CN113474574B - 用于打开和关闭汽车的车门或尾门的执行器的螺旋压缩弹簧 - Google Patents
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Abstract
一种螺旋压缩弹簧，该螺旋压缩弹簧的外径在15和50mm之间。螺旋压缩弹簧包括螺旋状卷绕的钢丝。钢丝的直径d(以mm计)在2mm和5mm之间。钢丝包括钢合金，钢合金包含0.8‑0.95wt％的碳、0.2‑0.9wt％的锰、0.1‑1.4wt％的硅、0.15‑0.4wt％的铬、可选的0.04‑0.2wt％的钒可选的0.0005‑0.008wt％的硼、可选的0.02‑0.06wt％的铝、不可避免的杂质以及其余的铁。钢合金的碳当量高于1。碳当量定义为：碳wt％+(锰wt％/6)+(硅wt％/5)+(铬wt％/5)+(钒wt％/5)。螺旋压缩弹簧中的钢丝的微观结构是拉伸层状珠光体。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于打开和关闭汽车的车门或尾门的执行器的螺旋压缩弹簧。本发明进一步涉及一种用于打开和关闭汽车的车门或尾门的执行器。
背景技术
SUV(运动型多功能车)越来越受欢迎。SUV有一个很大的，因此也很重的尾门。众所周知，使用执行器中的螺旋压缩钢弹簧来打开和关闭这种SUV的尾门。
越来越倾向于使用马达操作尾门开启和关闭执行器。US2018/0216391A1和US2017/0114580A1中公开了这种执行器。
在这种典型的执行器中，通过释放以压缩模式运行的螺旋钢丝弹簧的力来打开尾门。尾门通过马达的操作来关闭；由此马达压缩螺旋钢丝弹簧。用于这种应用的螺旋钢丝弹簧必须满足非常严格的要求。根据第一个要求，螺旋弹簧必须具有小直径，以便于使得尾门打开和关闭系统尽可能地紧凑。弹簧必须能够以一致的方式承受高压缩力。弹簧的松弛必须很低，因为弹簧的松弛会改变给定压缩下的弹簧力，这会对尾门打开和关闭执行器的操作产生负面影响。此外，弹簧必须具有足够的抗疲劳性，因为弹簧必须在其高负载下经受住尾门所需的打开和关闭循环次数。由于SUV尾门的尺寸，所使用的弹簧的长度较长。
已知的是使用具有马氏体微观结构的钢丝来生产用于汽车尾门打开和关闭执行器的螺旋弹簧。具有马氏体微观结构的钢丝通常通过硬化和回火热处理操作来制造。
DE202004015535U1中描述了一种汽车的尾门打开和关闭系统。该系统包括螺旋钢丝弹簧。该弹簧由直径至少为1mm的钢丝制成。制成钢丝的钢合金包括按重量计0.5-0.9wt％的碳、按重量计1-2.5wt％的硅、0.3-1.5wt％的锰、按重量计0.5-1.5wt％的铬、铁和杂质。可选地，钢合金包含按重量计的0.05-0.3wt％的钒和/或按重量计0.5-0.3wt％的铌和/或钽。钢丝是通过铅淬火操作，而后拉丝制成的。然后对钢丝进行硬化和回火以获得马氏体微观结构、高于2300N/mm2的抗拉强度以及断裂时横截面积的40％以上的减少。将所获得的钢丝冷成型为螺旋弹簧，然后在200℃和400℃之间的温度下消除应力。可以对弹簧进行喷丸处理以增加其耐用性。
现有的螺旋弹簧由硬拉钢丝制成。欧洲标准EN10270-1:2011的标题为“机械弹簧用钢丝-第1部分：铅淬火冷拉非合金弹簧钢丝”。虽然标题指的是非合金弹簧钢丝，但该标准的第6.1.2节指出，微合金元素的添加可由制造商和买方商定。该标准以两种方式区分了弹簧钢丝。第一种方式是根据静态负荷(S)或动态负荷(D)。第二种方式是根据抗拉强度，低(L)、中(M)或高(H)。两种方式结合提供了5种等级的弹簧钢丝(SL、SM、DM、SH和DH)，其机械性能(其中抗拉强度Rm)和质量要求在标准EN10270-1：2011表3中作为钢丝直径的函数给出。例如，对于直径在3.8mm和4mm之间的钢丝，DH级(具有最高规定的抗拉强度的等级)的抗拉强度Rm需要在1740MPa和1930MPa之间。
发明内容
本发明的第一方面是螺旋压缩弹簧，优选地在用于打开和关闭汽车的车门或尾门的执行器中使用。螺旋压缩弹簧的外径在15mm到50mm之间。螺旋压缩弹簧包括螺旋状卷绕的钢丝。钢丝的直径d(以mm计)在2mm和5mm之间。钢丝包括钢合金，钢合金包含0.8-0.95wt％的碳；0.2-0.9wt％的锰；0.1-1.4wt％的硅；0.15-0.4wt％的铬；可选的0.04-0.2wt％的钒；可选的0.0005-0.008wt％的硼；可选的0.02-0.06wt％的铝；不可避免的杂质；以及其余的铁。钢合金的碳当量高于1。碳当量定义为:碳wt％+(锰wt％/6)+(硅wt％/5)+(铬wt％/5)+(钒wt％/5)。螺旋压缩弹簧中钢丝的微观结构是拉伸层状珠光体。
出人意料的是，本发明的螺旋压缩弹簧理想地适于在用于打开和关闭汽车门或尾门的执行器中使用。马氏体钢丝在现有技术中被描述为用于打开和关闭尾门的执行器的螺旋压缩弹簧。用于打开和关闭尾门的执行器的螺旋弹簧所需的钢丝直径必须在2mm到5mm之间，并且必须具有高强度和足够的延展性。具有这些直径的硬化和回火钢丝(具有马氏体微观结构)具有最高的强度。由这种硬化和回火钢丝所制成并经过标准后处理(例如应力消除和喷丸)的螺旋状卷绕的弹簧能提供优异的疲劳寿命和弹簧力的低松弛的结合。由于对用于打开和关闭尾门的执行器中弹簧的高要求(高压缩力、允许的低松弛和疲劳寿命的要求)与马氏体钢丝的已知性能完美匹配，本领域技术人员在技术上偏向于使用马氏体钢丝而不使用硬拉伸丝(硬拉伸丝具有拉伸珠光体微观结构)来生产用于打开和关闭尾门的执行器的螺旋压缩弹簧。本发明中所选择的钢合金出人意料地提供了具有拉伸珠光体微观结构的钢丝，其具有获得满足用于打开和关闭车门或尾门的执行器的苛刻要求的螺旋压缩弹簧所需的钢丝性能(强度、屈服强度、延展性)的组合。
优选地，钢合金的碳含量小于0.93wt％，更优选地小于0.9wt％。
优选地，钢合金包含少于0.35wt％的铬，更优选地小于0.3wt％的铬。
当钢合金包含钒时，优选地，钢合金包含少于0.15wt％的钒.
优选地，钢合金包含0.02-0.06wt％的铝。这种实施例的好处是，由于用于制造螺旋压缩弹簧的钢丝具有更高的延展性，因此可以获得更好的螺旋压缩弹簧。
优选地，螺旋压缩弹簧的外径小于40mm。
优选地，螺旋压缩弹簧在无负载状态下的长度大于40cm。更优选地大于60cm。
优选地，弹簧在无负载状态下的长度小于1000mm。
优选地，螺旋压缩弹簧的弹簧指数在3到8之间。弹簧指数是弹簧直径(其中用来计算弹簧指数的弹簧直径是无负载状态下弹簧外径和内径之间的平均值)与弹簧钢丝直径的比值。
优选地，钢合金具有高于1.05的碳当量；更优选地，高于1.1。
优选地，钢合金的碳当量低于1.4，更优选地，低于1.3。
优选地，钢丝的直径在2mm至4mm之间，更优选地在2.5mm至3.8mm之间.
优选地，螺旋压缩弹簧的螺旋角在5°至10°之间。这种螺旋压缩弹簧可以有益地用于具有行李舱关闭系统的汽车的尾门打开和关闭执行器。
优选地，用于螺旋地卷绕螺旋压缩弹簧的钢丝的抗拉强度Rm(MPa)高于由公式2680-390.71*ln(d)计算出的值。更优选地，钢丝的抗拉强度Rm(单位为MPa)高于由公式2720-390.71*ln(d)计算出的值；更优选地，高于由公式2770-390.71*ln(d)计算出的值；甚至更优选地，高于由公式2800-390.71*ln(d)计算出的值。函数“ln(d)”指的是钢丝直径d(单位：mm)的自然对数。测量钢丝机械性能的拉伸试验是根据ISO6892-1：2009的“金属材料-拉伸试验-第1部分：室温试验方法”进行的。
优选地，在用于生产螺旋压缩弹簧的钢丝的拉伸试验中，断裂时面积Z的减少百分比大于40％。面积Z的减少百分比用：Z＝100*(So-Su)/So来计算，So为钢丝的原始横截面，而Su为钢丝在拉伸试验中断裂后的最小横截面。
优选地，钢合金包含0.3至0.6wt％的锰；或者钢合金包含0.6-0.9wt％的锰。
优选地，钢丝在弹簧中包含按体积计至少95％、更优选至少97％的拉伸层状珠光体。
在一个优选的实施例中，钢丝微观结构中贝氏体的体积百分比在0.2％和2％之间，更优选地低于0.5％。特别地，这一实施例出乎意料地显示出对于本发明的有益效果。当微观结构中包含这种含量的贝氏体时，表明层状珠光体非常细，其有利于实现最佳的弹簧结构和优异的机械弹簧性能，而贝氏体不会产生负面影响。有限含量的贝氏体对于钢丝的延展性很重要。可以通过钢丝生产过程中适当的铅淬火操作来获取低含量的贝氏体。丝的微观结构中贝氏体的体积百分比可通过光学显微镜或者使用适当蚀刻剂的扫描电子显微镜来确定。
可选地，可以在拉丝步骤之前在钢丝上涂覆磷酸盐涂层。而后，可以用表面包含有磷酸盐涂层的钢丝来进行将钢丝螺旋状卷绕成螺旋压缩弹簧的步骤。这样的实施例提供了更好的螺旋压缩弹簧，因为磷酸盐涂层有利于拉丝和弹簧卷绕操作。因此，在优选的实施例中，螺旋状卷绕的钢丝包含磷酸盐涂层。在更优选的实施例中，将热固性涂层或在粘合剂中包含有锌和/或铝薄片的涂层(优选使用无机粘合剂)涂覆到磷酸盐涂层上。在一个更优选的实施例中，螺旋状卷绕的钢丝设置有一层植绒。该植绒指的是一层短纺织纤维，例如聚酰胺纤维，其通过粘合剂粘合到螺旋压缩弹簧上。
在优选的实施例中，螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层。金属涂层包含并且优选地包括按质量计至少84％的锌；可选的铝，可选的0.2-1wt％的镁，以及可选的至多0.6wt％的硅。这样的实施例具有便于制造弹簧的优点。此外，不需要在螺旋压缩弹簧上涂覆额外的(或之后的)涂层来为弹簧提供耐腐蚀性能。此外，这种金属涂层避免了在螺旋状卷绕的压缩弹簧上添加植绒层的需要。这种植绒层具有避免在驾驶汽车时在用于打开和关闭汽车尾门或车门的执行器中产生噪音的功能。螺旋状卷绕的钢丝的金属涂层同样防止这种噪音的出现。优选地，金属涂层大于40g/m2，更优选地大于80g/m2。更优选地小于120g/m2。金属涂层的质量以单位钢丝表面积来表示。
已知的是，在已经卷绕的螺旋压缩弹簧上涂覆聚合物涂层，以为弹簧提供耐腐蚀性。这种方法是在由具有马氏体微观结构的钢丝所制成的现有技术螺旋压缩弹簧上进行的。这种涂层可以是例如热固性聚合物涂层(例如包含环氧主链或丙烯酸主链或组合的环氧/丙烯酸主链)或在粘合剂中包含锌片的涂层。本申请(根据本发明)在拉丝操作之前或之间，在钢丝上涂覆金属涂层，并用这种钢丝卷绕螺旋压缩弹簧，可以省去使用热固性聚合物涂层或在粘合剂中包含锌或铝薄片的涂层来涂覆弹簧的步骤。
在螺旋状卷绕的钢丝包含金属涂层的实施例中，优选地，金属涂层提供螺旋压缩弹簧的表面。
可选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层包括其它活性元素，每种元素单独的量小于1wt％。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层包含至少88wt％的锌，更优选地至少90wt％的锌。更优选地，金属涂层包含至少93wt％的锌。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层包含锌(并且优选地包括)锌，至少4wt％的铝，优选的少于14wt％的铝；优选的0.2-2wt％的镁(优选的少于0.8wt％的镁)；可选的最多0.6wt％的硅；可选的最多0.1wt％的稀土元素以及不可避免的杂质。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层包含(并且优选地包括)86％至92wt％的锌和14％至8wt％的铝；以及不可避免的杂质。优选地，这种金属涂层的质量在35和60g/m2之间。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层包含锌、3-8wt％的铝；可选地0.2-1wt％的镁；可选的最多0.1wt％的稀土元素；以及不可避免的杂质。优选地，这种金属涂层的质量在60和120g/m2之间。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层包含锌、3-8wt％的铝；0.2-2wt％(优选地少于0.8wt％)的镁；以及不可避免的杂质。特别地有益的是，这种金属涂层可以做得很薄，同时仍然具有良好的防腐蚀性能。较薄的涂层还能有利于螺旋压缩弹簧的卷绕。这种金属涂层可以例如小于60g/m2。优选地在25和60g/m2之间。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层的质量小于120g/m2，更优选地，金属涂层的质量相对于螺旋压缩弹簧表面在20至80g/m2之间，更优选地小于60g/m2，甚至更优选地相对于螺旋压缩弹簧表面小于40g/m2。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，金属涂层包括球状富铝相。当钢丝被拉伸能量加热时，这种球状富铝相在拉伸过程中产生；并且当在卷绕螺旋压缩弹簧之后对其进行应力消除热处理时甚至达到更大的程度。据信，球状富铝相提高金属涂层的耐腐蚀性；从而可以使用更薄的金属涂层。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，被涂覆的钢丝包括设置在钢丝与金属涂层之间的金属间涂层。金属间涂层包含FexAly相。更优选地，金属间涂层提供金属间涂层与金属涂层的总厚度的30％至65％。金属间层是有益的，因为其产生了金属涂层所需的粘附力，以允许钢丝卷绕成螺旋压缩弹簧而不会损坏金属涂层。当卷绕弹簧时，较薄的金属间涂层有剥落的危险；较厚的涂层有导致卷曲性不好的风险。包含FexAly相的金属间涂层通过使用双浸泡工艺来涂覆金属涂层而获得。第一次浸泡在锌浴中进行。FexZny层在钢表面形成。第二次浸泡在包含锌和铝的浴中进行。在第二浴中，形成于第一浴中的FexZny层转化为包含FexAly相的金属间涂层。
优选地，当螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层时，被涂覆的钢丝包括抑制层。抑制层设置在钢丝和金属涂层之间。抑制层由FexAly相提供。优选地，抑制层的厚度小于1μm。具有这种抑制层的被涂覆的钢丝可以通过使用单次浸泡工艺来涂覆金属涂层而获得。钢表面例如通过森吉米尔工艺而被活化，并且钢丝被浸入包含熔融的锌和铝的浴中。钢丝浸入浴中并冷却后进行擦拭。
在一个优选实施例中，螺旋状卷绕的钢丝包括金属涂层，该金属涂层包括锌和不可避免的杂质。更优选地，这种金属涂层的质量大于80g/m2，更优选地大于100g/m2。
在优选的实施例中，钢合金包含0.15-0.35wt％的硅，或者钢合金包含0.6-0.8wt％的硅，或者钢合金包含0.8-1.4wt％的硅。
在更优选的实施例中，其中螺旋状卷绕的钢丝包含金属涂层，钢合金包含0.6-1.4wt％的硅；更优选的0.8-1.4wt％的硅。特别地，这样的实施例是有益的，因为可以获得具有高强度的被涂覆的钢丝，这是由于当在拉丝过程的中间步骤中涂覆金属涂层时，高含量的硅防止钢丝在热浸过程中强度的损失。
在优选的螺旋压缩弹簧中，钢合金包含0.83-0.89wt％的碳，0.55-0.7wt％的锰，0.1-0.4wt％的硅，0.15-0.3wt％的铬，0.04-0.08wt％的钒，可选的0.02-0.06wt％的铝；以及不可避免的杂质和其余的铁。
在优选的螺旋压缩弹簧中，钢合金包含0.83-0.89wt％的碳，0.55-0.7wt％的锰，0.55-0.85wt％的硅，0.15-0.3wt％的铬，0.04-0.08wt％的钒，可选的0.02-0.06wt％的铝；以及不可避免的杂质和其余的铁。
在优选的螺旋压缩弹簧中，钢合金包含0.9-0.95wt％的碳，0.2-0.5wt％的锰，1.1-1.3wt％的硅，0.15-0.3wt％的铬；以及不可避免的杂质和其余的铁。
在一个优选实施例中，螺旋状卷绕的钢丝具有非圆形横截面，优选地为矩形或正方形横截面。对于螺旋状卷绕的钢丝的横截面是非圆形的实施例，该钢丝的直径是等效直径。等效直径是具有与非圆形横截面导线相同横截面积的圆形横截面导线的直径。
优选地，螺旋压缩弹簧中的钢丝具有超过75％的拉伸减径。拉制钢丝的盘条，或钢丝本身经过铅淬火操作以产生珠光体微观结构；随后是拉丝操作。拉伸减径(单位为％)定义为100*(A0-A1)/A0，其中A0等于盘条或钢丝在铅淬火操作之后且拉伸之前的横截面积；并且A1是用于制造弹簧的拉伸后钢丝的横截面面积。在拉伸变形过程中，珠光体颗粒将沿钢丝的纵向取向。珠光体颗粒的取向程度由钢丝的拉伸减径决定。拉伸减径可以通过评价螺旋压缩弹簧中钢丝的拉伸层状珠光体微观结构来评估，例如通过在纵向截面(即沿着螺旋压缩弹簧中钢丝的纵向)上使用光学显微镜的方式。
在对螺旋弹簧无负载状态下长度进行20000次63％-37％的压缩负载循环之后，与第一次循环中的63％的长度处的载荷相比，63％的长度处的载荷损失小于5％(优选地小于3％)。
本发明的第二方面是制造本发明第一方面的任何实施例中的螺旋压缩弹簧的方法。该方法包括以下步骤
-提供优选地直径在7至14mm之间的钢丝盘条；
-对钢丝盘条或从钢丝盘条中拉出的钢丝进行铅淬火操作，以获得珠光体微观结构；
-在拉伸减径超过75％的情况下，拉伸具有珠光体微观结构的经铅淬火的钢丝盘条或具有珠光体微观结构的经铅淬火的钢丝；从而获得具有拉伸珠光体微观结构的钢丝，其直径d(以毫米计)在2至5mm之间；
-将钢丝螺旋状卷绕成螺旋弹簧；
-可选地对螺旋弹簧进行热应力消除。
钢丝盘条包括钢合金，合金钢包含0.8-0.95wt％的碳(优选地小于0.93wt％的碳，更优选地小于0.9wt％的碳)；0.2-0.9wt％的锰；0.1-1.4wt％的硅；0.15-0.4wt％的铬(优选地小于0.35wt％的铬，更优选地小于0.3wt％的铬)；可选地0.04-0.2wt％的钒(优选地小于0.15wt％的钒)；可选地0.0005-0.008wt％的硼；可选地0.02-0.06wt％的铝；不可避免的杂质；以及其余的铁。钢合金的碳当量高于1。碳当量定义为：碳wt％+(锰wt％/6)+(硅wt％/5)+(铬wt％/5)+(钒wt％/5)。
在优选的方法中，拉伸操作产生直径d(单位为mm)为2-5mm的钢丝，其抗拉强度Rm(单位为MPa)高于由公式计算出的值：2680-390.71*ln(d)。更优选地，拉伸使得钢丝的抗拉强度Rm(单位为MPa)高于由公式2720-390.71*ln(d)计算出的值；更优选地高于由公式2770-390.71*ln(d)计算出的值；甚至更优选地高于由公式2800-390.71*ln(d)计算出的值。函数“ln(d)”指的是钢丝直径d(单位：mm)的自然对数。测量钢丝机械性能的拉伸试验是根据ISO6892-1：2009的“金属材料-拉伸试验-第1部分:室温试验方法”进行的。
获得珠光体微观结构的铅淬火步骤可以在盘条或从盘条中拉出的钢丝上进行。该铅淬火步骤可以作为盘条生产过程中的内嵌步骤进行，例如通过直接内嵌的铅淬火。该铅淬火步骤也可以通过已知的铅淬火技术，使用合适的熔融金属浴(如铅)或替代物如流化床、熔融盐和含水聚合物，在盘条或从盘条中拉出的钢丝上进行。在拉丝之前，可以进行酸洗和涂覆丝步骤。
可选地，可以在拉丝工艺之前在钢丝上涂覆磷酸盐涂层。而后，可以用在其表面包含磷酸盐涂层的钢丝来进行将钢丝螺旋状卷绕成螺旋弹簧的步骤。这样的实施例提供更好的螺旋压缩弹簧，因为磷酸盐涂层有助于拉丝和弹簧卷绕操作。
优选地，在铅淬火操作之后；并且在拉伸之前或在拉伸步骤之间，通过热浸法在钢丝上涂覆金属涂层。金属涂层包含至少84wt％的锌；以及可选的铝。
优选地，制造螺旋压缩弹簧的方法包括在卷绕螺旋压缩弹簧之后消除其热应力的步骤。更优选地，热应力消除热处理步骤在螺旋压缩弹簧形成后在低于450℃的温度下进行。更优选地，应力消除热处理步骤在低于300℃、更优选地低于250℃的温度下进行。
可选地，在应力消除之后，可以对螺旋压缩弹簧应用其他工艺步骤，例如热定形或多次冷定形。热定形指的是弹簧在压缩状态和高温下保持一段时间。冷定形指的是弹簧在室温下被压缩若干个周期。这种定形操作使得弹簧能够达到更严格的有限弹簧松弛要求。
本发明的第三方面是一种用于打开和关闭汽车的车门或尾门的执行器。执行器包括本发明第一方面的任何实施例中的螺旋压缩弹簧，以用于当螺旋压缩弹簧的压缩力被释放时打开汽车的车门或尾门；以及一个马达。该马达被设置为压缩螺旋压缩弹簧，以关闭汽车的车门或尾门。优选地，执行器包括两个连接器，一个用于将执行器连接至车门或尾门；并且另一个用于将执行器连接至车身。
在优选的执行器中，螺旋状卷绕的钢丝包括含有至少84wt％的锌的金属涂层。更优选地，金属涂层提供螺旋压缩弹簧的表面。这种实施例的好处在于，在驾驶汽车时，能防止执行器产生噪声。在用于打开和关闭汽车的车门或尾门的现有技术执行器中，通常的做法是在螺旋压缩弹簧上施加植绒层：在弹簧卷绕之后，通过粘合剂将一层短纺织纤维(例如聚酰胺纤维)粘合到螺旋压缩弹簧上；这样，在执行器中紧密压缩的弹簧上就形成了绒层，该绒层起到消音的作用。金属涂层的使用表明不需要在螺旋压缩弹簧上添加植绒层。
附图说明
图1示出了SUV，该SUV包括用于打开和关闭尾门的执行器。
图2示出了用于打开和关闭汽车尾门的执行器。
图3示出了本发明中的螺旋压缩弹簧。
具体实施方式
表I：可用于本发明的钢合金的例子。
图1示出了SUV 12，其包括尾门14和用于打开和关闭尾门的执行器16。执行器16(图2示出了用于打开和关闭汽车尾门的执行器16)包括螺旋压缩弹簧18和马达20。执行器包括两个连接器22、23，一个用于将执行器连接至车门或尾门；另一个用于将执行器连接至车身。螺旋压缩弹簧被设置为在螺旋压缩弹簧的压缩力释放时打开尾门。马达用于压缩螺旋压缩弹簧，以关闭尾门。可以使用的螺旋压缩弹簧的示例如图3所示，这种弹簧的长度为L，节距为p。
螺旋压缩弹簧包括螺旋状卷绕的钢丝。螺旋状卷绕的被涂覆的钢丝的直径d(单位为mm)在2mm至5mm之间。
表I提供了可用于本发明的钢芯的钢合金的具体示例(钢合金中元素的最小和最大的重量百分比)。螺旋状卷绕的钢丝中钢丝的微观结构是拉伸层状珠光体。
这种螺旋压缩弹簧的一个具体示例是由具有拉伸珠光体微观结构和3.4mm直径的钢丝卷绕而成的。螺旋压缩弹簧在无负载状态下的长度为0.8m。示例性螺旋弹簧的弹簧指数为6.5。弹簧的节距p为15.2mm。螺旋压缩弹簧的外径为26.8mm。钢丝设置有包含锌和铝的金属涂层,然而，这对于本发明来说并不是必需的。
为了制造用于卷绕螺旋压缩弹簧的钢丝，使用直径为10mm的钢丝盘条。
钢丝盘条由钢合金制成，该钢合金包含0.86wt％的碳、0.63wt％的锰、0.2wt％的硅、0.22wt％的铬、0.06wt％的钒；0.04wt％的铝；不可避免的杂质，以及其余的铁。这是表I中“A”组分的合金，其碳当量为：0.86+(0.63/6)+(0.2/5)+(0.22/5)+(0.06/5)＝1.169。
直径为10mm的钢丝盘条已通过铅淬火而获得珠光体微观结构；并且(尽管对于本发明来说不是必需的)已经通过热浸法而被提供金属涂层。所使用的热浸工艺是双浸工艺，其中钢丝首先被浸入熔融锌浴中；随后将钢丝浸入10wt％为铝且其余为锌的浴中。热浸钢丝的金属涂层包含10wt％的铝以及其余的锌。
经铅淬火的且经热浸的直径为10mm的盘条被拉伸成直径为3.4mm的钢丝；这意味着施加了88.4％的拉伸减径。所得钢丝具有拉伸的珠光体微观结构。钢丝的抗拉强度Rm为2354MPa；Rp0.2的值为1990MPa，是Rm值的84.5％。钢丝拉伸试验中断裂面积Z的减少百分比为44.1％。
3.4mm的拉伸丝上的金属涂层为45g/m2。
在将该被涂覆的钢丝卷绕成螺旋压缩弹簧后，对其进行热应力消除操作，例如通过在250℃下保持螺旋压缩弹簧处于无负载状态30分钟。
被涂覆的钢丝包括位于钢芯和金属涂层之间的金属间涂层。金属间涂层的厚度被设置为金属间涂层与金属涂层的总厚度的45％。金属间涂层包含FexAly相。已观察到金属涂层包含球状富铝相。
用于制造螺旋弹簧的钢丝样品已在烘箱中以250℃的烘箱温度进行了30分钟的热处理。在该热处理之后，已对钢丝样品进行了拉伸测试：抗拉强度Rm为2426MPa；Rp0.2值为2366MPa，其为抗拉强度Rm的97.5％；断裂时面积Z的减少百分比为42％。
对螺旋压缩弹簧钢丝的分析表明，钢具有拉伸珠光体微观结构，拉伸珠光体以体积计超过97％，贝氏体以体积计约为1％。
螺旋压缩弹簧用于汽车尾门开启和关闭执行器的执行器中。被涂覆的钢丝的金属涂层提供螺旋压缩弹簧的表面。
Claims (14)
1.螺旋压缩弹簧，所述螺旋压缩弹簧在用于打开和关闭汽车的车门或尾门的执行器中使用，
其中所述螺旋压缩弹簧的外径在15mm至50mm之间；
其中所述螺旋压缩弹簧包括螺旋状地卷绕的钢丝；
其中所述钢丝的直径d的单位为mm并且在2mm至5mm之间；
其中所述钢丝包括钢合金；其中所述钢合金包含以下成分：
0.8-0.95wt％的碳；
0.2-0.9wt％的锰；
0.1-1.4wt％的硅；
0.15-0.4wt％的铬；
不含钒或0.04-0.2wt％的钒；
不含硼或0.0005-0.008wt％的硼；
不含铝或0.02-0.06wt％的铝；
不可避免的杂质；以及
余量为铁；
其中所述钢合金的碳当量高于1，
其中所述碳当量定义为：碳wt％+(锰wt％/6)+(硅wt％/5)+(铬wt％/5)+(钒wt％/5)；
其中所述螺旋压缩弹簧中的所述钢丝的微观结构是拉伸层状珠光体；
其中，所述螺旋压缩弹簧中的所述钢丝的所述微观结构包含超过以体积计97％的拉伸珠光体；以及
其中，所述螺旋压缩弹簧中的所述钢丝的所述微观结构包含以体积计0.2-2％的贝氏体。
2.根据权利要求1所述的螺旋压缩弹簧，其中，用于螺旋状地卷绕所述螺旋压缩弹簧的所述钢丝的抗拉强度Rm的单位为MPa并高于由公式2680-390.71*ln(d)计算出的值。
3.根据权利要求1所述的螺旋压缩弹簧，其中，所述钢合金包含0.2-0.6wt％的锰；或者其中所述钢合金包含0.6-0.9wt％的锰。
4.根据权利要求1所述的螺旋压缩弹簧，其中，所述螺旋状地卷绕的钢丝包括磷酸盐涂层。
5.根据权利要求1所述的螺旋压缩弹簧，其中，所述螺旋状地卷绕的钢丝包括金属涂层；
其中所述金属涂层包含以质量计至少84％的锌。
6.根据权利要求5所述的螺旋压缩弹簧，其中，所述金属涂层包含以质量计至少86％的锌；和以质量计4-14％的铝。
7.根据权利要求5所述的螺旋压缩弹簧，其中，所述金属涂层包含锌、3-8wt％的铝；0.2-1wt％的镁，至多0.1wt％的稀土元素；以及不可避免的杂质。
8.根据权利要求1所述的螺旋压缩弹簧，其中，所述钢合金包含0.15-0.35wt％的硅，或者其中所述钢合金包含0.6-0.8wt％的硅，或者其中所述钢合金包含0.8-1.4wt％的硅。
9.根据权利要求1所述的螺旋压缩弹簧，其中，所述钢合金包含0.83-0.89wt％的碳，0.55-0.7wt％的锰，0.1-0.4wt％的硅，0.15-0.3wt％的铬，0.04-0.08wt％的钒，0.02-0.06wt％的铝，不可避免的杂质，以及其余的铁。
10.制造根据前述权利要求1-5或8-9中任一项所述的螺旋压缩弹簧的方法；所述方法包括以下步骤：
-提供钢丝盘条；
-对所述钢丝盘条或从所述钢丝盘条中拉出的钢丝进行铅淬火操作，以获得珠光体微观结构；
-以大于75％的拉伸减径对具有珠光体微观结构的经铅淬火的所述钢丝盘条或具有珠光体微观结构的经铅淬火的所述钢丝进行拉伸；从而获得具有拉伸珠光体微观结构的钢丝，所述钢丝的直径d以毫米计并且在2mm至5mm之间；
-将所述钢丝螺旋状地卷绕成螺旋弹簧；
其中所述钢丝盘条包括钢合金；其中所述钢合金包含以下成分：
0.8-0.95wt％的碳；
0.2-0.9wt％的锰；
0.1-1.4wt％的硅；
0.15-0.4wt％的铬；
不含钒或0.04-0.2wt％的钒；
不含硼或0.0005-0.008wt％的硼；
不含铝或0.02-0.06wt％的铝；
不可避免的杂质；
以及余量为铁；
其中所述钢合金的碳当量高于1，
其中所述碳当量定义为：碳wt％+(锰wt％/6)+(硅wt％/5)+(铬wt％/5)+(钒wt％/5)。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：
-在所述螺旋弹簧上实施热应力消除。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，通过所述拉伸操作，获得直径d以毫米计并在2mm至5mm之间、抗拉强度Rm以MPa计并高于由公式:2680-390.71*ln(d)计算出的值的钢丝。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其中，在所述铅淬火操作之后；并且在拉伸之前或在拉伸步骤之间，通过热浸法在所述钢丝上涂覆金属涂层，其中所述金属涂层包含以质量计至少84％的锌。
14.一种用于打开和关闭汽车的车门或尾门的执行器，所述执行器包括：
-根据前述权利要求1-5或8-9中任一项所述的螺旋压缩弹簧，所述螺旋压缩弹簧用于当所述螺旋压缩弹簧的压缩力被释放时打开汽车的车门或所述尾门；以及
-马达，所述马达用于压缩所述螺旋压缩弹簧，以关闭所述汽车的所述车门或所述尾门。
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