CN110976722A - 螺旋弹簧的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺旋弹簧的制造方法，该螺旋弹簧(1)具有硬度较高的部位和硬度低于所述部位的软化部位(N1、N2)，该制造方法包括：加热成形前的线材的工序；将加热后的线材成形为螺旋状的工序；对成形为螺旋状的线材进行淬火和回火的工序；和将一对电极(A1、B1)贴在被淬火回火的线材中作为软化部位(N1)的部位的两面来进行通电加热的工序。根据本发明，能够提供一种耐用性提高的、可靠性较高的螺旋弹簧的制造方法。

Description

螺旋弹簧的制造方法
本申请是申请号为201680019834.4的发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为2016年3月16日，原申请的发明名称为“螺旋弹簧”。
技术领域
本发明涉及一种螺旋弹簧的制造方法。
背景技术
现有技术中，作为用于车辆等的螺旋弹簧的压缩弹簧从提高轻量化、耐用性的观点来看需要提高硬度。因此，一般来说都要提高该压缩弹簧的硬度。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本发明专利公开公报特开2010-255759号
发明内容
【发明所要解决的问题】
但是，如果不断地提高压缩弹簧的硬度的话，伴随于此，产生腐蚀断裂的可能性提高。
作为用于车辆的压缩弹簧的断裂原因，认为有弹簧座与压缩弹簧的接触、压缩弹簧的簧丝彼此接触、或者由外在因素(崩伤(chipping)等)引起的涂装的磨损及剥落。据此，压缩弹簧的基材露出，产生由腐蚀或者损伤引起的断裂。
腐蚀断裂被推测是经如下这样的过程而发生的。
压缩弹簧的一部分因与自身或对象部件接触或者摩擦而出现局部涂装剥落。而后，涂装剥落的部位生锈，从而在生锈的部位产生腐蚀孔。之后，由于应力集中于腐蚀孔，而从该部位发生断裂。
如上所示，现状是，根据基于环境和成本方面的轻量化要求，而提高螺旋弹簧的硬度，但另一方面，缺口敏感性变高，而提高了螺旋弹簧腐蚀断裂的可能性。
本发明是鉴于上述情况而创作出的，其目的在于提供一种耐用性提高的、可靠性较高的螺旋弹簧的制造方法。
【用于解决技术问题的手段】
为了解决上述问题，本发明的技术方案1为：一种螺旋弹簧的制造方法，该螺旋弹簧具有硬度较高的部位和硬度低于前述部位的软化部位，该制造方法包括：加热成形前的线材的工序；将加热后的所述线材成形为螺旋状的工序；对成形为螺旋状的所述线材进行淬火和回火的工序；和将一对电极贴在被淬火回火的所述线材中作为所述软化部位的部位的两面来进行通电加热的工序。
本发明的技术方案2为：一种螺旋弹簧的制造方法，该螺旋弹簧具有硬度较高的部位和硬度低于前述部位的软化部位，该制造方法包括：加热成形前的线材的工序；将加热后的所述线材成形为螺旋状的工序；对成形为螺旋状的所述线材的除所述软化部位外的部分进行淬火的工序；和将除所述软化部位外的部分被淬火后的所述线材的除所述软化部位外的部分进行回火的工序。
本发明的技术方案3为：一种螺旋弹簧的制造方法，该螺旋弹簧具有硬度较高的部位和硬度低于前述部位的软化部位，该制造方法包括：将成形前的线材成形为螺旋状的工序；对成形为所述螺旋状的所述线材进行歪斜校正的工序；和将一对电极贴在被歪斜校正的所述线材中作为所述软化部位的部位的两面来进行通电加热的工序。
【发明效果】
根据本发明，能够实现耐用性提高且可靠性较高的螺旋弹簧的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的实施方式1的压缩弹簧的使用状态的主视图。
图2是表示本发明所涉及的实施方式2的压缩弹簧的第一使用状态的主视图。
图3是表示实施方式2的压缩弹簧的第二使用状态的主视图。
图4是表示弹簧常数变化的压缩弹簧的挠曲和载荷的关系的图表。
图5的(a)是表示对软化部位N1高频感应加热的例子的图，图5的(b)是表示对软化部位N2高频感应加热的例子的图。
图6的(a)是表示对软化部位N1通电加热的例子的图，图6的(b)是表示对软化部位N2通电加热的例子的图。
图7是表示热成形的第一方法的过程的图。
图8是表示热成形的第二方法的过程的图。
图9是表示冷成形的过程的图。
【附图标记说明】
1、21：压缩弹簧(螺旋弹簧)；1a：下支承圈部(硬度较低的部位)；1b、21b：上支承圈部(硬度较低的部位)；21c2：第二有效部(硬度较低的部位)；A1、B1：一对电极；A2、B2：一对电极；N1：软化部位；N2：软化部位。
具体实施方式
下面，参照适当的附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
<<实施方式1>>
图1是表示本发明所涉及的实施方式1的压缩弹簧的使用状态的主视图。
实施方式1的压缩弹簧1具有下支承圈部1a、上支承圈部1b以及下支承圈部1a和上支承圈部1b之间的有效部1c。
下支承圈部1a是压缩弹簧1在一方侧被安装的部位，且不发挥弹簧作用。
上支承圈部1b是压缩弹簧1在另一方侧被安装的部位，且不发挥弹簧作用。
有效部1c是发挥压缩弹簧1的弹簧作用的部位，且是决定弹簧常数的部位。
压缩弹簧1例如使用弹簧钢来使有效部1c成形为螺旋状。弹簧钢例如使用JIS G4801：2005所规定的SUP3、SUP6、SUP7、SUP9、SUP9A、SUP10、SUP11A、SUP12、SUP13等。
压缩弹簧1嵌合着安装于下弹簧座2和上弹簧座3。
下弹簧座2由橡胶、树脂、金属等成形。下弹簧座2被设定为卡止压缩弹簧1的下支承圈部1a的端缘1a1，并且收装下支承圈部1a的一部分或者全部的结构。
同样，上弹簧座3由橡胶、树脂、金属等成形。上弹簧座3被设定为卡止压缩弹簧1的上支承圈部1b的端缘1b1，并且收装上支承圈部1b的一部分或者全部的结构。
压缩弹簧1用于承受被下弹簧座2和上弹簧座3压缩的方向上的载荷(图1的空心箭头α1、α2)。
压缩弹簧1承受被压缩的方向上的载荷而压缩变形，并将与变形量相对应的伸长力(弹力)施加给上弹簧座3和下弹簧座2。
在这种情况下，压缩弹簧1的下支承圈部1a和上支承圈部1b分别通过与压缩弹簧1的压缩变形量相对应的载荷而被按压于下弹簧座2和上弹簧座3。
因此，下支承圈部1a和上支承圈部1b在压缩弹簧1变形运动时摩擦下弹簧座2和上弹簧座3。由于下支承圈部1a和上支承圈部1b具有同样的现象，因此，下面，以下支承圈部1a为例进行说明。
如上所述，下支承圈部1a摩擦下弹簧座而使涂装容易剥落。在下支承圈部1a的与下弹簧座2的接触部位涂装剥落的情况下，剥落的部位生锈而产生腐蚀，从而生成腐蚀孔。在腐蚀孔发生应力集中，在下支承圈部1a的硬度较高的情况下，缺口敏感性也较高。因此，由于应力集中于腐蚀孔，而随着龟裂的发展，有导致断裂的可能性。上支承圈部1b也与下支承圈部1a相同。
于是，在本实施方式1(本发明)中，通过使下支承圈部1a的硬度和上支承圈部1b的硬度低于压缩弹簧1的其他部分的硬度来降低缺口敏感性，抑制腐蚀孔处的龟裂的发展。
即，在实施方式1的压缩弹簧1中，降低了与下弹簧座2和上弹簧座3接触的部位(上支承圈部1b和下支承圈部1a)的硬度，从而降低了缺口敏感性。
以下支承圈部1a为0.6～0.7圈为例来进行说明。使下支承圈部1a的与下弹簧座2接触的部位至少是软化，来降低缺口敏感性。
以上支承圈部1b为0.6～0.7圈为例来进行说明。使上支承圈部1b的与上弹簧座3接触的部位至少软化，来降低缺口敏感性。
将压缩弹簧1的下支承圈部1a和上支承圈部1b设定为软化部位N1。
据此，能够抑制在压缩弹簧1的下支承圈部1a和上支承圈部1b发生断裂，实现压缩弹簧1的长寿命化，提高可靠性。
<<实施方式2>>
图2是表示本发明所涉及的实施方式2的压缩弹簧的第一使用状态的主视图。
实施方式2的压缩弹簧21是在使用中弹簧常数发生变化的压缩弹簧。
一般，压缩弹簧在弹簧常数较大的情况下，相对于载荷的变形量较小。因此，压缩弹簧具有在载荷较小的情况和载荷较大的情况下要使变形量发生变化的事例。
例如，在卡车上没有货物的情况下，以图2所示的状态使用压缩弹簧21，在将较重的货物装在卡车上的情况下，以图3所示的状态使用压缩弹簧21。图3是表示实施方式2的压缩弹簧的第二使用状态的主视图。
压缩弹簧21具有上支承圈部21b、下支承圈部21a、以及下支承圈部21a和上支承圈部21b之间的第一有效部21c1和第二有效部21c2。
上支承圈部21b是压缩弹簧21在一方侧被安装的部位，且不发挥弹簧作用。
下支承圈部21a是压缩弹簧21在另一方侧被安装的部位，且不发挥弹簧作用。
第一有效部21c1是弹簧常数k1大于第二有效部21c2的弹簧常数k2的压缩弹簧部。第一有效部21c1的弹簧节距比第二有效部21c2形成得大。
第二有效部21c2是弹簧常数k2小于第一有效部21c1的弹簧常数k1的压缩弹簧部。第二有效部21c2的弹簧节距比第一有效部21c1形成得小。
压缩弹簧21例如使用与实施方式1相同的弹簧钢，来使第一有效部21c1和第二有效部21c2成形为螺旋状。弹簧钢使用与压缩弹簧1相同的弹簧钢。
压缩弹簧21嵌合着安装于下弹簧座22和上弹簧座23。
下弹簧座22由橡胶、树脂、金属等成形。下弹簧座22被设定为卡止压缩弹簧21的下支承圈部21a的端缘21a1，并且收装下支承圈部21a的一部分或者全部的结构。
同样，上弹簧座23由橡胶、树脂、金属等成形。上弹簧座23被设定为卡止压缩弹簧21的上支承圈部21b的端缘21b1，并且收装上支承圈部21b的一部分或者全部的结构。
接着，对压缩弹簧21的弹簧特性进行说明。
图4是表示弹簧常数变化的压缩弹簧的变形和载荷的关系的图表。
在图4的a0～a1之间，如图2所示，第一有效部21c1和第二有效部21c2压缩变形。
当以载荷为F，以压缩弹簧21的总收缩量为L，以第一有效部21c1的收缩量为L1，以第二有效部21c2的收缩量为L2时，
L＝L1+L2。
根据胡克定律，F＝k×L，
在图4的情况下，由于具有第一有效部21c1和第二有效部21c2，因此，F＝k1×L1，F＝k2×L2，对L＝L1+L2＝(F/k1)+(F/k2)＝F×((k1+k2)/(k1k2))进行变形，而表示为F＝(k1×k2/(k1+k2))×L。
据此，a0～a1之间的弹簧常数K为K＝k1×k2/(k1+k2)
在图4的a1～a2之间，如图3所示，第二有效部21c2变为紧贴状态而不发挥功能，仅第一有效部21c1发挥功能。
当以载荷为F，压缩弹簧21的总收缩量为L时，F＝k1×L，图4的a1～a2之间的弹簧常数K为K＝k1。
其中，在图4的a1～a2之间，第二有效部21c2的线材彼此接触。
因此，在压缩弹簧21压缩变形时，第二有效部21c2的线材彼此摩擦而使涂装容易剥落。在第二有效部21c2的线材的涂装剥落的情况下，如上所述，剥落的部位生锈而产生腐蚀，从而生成腐蚀孔，发生应力集中。此时，当第二有效部21c2的硬度较高时，缺口敏感性较高。因此，由于应力集中于第二有效部21c2的腐蚀孔，而随着龟裂的发展，有使第二有效部21c2断裂的可能性。
于是，在实施方式2(本发明)中，除了下支承圈部21a和上支承圈部21b以外，还使第二有效部21c2的硬度低于压缩弹簧21的其他部分的硬度来降低缺口敏感性，抑制腐蚀孔处的龟裂的发展。因此，在实施方式2中，降低了压缩弹簧21的线材会彼此接触的部位的硬度，从而降低了缺口敏感性。
即，在实施方式2的压缩弹簧21中，降低了与下弹簧座22和上弹簧座23接触的部位(下支承圈部21a和上支承圈部21b)及压缩弹簧21的线材会彼此接触的部位(第二有效部21c2)的硬度，从而降低了缺口敏感性。
据此，能够抑制在压缩弹簧21的下支承圈部21a、上支承圈部21b和第二有效部21c2发生断裂，实现压缩弹簧21的长寿命化，提高可靠性。
在压缩弹簧21中，为了便于说明，以要软化的下支承圈部21a、上支承圈部21b和第二有效部21c2中的上支承圈部21b和第二有效部21c2为软化部位N2。
<实施方式1、2的软化部位N1、N2的软化处理>
接着，对实施方式1、2的软化部位N1、N2的软化处理的概要进行说明。
无论是对压缩弹簧1、21的簧丝(线材)进行了冷成形还是热成形，均如以下所示那样进行软化部位N1、N2的软化处理。由于软化部位N1、N2的软化处理相同，因此，取软化部位N1来进行以下说明。
对卷绕成螺旋状的压缩弹簧1进行淬火、回火。之后，仅对软化部位N1再进行回火。
如图5的(a)所示，软化部位N1的软化回火为将软化部位N1插入到高频加热装置9来进行加热。同样，如图5的(b)所示，将软化部位N2插入到高频加热装置9来进行加热。图5的(a)表示对软化部位N1进行高频感应加热的例子，图5的(b)表示对软化部位N2进行高频感应加热的例子。
或者，如图6的(a)所示，将一对电极A1、B1贴在软化部位N1的两面来进行通电加热。同样，如图6的(b)所示，软化部位N2的软化回火为将一对电极A2、B2贴在软化部位N2的两面来进行通电加热。图6的(a)表示对软化部位N1进行通电加热的例子，图6的(b)表示对软化部位N2进行通电加热的例子。
另外，压缩弹簧21的软化部位的下支承圈部21a通过与图5的(a)、图6的(a)相同的方法而被加热。
上述的通电加热方式和高频感应加热方式的加热设备的结构简单且具有优异的通用性，能够抑制设备成本。
再者，对包含压缩弹簧1、压缩弹簧21的成形在内的、软化部位N1、N2的软化处理具体地进行说明。如上所述，软化部位N1、N2的软化处理通过相同的方法来进行，因此，以软化部位N1为例来进行说明。
首先，对使用冷成形的簧丝(线材)进行热成形的情况进行说明。
<热成形的第一方法>
热成形的第一方法如下述这样进行。
图7是表示热成形的第一方法的过程的图。
首先，将笔直的弹簧钢的线材在加热机中以9分钟左右、950℃左右加热(图7的步骤S11)。
接着，用卷取机将加热后的线材成形为螺旋状(步骤S12)。
接着，将成形为螺旋状的线材放入油中急冷到大致50℃，进行淬火(步骤S13)。之后，洗掉附着于线材的油，以450℃左右对淬火后的螺旋状的线材进行加热后，在水中对其缓慢地进行冷却、回火(步骤S14)。
接着，仅将软化部位N1的温度提升到比步骤S14的回火的温度高的温度，如图5的(a)、图6的(a)所示那样来进行局部的回火(步骤S15)。
之后，通过喷丸硬化、粉末涂装、炉加热等，以200℃左右来进行涂料烘烤。
据此，得到软化部位N1(下支承圈部1a、上支承圈部1b)的硬度低于其他部分的硬度的、缺口敏感性降低了的压缩弹簧1。
<热成形的第二方法>
热成形的第二方法如下述这样进行。
图8是表示热成形的第二方法的过程的图。
将笔直的弹簧钢的线材的除软化部位N1外的部分以9分钟左右、950℃左右加热(图8的步骤S21)。
接着，用卷取机将上述线材成形为螺旋状(步骤S22)。
接着，将成形为螺旋状的线材放入油中急冷到大致50℃，对除软化部位N1外的部分进行淬火(步骤S23)。之后，洗掉附着于线材的油，以450℃左右对除软化部位N1外的部分被淬火后的螺旋状的线材进行加热后，在水中对其缓慢地进行冷却、回火(步骤S24)。
之后，进行喷丸硬化、粉末涂装、涂料烘烤。
以上的方法不对软化部位N1进行淬火、回火，便能够得到软化部位N1的硬度低于其他部分的硬度的、缺口敏感性降低了的压缩弹簧1。
另外，在上述的热成形的第二方法中，对不对软化部位N1进行淬火、回火的情况进行了说明，但是，也可以设定为稍微对软化部位N1进行淬火而制作出硬度最高的部分(软化部位N1以外的部分)和硬度稍低的部分(软化部位N1)的结构。
<冷成形的方法>
接着，对使用已热成形的簧丝(线材)进行冷成形的情况进行说明。
图9是表示冷成形的过程的图。
首先，用卷取机将笔直的弹簧钢的线材成形为螺旋状(卷取加工)(步骤S31)。
接着，对线圈状的线材进行歪斜校正(步骤S32)。
其次，仅将软化部位N1的温度提升到比步骤S32的退火的温度高的温度，如图5的(a)、图6的(a)所示那样来进行局部的回火(步骤S33)。
据此，得到软化部位N1的硬度低于其他部分的硬度的、缺口敏感性降低了的压缩弹簧1。
压缩弹簧21的软化部位N2和作为软化部位的下支承圈部21a通过与上述相同的方法来进行软化。
<<实施方式3>>
实施方式3的压缩弹簧是为了能够确定断裂部位而应用了由实施方式1、2所说明的技术的压缩弹簧。
具体而言，将压缩弹簧设定为通过使除会断裂的部分外的部分局部软化来确定断裂部位。
例如，进行局部软化的处理，以将断裂部位定在车辆等中容易发现的位置。或者设定为，为了能够使压缩弹簧的断裂部位由其他部件来承受而通过局部软化来制作发生断裂的部位、该断裂的部位由其他部件来承受的结构(承受(catcher)结构)。
据此，能够尽早地发现断裂部位，从而能够尽早地进行维护及采取不会发生无法行驶的情况的安全措施。
根据以上的结构，能够得到以下的效果。
1.在压缩弹簧中，能够使与其他部件接触的部位或自身的线材会彼此接触的部位的硬度低于其他部位的硬度而降低缺口敏感性。因此，能够抑制或者避免腐蚀断裂。据此，能够得到能够抑制腐蚀断裂且耐用性较高的压缩弹簧。
2.通过对耐腐蚀性较低的材料(例如，SUP7等)进行局部软化，而能够在发生盐害的地区(盐害地区)使用压缩弹簧。
3.通过采用上述的结构，能够提高压缩弹簧在盐害地区的耐腐蚀性。
4.通过提高簧丝会彼此接触的压缩弹簧的硬度，能够实现压缩弹簧的轻量化。
5.通过使压缩弹簧局部软化，能够确定断裂部位。
6.通过如上述那样来确定压缩弹簧的断裂部位，能够将不妨碍正常使用的部位设定为预断裂部位，从而能够抑制对压缩弹簧的使用的影响。
<<其他实施方式>>
1.在上述实施方式中，作为螺旋弹簧的一例，而例示说明了压缩弹簧1、21，但是，也可以将本发明适用于拉伸弹簧。
2.在上述实施方式1～3中，对各种结构进行了说明，但是，也可以适当地选择各结构来进行组合而构成。
3.上述实施方式1～3是说明了本发明的一例的实施方式，本发明可以在权利要求书内或者由实施方式所说明的范围内采用各种各样的具体的变形方式。

Claims (3)

1.一种螺旋弹簧的制造方法，该螺旋弹簧具有硬度较高的部位和硬度低于前述部位的软化部位，该制造方法的特征在于，
包括：
加热成形前的线材的工序；
将加热后的所述线材成形为螺旋状的工序；
对成形为螺旋状的所述线材进行淬火和回火的工序；和
将一对电极贴在被淬火回火的所述线材中作为所述软化部位的部位的两面来进行通电加热的工序。
2.一种螺旋弹簧的制造方法，该螺旋弹簧具有硬度较高的部位和硬度低于前述部位的软化部位，该制造方法的特征在于，
包括：
加热成形前的线材的工序；
将加热后的所述线材成形为螺旋状的工序；
对成形为螺旋状的所述线材的除所述软化部位外的部分进行淬火的工序；和
将除所述软化部位外的部分被淬火后的所述线材的除所述软化部位外的部分进行回火的工序。
3.一种螺旋弹簧的制造方法，该螺旋弹簧具有硬度较高的部位和硬度低于前述部位的软化部位，该制造方法的特征在于，
包括：
将成形前的线材成形为螺旋状的工序；
对成形为所述螺旋状的所述线材进行歪斜校正的工序；
将一对电极贴在被歪斜校正的所述线材中作为所述软化部位的部位的两面来进行通电加热的工序。
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