CZ9602016A3

CZ9602016A3 - Trubka k výrobě stabilizátoru, stabilizátor z takovéto trubky a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ9602016A3
Application number: CZ962016A
Authority: CZ
Inventors: Gerhard Dipl. Ing. Beer; Norbert Dipl. Ing. Bergs; Stefan Dr. Dipl. Ing. Klatzer; Dieter Dr. Dipl. Ing. Töpker; Gert Dr. Vaubel
Original assignee: Benteler Aktiengesellschaft
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1999-06-16
Also published as: EP0753597A3; EP0753597A2; CZ287708B6

Description

TRUBKA K VÝROBĚ STABILIZÁTORU, STABILIZÁTOR Z TAKOVÉTO TRUBKY A ZPŮSOB JEHO VÝROBY

Oblast techniky

Vynález se týká použití ocelové slitiny pro trubky k výrobě stabilizátorů pro motorová vozidla, stabilizátoru z takovéto ocelové slitiny, jakož i způsobu výroby stabilizátoru.

Dosavadní stav techniky

Stabilizátory jsou konstrukční součásti,· které jsou v technice motorových vozidel používány ke snížení naklánění karosérie v zatáčce a k ovlivnění samořídícího chování, např. ke zmírnění přetáčivostí. Vyztužují pérování při jednostranném zatížení, například při přejíždění jednostranných překážek.

Stabilizátory jsou většinou provedeny jako torzní tyče, které jsou uloženy na hlavní části vozidla příčně, ke směru jízdy a zasahují přes ve tvaru U připevněná ramena na zavěšení kol. Ke stabilizaci se využívá síla odporu materiálu proti torzi. Konce stabilizátoru jsou nehybně spojené s jednou stranou osy a působí jako rameno páky. Nakloní-li se karosérie vozidla při jízdě v zatáčkách v důsledku odstředivé síly ke straně, péruje kolo uvnitř zatáčky silněji než kolo vně zatáčky. Stabilizátor je tím kroucen a svou pružností působí proti bočnímu náklonu.

·· ·

Stabilizátory běžného druhu jsou doposud· zhotovovány převážně z plných tyčí. Existují v rovných a zahnutých provedeních. Tak popisuje například WO 93/18189 výrobu kyvných tyčí, popř. torzních stabilizátorů z vysoce pevných ocelí. Zde jsou používány ocele s orientovaným průběhem struktury. Přetvoření nastává buď za tepla nad teplotou rekrystalizace a nebo za studená při teplotě pod 149 °C. Zde 2 popsané oceli mají mez průtažnosti R_e^od minimálně 620 N/mm 2 a pevnost v tahu R_ra minimálně 827 N/mm . Vykazují obsah uhlíku od 0,3 % do 1 %, manganu od 2,0 % do 2,5 % a vanadiía do 0,35 %. Tyče použité k výrobě stabilizátorů jsou za tepla válcovány nebo za studená taženy.

Z důvodů hmotnostních úspor je tendence vyrábět stabilizátory z trubek. Přitom se využívá u trubky příznivějšího poměru momentu odporu proti torzi ke hftiotě trubky ve srovnání s plnou tyčí. U poměru tloušťky stěny k průměru trubky, který je optimální pro torzi, musí mít materiál k použití při zachování vnějších průměrů konstrukčně daných, popř. použitelných, ve vozidlech mez průtažnosti a pevnosti v tahu vyšší o činitel asi 1,4.

Dále má k docílení vysoké meze únavy při střídavém napětí největší význam jakost vnějšího a vnitřního povrchu používaných trubek. Nej lepší jakost povrchu mají trubky s podélným švem, svařované z válcovaného ocelového pásu. U nich je' zamezeno defektům, jako svraštění apod., vyskytujícím se u trubek tažených beze švu.

Dosud používané oceli pro trubky k výrobě stabilizátorů mají vysoký obsah uhlíku a mají z části příliš nízkou houževnatost. Nízká houževnatost oceli působí především u

- 3 bezešvých trubek převážně na základě snížené jakosti povrchu negativně na mez únavy při střídavém napětí. K docílení vyšší houževnatosti při vyžadované pevnosti jsou nutné nákladné zušlechťovací metody s vysokými popouštěcími teplotami od cca 600 °C. Kvůli vysokým popouštěcím teplotám je ale potřebné, aby byly stabilizátory v průběhu popouštění k zamezení průtahu upnuté ve zvláštních zařízeních. To ale vede ke zvýšení výrobních nákladů.

Dále lze dosud nejvíce používané oceli obtížně svařovat. Tím je použití trubek svařovaných s podélným švem omezené, popř. není možné, ačkoli by to bylo kvůli lepší jakosti povrchu žádoucí.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je tedy uvést trubku, která bude svými mechanickými vlastnostmi splňovat vysoké požadavky pro výrobu stabilizátorů. Dále vynález usiluje o úspornou výrobu kvalitativně vysoce hodnotných stabilizátorů z takovýchto trubek.

Technická část úkolu -ee—de trubky je řešena tak, že trubka k výrobě stabilizátoru pro motorová vozidla, ze slitinové hmotnostních křemíku (Si) především pro torzní stabilizátor, sestává oceli, která sama sestává, vyjádřeno ve procentech, z uhlíku (C) 0,12 % až 0,25 %,

0,10 % až 0,40 %, manganu (Mn) 1,30 % až 2,00 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry (S) max. 0,025 %, chrómu (Cr) 1,60 až 2,50 %, molybdenu (Mo) 0,40 až 1,00 %, hliníku (Al) 0,010 % až 0,050 % a zbytku železa, včetně nečistot podmíněných roztavováním.

Výhodné provedení trubky podle vynálezu spočívá v tom, že ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,15 % až 0,20 %, křemíku (Si) 0,15 % až 0,30 %, manganu (Mn) 1,40 % až 1,80 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry (S) max. 0,025 %, chrómu (Cr) 1,80 až 2,10 %, molybdenu (Mo) 0,40 až 0,60 %, hliníku (Al) 0,015 % až 0,035 %, u

vanadia- (V) 0,10 až 0,30 % a zbytku železa, včetně nečistot podmíněných roztavováním.

Stabilizátor pro motorová vozidla pak sestává z trubky ze slitinové oceli podle vynálezu.

Způsob výroby stabilizátoru z tažené nebo svařované trubky podle vynálezu spočívá v tom, že zahrnuje následující opatření: měkké žíhání trubky, tváření trubky, kalení vzduchem, které se přitom provádí především v nástroji.

Výhodně se v tom případě pěchování konců provádí při teplotě nad 800 °C, především nad 850 °C, a nato se provádí ochlazování na vzduchu.

Přednostní provedení způsobu v obou případech spočívá v tom, že zahřívání na teplotu nad 850 °C se provádí jen v oblasti ohýbání a po ohýbací operaci se provádí ochlazování na vzduchu.

Způsob výroby ohýbaného stabilizátoru z nezušlechtěné trubky podle vynálezu spočívá v tom, že ohýbání se provádí při teplotě nad 800 °C, především nad 850 °C, a nato se provádí ochlazování na vzduchu;

Další provedení způsobu spočívá v tom, že se nejdříve ·♦ ·· • · · · • · ·· • · · · · • · · ·· ·· • · · · • · « ·· · * provádí zušlechťování trubky a nato se trubka ohýbá.

V takovém případě se přednostně po ohýbacím procesu provádí žíhání při nedostatku pnutí ohýbané oblasti.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 jedno provedení vynálezu týkající, se svařovaných trubek a obr. 2 druhé provedení vynálezu, týkající se bezešvých trubek.

Příklady provedení vynálezu

Technická část úkolu -ee—de- trubky je řešena tak, že trubka k výrobě stabilizátoru pro motorová vozidla, především pro torzní stabilizátor, ze slitinové oceli, sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,12 % až 0,25 %, křemíku (Si) 0,10 % až 0,40 %, manganu (Mn) 1,30 % až 2,00 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry (S) max. 0,02 5 %, chrómu (Cr) 1,60 až 2,50%, molybdenu (Mo) 0,40 až 1,00 %, hliníku (Al) 0,010 % až 0,050 % a zbytku železa, včetně nečistot podmíněných roztavovánim.

Výhodné provedení trubky podle vynálezu ‘spočívá v tom, že ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, *· ·· • · uhlíku (C) 0,15 % až 0,20 %, křemíku (Si) 0,15 % až 0,30 %, manganu (Mn) 1,4 0 % až 1,80 %, fosforu (P) max. 0,02 5 %, síry (S) max. 0,025 %, chrómu (Cr) 1,80 až 2,10 %, molybdenu (Mo) 0,40 až 0,60 %, hliníku (Al) 0,015 % až 0,035 %, vanadii (V) 0,10 až 0,30 % a zbytku železa, včetně nečistot podmíněných roztavováním.

Vynálezem byl zároveň získán poznatek, že je pro výrobu stabilizátorů z trubek při vysokých požadavcích na mechanické vlastnosti žádoucí materiál trubek, který má 2 pevnost v tahu R_m >. 1 100 N/mm , 0,2% - hranici roztažnosti

R_Po,2 2. 900 N/mm a poměrné prodloužení při přetržení A₅ > 6 %. Podstatná výhoda ocelové slitiny podle vynálezu je v tom, že navrhovaná slitina dosahuje oproti použití známých slitin, ze kterých jsou vyráběny trubky pro stabilizátory, udaných hodnot pevnosti v tahu, meze průtažnosti a tažnosti. Dále jsou trubky ze slitiny podle vynálezu zajímavé především pro tu výrobu stabilizátorů, která nedisponuje žádným zušlechtovacím zařízením, protože žádné speciální zušlechťování není potřebné.

Komponenty slitiny jsou k tomu účelu optimálně v souladu.

Ačkoli se jedná o měkkou ocel s nízkým obsahem uhlíku, zaručuje podíl uhlíku postačující pevnost a kalitelnost. Podíl křemíku určuje pevnost v tahu a meze průtažnosti, přičemž vlastnosti houževnatosti jsou ovlivněny jen nepatrně. Mangan zvyšuje rovněž pevnost ocelové slitiny, přičemž je tažnost snížena jen nepatrně. Kromě toho účinkuje ·· · mangan příznivě na svařitelnost. Ve spojení s podílem uhlíku způsobuje zlepšení odporu proti opotřebení. Chrom zvyšuje opět pevnost, přičemž jen nepatrně snižuje tažnost. Molybden zvyšuje pevnost v tahu a obzvlášť pevnost za tepla a působí příznivě na svařitelnost. Přídavkem hliníku je podpořeno tvoření jemného zrna.

Eventuelním přidáním vanadiía do slitiny může být kromě toho zlepšena pevnost za tepla a potlačena citlivost na přehřátí. Také pevnost v tahu a mez průtažnosti tím budou zvýšeny.

U slitiny podle vynálezu je proto daná dobrá tvárnost a svařitelnost. Tím se spojuje výhoda, že vedle nasazení bezešvých trubek je možné také nasazení svařovaných trubek s podélným švem, hodících se lépe pro určený účel použití.

Ocelová slitina podle vynálezu má ve srovnání se známými ocelemi lepší vlastnosti pokud se týká houževnatosti. Dodatečné zušlechtění není potřebné. Ochlazení na vzduchu dodává potřebné mechanické vlastnosti.

Ocelová slitina podle vynálezu je cenově příznivá. Trubky z takové ocelové slitiny mohou být také bez problému použity již v nynějších zařízeních pro výrobu stabilizátorů z plného materiálu.^

U nových výrobních linek není třeba instalovat zušlechťovací zařízení.

Stabilizátory podle nároku 3 mají oproti známým stabilizátorům z plného materiálu redukovanou hmotnost. Tyto stabilizátory při použití v motorových vozidlech spolehlivě ··· • · odolávají silným zatížením.

Řešení způsobové části je vidět na znacích nároku 4.

Zde mohou být .použity jak trubky tažené beze švu, tak i svařované s podélným švem.

Tyto jsou nejdříve naměkko žíhány. To probíhá při teplotě v oblasti okolo bodu Ad v diagramu železo - uhlík s cílem vylepšit trubky v jejich přetvářné pevnosti. Potom jsou pomalu ochlazovány, aby se dosáhlo stavu s co možná nejmenším pnutím. V zásadě je také možné kyvadlové žíhání, u kterého dochází k vícenásobnému krátkodobému překračování A_Ci ·

Z takto zpracovaných trubek jsou hned potom vyrobeny stabilizátory technikou tváření s obvyklým průběhem. Na to navazuje tvrzení stabilizátorů na vzduchu. Tvrzení na vzduchu nastává především v samotném nástroji, takže odpadá dodatečná manipulace se stabilizátory za účelem kalení.

K dosažení mechanických vlastnosti jsou k výrobě rovných stabilizátorů použity trubky ve vzduchem zušlechtěném stavu. Bude-li třeba, budou konce stabilizátorů napěchovány (nárok 5) . Po pěchování konců nad teplotou 850 °C jsou vyžadované mechanické vlastnosti., dosaženy při ochlazení, na vzduchu.

Pro ohýbané stabilizátory mohou být podle nároku 6 použity vzduchem zušlechtěné trubky, když při ohýbání nastává zahřátí na teplotu nad 850 °C jen v oblasti ohýbáni. Po ohýbání a ochlazení na vzduchu vykazuji ohýbané stabilizátory po celé jejich délce homogenní mechanické vlastnosti.

··

V případě ohýbaných stabilizátorů mohou být použity také nezušlechtěné trubky, jak předpokládá nárok 7. Ohýbání nastává při teplotě nad 800 °C. Jako obzvláště výhodná se však ukázala teplota nad 850 °C. Ochlazení na vzduchu prokazuje vyžadované mechanické vlastnosti. Dodatečné zušlechtění není potřebné.

Tím je výše popsaná ocelová slitina podle vynálezu obzvláště zajímavá pro takovou výrobu stabilizátorů, která nemá žádné zušlechťovací zařízení. Dodatečné investice pro zušlechťovací zařízení není třeba vynakládat.

Další řešení způsobové části úkolu zahrnuje nárok 8. Podle něj jsou trubky, vyrobené ze slitiny podle vynálezu, před přetvářením stabilizátorů zušlechťovány. Zušlechtění po ohýbání může odpadnout. Tyto procesy jsou obzvláště pragmatické a ekonomické.

Zušlechťování trubek zahrnuje dvojitý krok kalení a popouštění. Trubce je tím před průběhem ohýbání dodána vysoká pevnost a vysoká mez průtažnosti, jakož i vysoká houževnatost. Kalení sestává ze zahřátí na teplotu kalení, držení a prudkého ochlazení. Potom je k popouštění ještě jednou, zahřáto a nakonec prudce nebo pomalu ochlazeno.

Je-li žádoucí, může proběhnout po ohýbání trubky pro stabilizátory žíhání při nedostatku pnutí, jak to uvádí nárok 9. Tím mohou být odbourány strukturální přeměny nebo vlastní pnutí. Tento proces žíhání se omezuje především na oblast oblouků stabilizátorů. Teplota žíhání je přitom zvolena tak, aby nebyla pevnost zušlechťování stabilizátorů snižována.

Výrobní linka pro výrobu stabilizátorů ze svařovaných trubek, jakož i výrobní linka pro výrobu stabilizátorů z bezešvých trubek metodou podle vynálezu je příkladně zobrazena na přiložených obrázcích 1 a 2. Co še týče obrázku 1 je poukazováno na to, že u svařovaných trubek v závislosti na jejich průměrech není nutně žádoucí redukce s tahem.

Zas trapu j c :

Dee-:—Miloě-Všetečka v.e-.

JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1 . Trubka k výrobě stabilizátoru pro motorová vozidla , především pro torzní stabilizátor, ze slitinové oceli, vyznač ující se tím, že , ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,12 % až 0,25 %, křemíku (Si) 0,1*0 % až 0,4 0 %, manganu (Mn) 1,30 % až 2,00 %, fosforu (P) max.0,025%, síry (S) max. 0,025 %, chrómu (Cr) 1,60 až 2,50%, molybdenu (Mo) 0,40 až 1,00%, hliníku (Al) 0,010 % až 0,050 % a zbytku : železa, včetně nečistot podmíněných roztavováním. 2 . Trubka podle nároku 1, vyzná Suj ící se tím, že ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z . uhlíku (C) 0,15 % až 0,20 %, křemíku (Si) 0,15 % až 0,30%, manganu (Mn) 1,40 % až 1,80 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry . (S! 1. , max-. 0,025 %, - chrómu (Cr) 1,80 až 2,10 %, molybdenu (Mo) 0,40 až 0,60 %, hliníku (Al) 0,015 % až 0,035 %, vanadia (V) 0,10 až 0,30 % a -

zbytku železa, včetně nečistot podmíněných roztavováním. 0

3. Stabilizátor z trubky ze slitinové oceli podle • 9 • · některého z nároků 1 nebo 2.
4 .

svařované se tím,

a)

b)

c) především

Způsob výroby stabilizátoru z tažené nebo trubky podle nároku 1 nebo 2, vyznačující že zahrnuj e -následuj ící opatření-:

měkké žíhání trubky, tváření trubky, kalení vzduchem, které se přitom provádí v nástroji.
5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že pěchování ,konců se provádí při teplotě nad 800 °C, především ' nad 850 °C, a nato se provádí ochlazování na vzduchu.
6. Způsob výroby podle některého z nároků 4 nebo 5 k výrobě ohýbaného stabilizátoru, vyznačující se tím, že zahřívání na teplotu nad 850 °C se provádí jen v oblasti ohýbání a po ohýbací -operaci se provádí ochlazování na vzduchu.
7. Způsob výroby ohýbaného stabilizátoru z nezušlechtěné trubky podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ohýbání se provádí při teplotě nad 800 °C, -především nad 850 °C, a nato se provádí' ochlazování' na vzduchů.
8. Způsob výroby ohýbaného stabilizátoru z trubky podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se nejdříve provádí zušlechťování trubky a nato se trubka ohýbá.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující ·· ·· • · « • · 4 • ·· · • · ···*· · · · « tím , že po ohýbacím procesu se provádí žíhání při nedostatku pnutí ohýbané oblasti.

Baatupuj o;

-Br-:—Miloč Všetečka v .-r .