括单个弹簧片或包括多个弹簧片，其中，每个弹簧片具有两个端部区段和处于该两个端部区段之间的中间区段。在中间区段中设有夹紧区域，在该夹紧区域中片弹簧通过连接区域、尤其是通过一个或多个在夹紧区域中包围片弹簧的U形销栓或成形件与车辆的轮轴或轮轴销栓连接。
如果片弹簧具有多个相叠设置的弹簧片，则这些弹簧片经常在夹紧区域中尤其是通过在每个弹簧片的夹紧区域中穿过中央的贯通孔(此外：中间孔)的销栓彼此连接，其中，所述弹簧片或是直接贴靠在彼此上，或是在各弹簧片之间设置或夹入有中间元件，如中间金属板。
多片弹簧通常具有基弹簧片(也可称为引导弹簧片)和设置在基弹簧片上的其他弹簧片。在基弹簧片的至少一个端部区段上可实施有贯通孔，用于将片弹簧与车辆部件、尤其是与轴连接的连接器件可引导穿过所述贯通孔。
多片弹簧的弹簧片可在其下侧上具有其他贯通孔和/或盲孔。单片弹簧也可在其下侧上具有贯通孔和/或盲孔，例如在至少一个端部区段中设置的贯通孔，用于将片弹簧与车辆部件、尤其是与轴连接的连接器件可引导穿过所述贯通孔。
在片弹簧中的已知问题是，在机械应力升高时，弹簧片在具有孔的区域中可能断裂。在这方面尤其是要考虑中间孔断裂的问题。
中间孔断裂在片弹簧中构成一般已知的并且不期望的断裂特性。通常，中间孔断裂从弹簧片的在使用状态中受压应力的下侧开始。中间孔断裂在使用状态中既可以通过片弹簧的静应力(亦即在车辆的停止状态中)引起，也可以通过片弹簧的动应力(亦即在车辆行驶期间)引起。
中间孔断裂的原因至今未能明确地确定。在实践中通常将氢致裂纹(HAC)视为中间孔断裂的原因。
为了避免中间孔断裂，由CA2865630A1已知，通过如下方式避免氢致裂纹，将弹簧片局部加热并且接着快速冷却。该方法是不利的，因为在工艺技术上这是耗费的，并且加热和冷却构成高的和昂贵的能量消耗。此外，该加热仅能在弹簧片上侧的喷射处理之前发生，因为在喷射处理之后不应再发生弹簧片的加热，因为加热对弹簧片的表面特性具有不利影响。
为避免中间孔断裂此外已知，中间孔的边缘在弹簧片下侧上倒棱并且在各弹簧片之间和在弹簧片上侧上设置(相对于弹簧片的材料)相对软的钢中间层。在弹簧片下侧上设置相对软的垫片。这种方法步骤在工艺技术上也是耗费和昂贵的，其中，附加的材料耗费引起进一步的成本并且原则上提高完成的片弹簧的重量。此外，中间孔断裂也在倒棱的区域中发生。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于片弹簧的弹簧片，利用该弹簧片在避免现有技术中的缺点的情况下减小孔断裂的风险，尤其是中间孔断裂的风险。
在制造弹簧片时发生成形工艺、尤其是轧制工艺，以便将弹簧片成形为期望的形状。在此已知，弹簧片在其在使用状态中受拉应力的上侧上，在轧制工艺之后进行调质并且为了优化应力分布而进一步处理、尤其是喷丸或应力喷射，在使用状态中受压应力的下侧通常不被喷射，而是保持在轧制工艺和调质之后的材料状态中。
令人意想不到地被证明的是，中间孔断裂的成因可在于，通过弹簧片的在使用状态中受拉应力的一侧进行应力喷射，在弹簧片的在使用状态中受压应力的一侧上产生拉应力。该拉应力在应力喷射之后、亦即在弹簧片再次卸载之后，在弹簧片的在使用状态中受压应力的一侧上存在。对此的成因至今未知。
弹簧片上侧在轧制工艺之后为了优化应力分布而进一步处理、尤其是应力喷射，而对下侧不进行进一步处理，因此在该材料状态中拉应力可能保留在下侧上。对于存在所述拉应力并且所述拉应力对于中间孔断裂的发生是有责任的是新的认识。
在该材料状态中，在片弹簧的使用状态中在孔的边缘上可能发生应力过高。当例如螺纹连接多片弹簧时，则由此发生力传递并且因此发生从螺栓头到弹簧片下侧上的应力转移。此外，在将片弹簧装入车辆的车轮悬挂装置之后，表面应力可能与通过凹形或凸形的弹簧片表面施加的外部应力叠加。附加地，在制造弹簧片器件的工艺不稳定性可具有其他不利作用。由于所述不利作用，由于弹簧片在使用状态中受压应力的一侧存在拉应力引起的中间孔断裂的风险提高。
此外，在表面附近的区域中的拉应力可促进氢致裂纹(HAC)，由此又提高中间孔断裂的风险。
本发明利用了这些新的认识，其方式为按照本发明规定，在围绕孔的区域中对弹簧片的下侧进行喷射。由此可产生轻微的压应力，所述压应力与令人意想不到地与作为中间孔断裂成因的拉应力叠加并且提高弹簧片的局部寿命。结果是，孔断裂的风险显著降低，其中，在制造弹簧片时，工艺技术的耗费以及能源和制造成本不会可察觉地提高并且不需要安装导致其他成本并构成附加重量的附加的构件。
特别有利地还避免了氢致裂纹，其中，与根据CA2865630A1的方法相反，在弹簧片下侧不再存在拉应力。
这种弹簧片由异形棒材制成。所述异形棒材被切割、加热并经历成形工艺、尤其是轧制和冲压工艺，从而所述异形棒材被带到弹簧片期望的形状。在成形之后，进行调质措施。在异形棒材被成形期间，存在半成品。当所有的处理步骤，亦即也包括成形工艺发生之后的调质措施，结束之后，存在完成的弹簧片作为最终产品。
然而在本发明的范围内，在成形工艺期间就已经将其称为弹簧片。因此应澄清的是，在下侧中制入孔以及在孔的区域中对下侧进行喷射是用于构成关于弹簧片的特征的方法步骤，该弹簧片在结束所有处理步骤之后作为完成的最终产品存在。
在本发明的范围内可行的是，对片弹簧的整个下侧或至少下侧的一大部分进行喷射。然而因为这引起一定的工艺成本和对喷射设备的能力的不利影响，在一种特别优选的实施形式中规定，在围绕孔的区域中对下侧进行局部喷射。也就是说，仅在孔周围的区域中对下侧进行喷射，而在不设有孔的区域中不进行喷射。在本发明的一种进一步优选的实施形式中可规定，在围绕孔的区域中对下侧进行喷丸。
例如可以使用具有0.4至1.2mm粒径的喷射物。特别经济的是，将已经使用过的喷射物，例如用于喷射弹簧片的上侧的喷射物再次使用。
在本发明的范围内，可通过喷射喷嘴施加喷射物，其中，所述喷射喷嘴与孔的区域彼此对准。为此规定，喷嘴朝向弹簧片和/或弹簧片朝向喷嘴运动。
例如可以，在自动喷射设备中的机械手将弹簧片翻转并将其以在下侧中的相应的孔朝向喷射喷嘴保持几秒钟。在手动喷射设备的情况下，在对上侧喷射之后可将弹簧片放置在输送带上。输送带使弹簧片运动经过喷射喷嘴。
在本发明的范围内优选的是，对围绕孔的区域进行喷射，从而从孔到下侧的已喷射的和未喷射的表面之间的过渡部的距离处于约5cm或4cm或3cm或2cm或1cm的范围内。
当然，在喷射时在已喷射的和未喷射的区域之间不产生光滑的边界。相反，未喷射的区域和已喷射的区域之间的过渡逐渐地在一定的散布区域中完成。
在本发明的范围内，可制入贯通孔或盲孔作为孔。可设有多个孔，其中，可设想贯通孔或盲孔的任意组合。
当在弹簧片的下侧上设有盲孔时，清楚的是，该盲孔从弹簧片的下侧出发被制入。在本发明的范围内，贯通孔可以从下侧出发或从弹簧片的上侧出发被制入弹簧片中。适宜的是，在此孔制入弹簧片的下侧中。在本发明的一种特别优选的实施形式中可规定，在中间区域中构成带有贯通的中间孔的夹紧区域，并且对围绕中间孔的区域进行喷射。
在本发明的范围内规定，弹簧片由扁棒钢、尤其是弹簧钢制成。
本发明的一种特别优选的实施方案可如下构成：
将弹簧片热成形，尤其是轧制，并且之后进行调质处理，其方式为，对弹簧片的上侧进行喷射，尤其是在弹簧片预紧的情况下进行喷射，在弹簧片的上侧被喷射之后，尤其是在弹簧片的上侧在预紧的情况下被喷射之后，在孔周围的区域中对弹簧片的下侧进行喷射。弹簧片的下侧在孔周围的区域中的喷射可以紧接着弹簧片上侧的喷射发生，或者在上侧的喷射和下侧的喷射之间仍可以发生其他工艺。
附图说明
图中：
图1示出弹簧片下侧的在孔的区域中的区域，和
图2示出带有按照本发明的方法流程的一种实施形式的方框图。
具体实施方式
在图1中示出用于片弹簧的弹簧片2的下侧1的区域，其中制入有孔3。所述片弹簧例如可以是抛物线弹簧或悬挂弹簧。孔3可以是贯通孔或盲孔。孔3可以是在夹紧区域中设置的中间孔或设置在弹簧片2的其他区域中，例如设置在端部区域中。弹簧片2的下侧1在片弹簧的使用状态中受压应力。
弹簧片2优选由扁棒钢、尤其是由弹簧钢制成。弹簧片2的下侧1在孔3周围的区域中局部喷射，尤其是喷丸。从孔3到下侧1的喷射的与未喷射的表面之间的过渡部4的距离在几厘米的范围内。在喷射时，围绕孔产生第一区域5，该第一区域被均匀地喷射，以及产生与第一区域邻接的第二区域6，在第二区域中，未喷射的区域和已喷射的区域的过渡逐渐地在一定的散布区域中完成。
喷射可以通过喷射喷嘴7完成，所述喷射喷嘴将喷射物8施加到下侧1上，其中，所述喷射喷嘴7与孔3的区域彼此对准。
在图2中以方框图示出用于制造按照本发明的弹簧片2的示例性的方法流程，其中，各个设有附图标记的方框可包括一个或多个方法步骤。
在方框9中例如可以将异形棒材切割成期望的长度并且加热。
在方框10中可以执行热处理和热成形工艺。尤其是，可以将加热的异形棒材轧制并且必要时进一步切割，其中，在要制造的弹簧片2的下侧1中制入至少一个孔3。在方框10中可以尤其是在夹紧区域中制入中间孔。备选或附加于此，可以加工弹簧片2的至少一个纵向端部，其方式为，将至少一个端部区段成形为用于将弹簧片与车架连接或与车轮悬挂装置的连接部件连接的器件，尤其是卷成弹簧卷耳。同样可设想如下实施形式，其中，将至少一个端部区段成形为紧固器件，例如安全卷曲部(Sicherheitsumrollung)。
在方框11中可以进行其他机械加工。可进行用于弹簧片2的弯曲、调质、硬化和回火的工艺。同样，可对弹簧片2的上侧喷射，尤其是在弹簧片2预紧的情况下喷射。
方框9至11包括由现有技术已知的方法步骤。
在方框12中进行按照本发明提出的方法步骤，其中，对下侧1在区域孔3的区域中喷射，尤其是局部喷射，优选喷丸。
在方框12之后可以进行其他工艺，直至完成片弹簧，其中，片弹簧可具有一个弹簧片2或两个或更多个弹簧片2。
如果卷出了弹簧卷耳，则例如可以压入卷耳支承件。例如可以对弹簧片2涂漆。片弹簧可以被放置、测试和保证。
关于方框12说明的对弹簧片2的下侧的喷射可以直接在对弹簧片2的上侧应力喷射之后进行可以在对上侧的喷射和对下侧的喷射之间下侧还进行其他工艺，例如放置。

Claims (23)

1.用于制造用于片弹簧的弹簧片(2)的方法，其中，所述弹簧片(2)具有两个端部区域、中间区域、在使用状态中受拉应力的上侧、在使用状态中受压应力的下侧(1)，其中，对所述弹簧片(2)进行热成形，其中，在弹簧片(2)的下侧(1)中制入至少一个孔(3)并且对弹簧片(2)的上侧进行喷射，其特征在于，在弹簧片(2)预紧的情况下对弹簧片(2)的上侧进行喷射，这引起在下侧(1)上的拉应力，并且在对弹簧片(2)的上侧进行喷射之后，在围绕孔(3)的区域中对弹簧片(2)的下侧(1)进行局部喷射，这引起与拉应力叠加的压应力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述片弹簧是抛物线弹簧或悬挂弹簧。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述弹簧片(2)进行轧制。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，仅在围绕相应的孔(3)的区域中对下侧(1)进行喷射，而在不设有孔(3)的区域中不进行喷射。
5.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在围绕孔(3)的区域中对下侧(1)进行喷丸。
6.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过喷射喷嘴(7)施加喷射物(8)，其中，所述喷射喷嘴(7)和孔(3)的区域彼此对准。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使所述喷射喷嘴(7)朝向弹簧片(2)运动和/或使弹簧片(2)朝向喷射喷嘴(7)运动。
8.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，对围绕孔(3)的区域进行喷射，从而从孔(3)到下侧(1)的已喷射的和未喷射的表面之间的过渡部(4)的距离处于5cm或4cm或3cm或2cm或1cm的范围内。
9.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，制入贯通孔或盲孔作为孔(3)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在中间区域中构成带有贯通的中间孔的夹紧区域，并且对围绕中间孔的区域进行喷射。
11.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，由扁棒钢制造所述弹簧片(2)。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，由弹簧钢制造所述弹簧片(2)。
13.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在对所述弹簧片(2)进行轧制之后并且在对所述弹簧片(2)的下侧(1)进行喷射之前，对所述弹簧片(2)进行调质。
14.用于片弹簧的弹簧片，其中，所述弹簧片(2)具有两个端部区域、中间区域、在使用状态中受拉应力的上侧、在使用状态中受压应力的下侧(1)，并且下侧(1)具有至少一个孔(3)，并且所述弹簧片(2)是经热成形的，并且所述弹簧片(2)的上侧被喷射，其特征在于，弹簧片(2)的上侧在弹簧片(2)预紧的情况下被喷射，这引起在下侧(1)上的拉应力，并且所述下侧(1)在围绕孔(3)的区域中被局部喷射，这引起与拉应力叠加的压应力。
15.如权利要求14所述的弹簧片，其特征在于，所述片弹簧是抛物线弹簧或悬挂弹簧。
16.如权利要求14或15所述的弹簧片，其特征在于，所述弹簧片(2)是经轧制的。
17.如权利要求14所述的弹簧片，其特征在于，所述下侧(1)仅在围绕相应的孔(3)的区域中被喷射，而在不设有孔(3)的区域中不被喷射。
18.如权利要求14或17所述的弹簧片，其特征在于，所述下侧(1)在围绕孔(3)的区域中被喷丸。
19.如权利要求14或17所述的弹簧片，其特征在于，从孔(3)到下侧(1)的已喷射的和未喷射的表面之间的过渡部(4)的距离处于5cm或4cm或3cm或2cm或1cm的范围内。
20.如权利要求14或17所述的弹簧片，其特征在于，所述孔(3)为贯通孔或盲孔。
21.如权利要求20所述的弹簧片，其特征在于，在中间区域中构成有带有贯通的中间孔的夹紧区域，并且围绕中间孔的区域被喷射。
22.如权利要求14或15所述的弹簧片，其特征在于，所述弹簧片由扁棒钢制成。
23.如权利要求22所述的弹簧片，其特征在于，所述弹簧片由弹簧钢制成。
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