JPH07217683A - ばね部材の内部応力分布を最適化する方法 - Google Patents
ばね部材の内部応力分布を最適化する方法Info
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- JPH07217683A JPH07217683A JP6216354A JP21635494A JPH07217683A JP H07217683 A JPH07217683 A JP H07217683A JP 6216354 A JP6216354 A JP 6216354A JP 21635494 A JP21635494 A JP 21635494A JP H07217683 A JPH07217683 A JP H07217683A
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- coil spring
- shot peening
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
- C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
- C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 冒頭で述べた形式のばね部材のばね棒素材横
断面における内部応力分布を最適化する方法を改良し
て、特にＲｍ≧１，８００Ｎ／ｍｍ2の強度を有する圧
縮コイルばねの耐用寿命を更に改善できるようにする。 【構成】 圧縮コイルばねを、ばね棒素材横断面に関連
した規定の強度プロフィールをもって、製造工程の内の
セッティング工程とショットピーニング処理工程とに供
給する。
断面における内部応力分布を最適化する方法を改良し
て、特にＲｍ≧１，８００Ｎ／ｍｍ2の強度を有する圧
縮コイルばねの耐用寿命を更に改善できるようにする。 【構成】 圧縮コイルばねを、ばね棒素材横断面に関連
した規定の強度プロフィールをもって、製造工程の内の
セッティング工程とショットピーニング処理工程とに供
給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両支持ばねとして使
用されるばね部材、特に強度の比較的高い圧縮コイルば
ねにセッティング加工を施しかつショットピーニング処
理を施して圧縮コイルばねのばね棒素材横断面における
内部応力分布を最適化する方法に関するものである。
用されるばね部材、特に強度の比較的高い圧縮コイルば
ねにセッティング加工を施しかつショットピーニング処
理を施して圧縮コイルばねのばね棒素材横断面における
内部応力分布を最適化する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】前記形式の内部応力分布を最適化する方
法では、製造済みばねの最大負荷横断面内において合成
荷重応力が前記負荷横断面のいかなる点においても圧縮
弾性限度又は引張り弾性限度に達していず、かつ表面付
近の周縁区域における臨界引張り応力値が２００Ｎ／ｍ
ｍ2を上回らないような内部応力分布が最適と見做され
る。
法では、製造済みばねの最大負荷横断面内において合成
荷重応力が前記負荷横断面のいかなる点においても圧縮
弾性限度又は引張り弾性限度に達していず、かつ表面付
近の周縁区域における臨界引張り応力値が２００Ｎ／ｍ
ｍ2を上回らないような内部応力分布が最適と見做され
る。
【０００３】従来の技術によれば、ばね部材の内部応力
に所期のような影響を及ぼすために先ず第１に、２つの
方法、つまり異なった処理法に関係した特定の横断面領
域の内部応力分布を変化させるセッティング加工法とシ
ョットピーニング処理法が適用される。この場合ばねの
セッティング加工とは、成形及び熱調質によってばねに
惹起される初期負荷が、ばね形式及び負荷形式に関連し
て、ばね横断面の部分領域においてばね材料の弾性限度
を上回らせることのないような調整塑性加工を意味して
いる。
に所期のような影響を及ぼすために先ず第１に、２つの
方法、つまり異なった処理法に関係した特定の横断面領
域の内部応力分布を変化させるセッティング加工法とシ
ョットピーニング処理法が適用される。この場合ばねの
セッティング加工とは、成形及び熱調質によってばねに
惹起される初期負荷が、ばね形式及び負荷形式に関連し
て、ばね横断面の部分領域においてばね材料の弾性限度
を上回らせることのないような調整塑性加工を意味して
いる。
【０００４】全横断面に対する塑性加工された横断面積
の比（塑性変形度Ｐでも表わされる）は、材料固有の弾
性限度と相俟って、セッティング工程によって惹起され
る内部応力の高さと分布とを決定する。
の比（塑性変形度Ｐでも表わされる）は、材料固有の弾
性限度と相俟って、セッティング工程によって惹起され
る内部応力の高さと分布とを決定する。
【０００５】従って、セッティング加工工程時にばね横
断面における所定の強度プロフィール又は温度プロフィ
ールを予め設定することにより惹起される弾性限度の変
化を局所的に制限することによって、最適化の意味合い
で内部応力の高さ並びに分布に所期のように影響を及ぼ
すことが可能である。
断面における所定の強度プロフィール又は温度プロフィ
ールを予め設定することにより惹起される弾性限度の変
化を局所的に制限することによって、最適化の意味合い
で内部応力の高さ並びに分布に所期のように影響を及ぼ
すことが可能である。
【０００６】セッティング加工時に全横断面にわたる内
部応力が、負荷形式に関連して、つまり単軸的な曲げ加
工であるか又は二軸的な捩り加工であるかに関連して、
かつ又、負荷方向に関連して、つまり引張り方向である
か又は圧縮方向であるかに関連して方向づけられた変化
を受けるのに対して、ショットピーニング処理時におけ
る横断面の影響ゾーンは実質的に、素材表面付近の周縁
域に限定されており、この場合ばね形式と負荷形式とに
は無関係に、直交応力分布が周縁層内に発生する。
部応力が、負荷形式に関連して、つまり単軸的な曲げ加
工であるか又は二軸的な捩り加工であるかに関連して、
かつ又、負荷方向に関連して、つまり引張り方向である
か又は圧縮方向であるかに関連して方向づけられた変化
を受けるのに対して、ショットピーニング処理時におけ
る横断面の影響ゾーンは実質的に、素材表面付近の周縁
域に限定されており、この場合ばね形式と負荷形式とに
は無関係に、直交応力分布が周縁層内に発生する。
【０００７】米国特許第２６０８７５２号明細書には、
一枚板ばねを例にとり、予荷重（６０％〜１００％Ｒ
ｅ）をかけた状態で板ばねの引張り側にショットピーニ
ング処理を施す方法が記載されている。当該方法は「ス
トレスピーニング処理法」という名称で実用化されてお
りかつ一枚板ばね及び抛物線ばねのために多数の実施態
様で今日汎用されている。
一枚板ばねを例にとり、予荷重（６０％〜１００％Ｒ
ｅ）をかけた状態で板ばねの引張り側にショットピーニ
ング処理を施す方法が記載されている。当該方法は「ス
トレスピーニング処理法」という名称で実用化されてお
りかつ一枚板ばね及び抛物線ばねのために多数の実施態
様で今日汎用されている。
【０００８】板ばねにストレスピーニング処理を施す機
械及び装置並びにストレスピーニング処理法の若干の実
施態様が米国特許第３０９４７６８号明細書及び英国特
許第９５９８０１号明細書に記載されている。
械及び装置並びにストレスピーニング処理法の若干の実
施態様が米国特許第３０９４７６８号明細書及び英国特
許第９５９８０１号明細書に記載されている。
【０００９】形状変化が比較的大きくなるという欠点を
付随することのない対比可能な作用効果を奏するストレ
スピーニング処理法の変化態様として、板ばねに負荷を
かけずに（つまり予荷重をかけずに）、しかも高い温度
（１５０℃〜３５０℃）でショットピーニング処理を施
すシットピーニング処理法が米国特許第３２０５５５６
号明細書に開示されている。しかしながら以下の説明に
おいて「熱間ピーニング」と呼ばれる当該処理法はこれ
まで実用化されるには至っていない。その第１の理由
は、ストレスピーニン処理時の比較的大きな変形を、新
規な技術開発により、曲げ工具を相応に設定することに
よって補正することができるからであり、第２の理由
は、熱間ピーニングに基づく、耐用寿命を向上させる作
用効果がストレスピーニングによる場合よりも低いから
である。
付随することのない対比可能な作用効果を奏するストレ
スピーニング処理法の変化態様として、板ばねに負荷を
かけずに（つまり予荷重をかけずに）、しかも高い温度
（１５０℃〜３５０℃）でショットピーニング処理を施
すシットピーニング処理法が米国特許第３２０５５５６
号明細書に開示されている。しかしながら以下の説明に
おいて「熱間ピーニング」と呼ばれる当該処理法はこれ
まで実用化されるには至っていない。その第１の理由
は、ストレスピーニン処理時の比較的大きな変形を、新
規な技術開発により、曲げ工具を相応に設定することに
よって補正することができるからであり、第２の理由
は、熱間ピーニングに基づく、耐用寿命を向上させる作
用効果がストレスピーニングによる場合よりも低いから
である。
【００１０】前掲のすべての刊行物に記載された技術に
共通な点は、例示されたばね部材の適用例が専ら、実質
的に単軸的に負荷される板ばねに関することである。
共通な点は、例示されたばね部材の適用例が専ら、実質
的に単軸的に負荷される板ばねに関することである。
【００１１】しかも、これに関連して、耐用寿命を改善
するために前記刊行物において言表されている事項、特
に個々の製造工程の系列順序及び内部応力分布の最適化
に関する事項は、捩り応力を受けるばね部材にそのまま
転用することはできず、実質的に二軸的負荷については
全く考慮が払われていない。
するために前記刊行物において言表されている事項、特
に個々の製造工程の系列順序及び内部応力分布の最適化
に関する事項は、捩り応力を受けるばね部材にそのまま
転用することはできず、実質的に二軸的負荷については
全く考慮が払われていない。
【００１２】更にまた例えばHoesch Hohenlimburg AG社
(1987年刊)P.189〜199に収録された「 Warmgeformte Fed
ern (熱間成形されたばね)」に基づいて圧縮コイルばね
のセッティング加工とこれに続くショットピーニング処
理が公知になっている。
(1987年刊)P.189〜199に収録された「 Warmgeformte Fed
ern (熱間成形されたばね)」に基づいて圧縮コイルばね
のセッティング加工とこれに続くショットピーニング処
理が公知になっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで本発明の課題
は、冒頭で述べた形式のばね部材のばね棒素材横断面に
おける内部応力分布を最適化する方法を改良して、特に
Ｒｍ≧１，８００Ｎ／ｍｍ2の強度を有する圧縮コイル
ばねの耐用寿命を更に改善できるようにすることであ
る。
は、冒頭で述べた形式のばね部材のばね棒素材横断面に
おける内部応力分布を最適化する方法を改良して、特に
Ｒｍ≧１，８００Ｎ／ｍｍ2の強度を有する圧縮コイル
ばねの耐用寿命を更に改善できるようにすることであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、圧縮コイルばねを、ばね棒素材
横断面に関連した規定の強度プロフィールをもって、製
造工程の内のセッティング工程とショットピーニング処
理工程とに供給する点にある。
の本発明の構成手段は、圧縮コイルばねを、ばね棒素材
横断面に関連した規定の強度プロフィールをもって、製
造工程の内のセッティング工程とショットピーニング処
理工程とに供給する点にある。
【００１５】本発明の方法の更に有利にして合目的的な
実施態様は、請求項２以下に記載されている。
実施態様は、請求項２以下に記載されている。
【００１６】
【作用】本発明の方法の利点は、ばね部材の内部応力分
布を最適化するという目的設定に応じて圧縮コイルばね
の耐用寿命の向上又はばね重量の減少化が得られること
である。
布を最適化するという目的設定に応じて圧縮コイルばね
の耐用寿命の向上又はばね重量の減少化が得られること
である。
【００１７】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の方法の実施例を
詳説する。
詳説する。
【００１８】ばね部材を熱間で成形するか、又は冷間或
いは半冷間で成形するかの如何を問わず、本発明の方法
は、焼入れ工程、焼鈍し工程つまり応力除去工程のよう
な先行の製造工程に基づく残留熱を帯熱した状態にある
圧縮コイルばねを、搬送路区間３を介してセットプレス
２に給送してセッティング加工し、該セッティング操作
終了直後にセットプレスから搬送路区間４を介して前記
圧縮コイルばねをショットピーニング装置５へ移送する
ことを出発点としており、この場合、ショットピーニン
グ装置５は、搬送路区間７を介して接続された少なくと
も２つの互いに独立したピーニング処理室６及び８から
成り、かつ製造ゾーン「セットプレス２」の手前の前記
搬送路区間２及び製造ゾーン「セットプレス２とショッ
トピーニング装置５」との間の搬送路区間４は、前記圧
縮コイルばねを所期のように所定の温度に加熱又は冷却
できるように構成されている。この場合決定的に重要な
点は、熱調質の方式によって、後続の製造工程のために
規定された温度プロフイール又は強度プロフィールを圧
縮コイルばねのばね棒素材横断面内に発生させることで
ある。
いは半冷間で成形するかの如何を問わず、本発明の方法
は、焼入れ工程、焼鈍し工程つまり応力除去工程のよう
な先行の製造工程に基づく残留熱を帯熱した状態にある
圧縮コイルばねを、搬送路区間３を介してセットプレス
２に給送してセッティング加工し、該セッティング操作
終了直後にセットプレスから搬送路区間４を介して前記
圧縮コイルばねをショットピーニング装置５へ移送する
ことを出発点としており、この場合、ショットピーニン
グ装置５は、搬送路区間７を介して接続された少なくと
も２つの互いに独立したピーニング処理室６及び８から
成り、かつ製造ゾーン「セットプレス２」の手前の前記
搬送路区間２及び製造ゾーン「セットプレス２とショッ
トピーニング装置５」との間の搬送路区間４は、前記圧
縮コイルばねを所期のように所定の温度に加熱又は冷却
できるように構成されている。この場合決定的に重要な
点は、熱調質の方式によって、後続の製造工程のために
規定された温度プロフイール又は強度プロフィールを圧
縮コイルばねのばね棒素材横断面内に発生させることで
ある。
【００１９】第１のピーニング処理室６におけるショッ
トピーニング処理は原則として、第２のピーニング処理
室８におけるショットピーニング処理を完結させるため
の圧縮コイルばねのプレコンディショニングとして行な
われ、前記第２のピーニング処理室８は、圧縮コイルば
ねにストレスピーニング処理を施すのに必要なすべての
装置を装備している。
トピーニング処理は原則として、第２のピーニング処理
室８におけるショットピーニング処理を完結させるため
の圧縮コイルばねのプレコンディショニングとして行な
われ、前記第２のピーニング処理室８は、圧縮コイルば
ねにストレスピーニング処理を施すのに必要なすべての
装置を装備している。
【００２０】なお前記のプレコンディショニングとは、
特にショットピーニング処理深度の作用を高める一切の
手段を意味している。
特にショットピーニング処理深度の作用を高める一切の
手段を意味している。
【００２１】第２のピーニング処理室８においてショッ
トピーニング処理を施した後、圧縮コイルばねは搬送路
区間９を介して最終仕上げ部１０に給送される。
トピーニング処理を施した後、圧縮コイルばねは搬送路
区間９を介して最終仕上げ部１０に給送される。
【００２２】ショット投射速度を増速しかつ／又はショ
ット質量を増大、特に砥粒粒度・直径を増大することに
よってピーニングエネルギ（ｍＶ2／２）を高めるよう
な従来慣用の標準的な手段以外に、ばね部材は、材料に
関連した温度プロフィール又は強度プロフィールをもっ
て搬送路区間４を介して第１のピーニング処理室６に給
送されてピーニング処理を施される。
ット質量を増大、特に砥粒粒度・直径を増大することに
よってピーニングエネルギ（ｍＶ2／２）を高めるよう
な従来慣用の標準的な手段以外に、ばね部材は、材料に
関連した温度プロフィール又は強度プロフィールをもっ
て搬送路区間４を介して第１のピーニング処理室６に給
送されてピーニング処理を施される。
【００２３】この場合、熱間ピーニングである限りでは
第１のピーニング処理室におけるショットピーニング
は、米国特許第３２０５５５６号明細書においてストレ
スピーニングの実施態様として記載されているような、
ストレスピーニングによって惹起されるばね形状の変形
を最小限に抑えるために適用されるのではなくて、スト
レスピーニングの有意義な補充手段及び準備手段として
適用されるものである。
第１のピーニング処理室におけるショットピーニング
は、米国特許第３２０５５５６号明細書においてストレ
スピーニングの実施態様として記載されているような、
ストレスピーニングによって惹起されるばね形状の変形
を最小限に抑えるために適用されるのではなくて、スト
レスピーニングの有意義な補充手段及び準備手段として
適用されるものである。
【００２４】第１のピーニング処理室６でショットピー
ニング処理を施されたのち圧縮コイルばねは搬送路区間
７を介して第２のピーニング処理室８に移送され、ここ
で圧縮コイルばねは規定の長さに又は規定の予荷重に緊
縮され、、この予荷重をかけた状態で圧縮コイルばねに
ショットピーニング処理が施される。
ニング処理を施されたのち圧縮コイルばねは搬送路区間
７を介して第２のピーニング処理室８に移送され、ここ
で圧縮コイルばねは規定の長さに又は規定の予荷重に緊
縮され、、この予荷重をかけた状態で圧縮コイルばねに
ショットピーニング処理が施される。
【００２５】すべての面に可能な限り均一にピーニング
処理を施すことを保証するために、圧縮コイルばねは、
その中心軸線を中心として回転又は往復動させつつショ
ットピーニングのホットスポット領域へ運動させられね
ばならない。この運動は時間に関連した周期的な方式で
も連続的な通走方式でも行なうことができる。
処理を施すことを保証するために、圧縮コイルばねは、
その中心軸線を中心として回転又は往復動させつつショ
ットピーニングのホットスポット領域へ運動させられね
ばならない。この運動は時間に関連した周期的な方式で
も連続的な通走方式でも行なうことができる。
【図１】ばね部材の内部応力分布を最適化する本発明の
方法を示す概略的な構成図である。
方法を示す概略的な構成図である。
１ 先行の製造工程、 ２ セットプレス、 ３，
４ 搬送路区間、５ ショットピーニング装置、
６ ピーニング処理室、 ７ 搬送路区間、 ８
ピーニング処理室、 ９ 搬送路区間、 １０
最終仕上げ部
４ 搬送路区間、５ ショットピーニング装置、
６ ピーニング処理室、 ７ 搬送路区間、 ８
ピーニング処理室、 ９ 搬送路区間、 １０
最終仕上げ部
Claims (7)
- 【請求項１】 車両支持ばねとして使用されるばね部
材、特に強度の比較的高い圧縮コイルばねにセッティン
グ加工を施しかつショットピーニング処理を施して圧縮
コイルばねのばね棒素材横断面における内部応力分布を
最適化する方法において、圧縮コイルばねを、ばね棒素
材横断面に関連した規定の強度プロフィールをもって、
製造工程の内のセッティング工程とショットピーニング
工程とに供給することを特徴とする、ばね部材の内部応
力分布を最適化する方法。 - 【請求項２】 セッティング工程もしくはショットピー
ニング工程前に所期の加熱又は冷却によって、ばね棒素
材横断面に関連した規定の強度プロフィールを一時的に
発生させる、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 セッティング工程及びショットピーニン
グ工程に先立つ適当な製造工程によって、ばね棒素材横
断面に関連した規定の強度プロフィールを永久的に発生
させ、かつ室温に維持する、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 セッティング工程前の規定の強度プロフ
ィールを、ショットピーニング工程前の規定の強度プロ
フィールとは異ならせる、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 規定の強度プロフィールをばね棒素材全
長にわたってほぼコンスタントに維持する、請求項１か
ら４までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】 規定の強度プロフィールがばね棒素材全
長にわたって一定ではない、請求項１から４までのいず
れか１項記載の方法。 - 【請求項７】 セッティング工程及びショットピーニン
グ工程にストレスピーニング工程を後置する、請求項１
から６までのいずれか１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4330832A DE4330832C2 (de) | 1993-09-11 | 1993-09-11 | Verfahren zur Optimierung der Eigenspannungsverteilung im Stabquerschnitt von Schraubendruckfedern |
| DE4330832.5 | 1993-09-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07217683A true JPH07217683A (ja) | 1995-08-15 |
Family
ID=6497444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6216354A Pending JPH07217683A (ja) | 1993-09-11 | 1994-09-09 | ばね部材の内部応力分布を最適化する方法 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5534088A (ja) |
| EP (1) | EP0645462B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07217683A (ja) |
| KR (1) | KR0149711B1 (ja) |
| AT (1) | ATE202154T1 (ja) |
| AU (1) | AU672522B2 (ja) |
| BR (1) | BR9403489A (ja) |
| CA (1) | CA2131732C (ja) |
| DE (2) | DE4330832C2 (ja) |
| ES (1) | ES2074409T3 (ja) |
| PT (1) | PT645462E (ja) |
| ZA (1) | ZA946892B (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6022427A (en) * | 1997-02-08 | 2000-02-08 | Fried Krupp | Method for producing helical springs |
| DE19814299A1 (de) * | 1998-03-31 | 1999-10-07 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Metall |
| DE59807656D1 (de) * | 1998-10-02 | 2003-04-30 | Thyssen Krupp Automotive Ag | Verfahren zum Herstellen von Schraubenfedern |
| DE19937407A1 (de) * | 1999-08-07 | 2001-02-08 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zum Einstellen der Federvorspannung einer Ventil-Feder |
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