KR101926931B1 - 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법 - Google Patents

고내구 코일 스프링 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101926931B1
KR101926931B1 KR1020160161052A KR20160161052A KR101926931B1 KR 101926931 B1 KR101926931 B1 KR 101926931B1 KR 1020160161052 A KR1020160161052 A KR 1020160161052A KR 20160161052 A KR20160161052 A KR 20160161052A KR 101926931 B1 KR101926931 B1 KR 101926931B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spring
shot
residual stress
shot peening
region
Prior art date
Application number
KR1020160161052A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180062476A (ko
Inventor
박종휘
차성철
박진우
김혁
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020160161052A priority Critical patent/KR101926931B1/ko
Publication of KR20180062476A publication Critical patent/KR20180062476A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101926931B1 publication Critical patent/KR101926931B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F16F1/04—Wound springs
    • F16F1/041—Wound springs with means for modifying the spring characteristics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F3/00—Coiling wire into particular forms
    • B21F3/02—Coiling wire into particular forms helically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F35/00—Making springs from wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Springs (AREA)

Abstract

본 발명은 스프링의 내측 영역에 압축 잔류응력을 형성시켜 피로수명 및 부식수명을 향상시키는 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 고내구 코일 스프링은 코일 형태의 스프링으로서, 스프링은 단면을 기준으로 스프링의 내부 중심점에 가까운 내측 영역, 스프링의 외부에 가까운 외측 영역, 스프링의 상부에 가까운 상측 영역 및 스프링의 하부에 가까운 하측 영역으로 구분하고, 상기 내측 영역에 형성된 압축 잔류응력이 상측 영역 및 하측 영역에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 큰 것을 특징으로 한다.

Description

고내구 코일 스프링 및 그 제조방법{Coil spring having high-durability and Method for manufacturing the same}
본 발명은 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스프링의 내측 영역에 압축 잔류응력을 형성시켜 피로수명 및 부식수명을 향상시키는 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법에 관한 것이다.
스프링강은 자동차에 적용되는 현가장치의 서스펜션용 스프링 등에 사용되는 것으로 높은 피로 수명이 요구된다.
최근에는 배기 가스 저감이나 연비 개선을 목적으로 하여 자동차의 경량화나 고출력화에 대한 요구조건이 높아지고 있는 실정이고, 이에 따라 엔진이나 서스펜션 등에 사용되는 코일 스프링은 고응력 설계가 지향되고 있다.
특히, 자동차의 서스펜션용 코일 스프링은 지속적인 하중에 견뎌야 하므로 피로 강도가 우수해야 함은 물론이고 외부 환경에 노출된 상태에서 사용되므로 내식성도 우수하여야 한다.
일반적으로 서스펜션용 코일 스프링의 피로 수명 및 내식성을 향상시키기 위하여 합금 성분을 조정하는 연구가 이루어지고 있다.
한편, 근래에는 서스펜션용 코일 스프링의 피로 수명 및 내식성을 향상시키기 위하여 합금 성분을 조정하는 것과 더불어 제조 방법을 개선하는 연구가 이루어지고 있다
예를 들어, 도 1은 종래에 따른 코일 스프링의 압축 잔류응력 분포를 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 스프링(1)의 외측 영역에 숏피닝을 통한 압축 잔류응력을 형성시킴으로서 스프링(1)의 표면이 손상되더라도 크랙이 진행되는 것을 억제하거나 지연시키고 있었다.
하지만, 종래의 스프링(1)은 공정 특성상 스프링(1)의 외측 영역에만 숏피닝을 실시할 수 있어서 압축 잔류응력이 스프링(1)의 외측 영역에만 집중되는 단점이 있었다. 이렇게 압축 잔류응력의 형성이 외측 영역으로만 집중되면서 스프링의 내측 영역과 외측 영역의 압축 잔류응력이 비대칭적으로 형성되면서 스프링의 사용시에 스프링의 내측 영역으로 손상 및 크랙이 집중되는 문제점이 발생하였다.
공개특허공보 제10-2016-0039873호(2016. 04. 12)
본 발명은 스프링의 외측 영역과 더불어 내측 영역에도 압축 잔류응력을 형성시켜 피로수명 및 부식수명을 더욱 향상시키는 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 고내구 코일 스프링은 코일 형태의 스프링으로서, 스프링은 단면을 기준으로 스프링의 내부 중심점에 가까운 내측 영역, 스프링의 외부에 가까운 외측 영역, 스프링의 상부에 가까운 상측 영역 및 스프링의 하부에 가까운 하측 영역으로 구분하고, 상기 내측 영역에 형성된 압축 잔류응력이 상측 영역 및 하측 영역에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 큰 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스프링의 내측 영역에 형성된 압축 잔류응력이 외측 영역에 형성된 압축 잔류응력보다 작은 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 본 발명의 일 실시형태에 따른 고내구 코일 스프링 제조방법은 코일 형태의 스프링을 제조하는 방법으로서, 선재를 코일 형태의 스프링으로 성형하는 단계; 상기 스프링 표면의 소성변형을 증대시키는 1차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행하는 단계; 및 상기 스프링을 압축시킨 상태에서 적어도 스프링의 내측 영역에 숏볼을 분사하여 상기 스프링의 내측 영역에 압축 잔류응력을 증대시키는 2차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 2차 숏피닝 공정은 상기 스프링의 내측 영역에 숏볼을 분사하면서 상기 스프링의 외측 영역에도 숏볼을 분사하여 상기 스프링의 외측 영역에도 압축 잔류응력을 증대시키는 것을 특징으로 한다.
상기 1차 숏피닝 공정은 스프링을 압축시키지 않은 상태에서 온간 숏피닝으로 이루어지고, 상기 2차 숏피닝 공정은 스프링을 길이방향으로 자유고의 37 ~ 43%로 압축시킨 상태에서 상온 숏피닝으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 2차 숏피닝 공정은 87 ~ 93AMP의 강도로 숏볼을 분사하는 것이 바람직하다.
상기 2차 숏피닝 공정은 20초 이상 숏볼을 분사하는 것이 바람직하다.
상기 2차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼의 사이즈는 상기 1차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼 사이즈의 직경의 60% 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스프링의 제조시 스프링의 외측 영역과 더불어 내측 영역에도 압축 잔류응력을 형성시킴으로서, 스프링의 표면 전체 영역에 골고루 압축 잔류응력을 형성시킬 수 있어 스프링의 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 스프링의 표면 전체 영역에 비교적 균일한 압축 잔류응력을 형성시킴으로서, 스프링의 사용시 손상이 발생되더라도 크랙이 특정 영역으로 집중하여 진행되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래에 따른 코일 스프링의 압축 잔류응력 분포를 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 스프링의 압축 잔류응력 분포를 보여주는 도면이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법을 보여주는 구성도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법을 보여주는 순서도이며,
도 6 및 도 7은 2차 숏피닝 공정시 코일 스프링의 압축높이에 따른 피로수명 및 부식수명을 보여주는 그래프이고,
도 8 및 도 9는 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 강도에 따른 피로수명 및 부식수명을 보여주는 그래프이며,
도 10 및 도 11은 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 시간에 따른 피로수명 및 부식수명을 보여주는 그래프이고,
도 12 및 도 13은 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 사이즈에 따른 피로수명 및 부식수명을 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 스프링의 압축 잔류응력 분포를 보여주는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 고내구 코일 스프링은 스프링(1)의 내측 영역(1a)에도 압축 잔류응력을 형성시켜 스프링(1)의 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명을 향상시키는 것을 주요 기술사상으로 한다.
정확한 설명을 위하여 본 발명에서는 스프링(1)의 단면을 기준으로 스프링의 영역을 구분하여 설명한다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 스프링(1)은 그 단면을 기준으로 스프링(1)의 내부 중심점에 가까운 내측 영역(1a), 스프링(1)의 외부에 가까운 외측 영역(1b), 스프링(1)의 상부에 가까운 상측 영역(1c) 및 스프링(1)의 하부에 가까운 하측 영역(1d)으로 정의한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링(1)은 압축시킨 상태에서 내측 영역(1a)과 외측 영역(1b)에 숏피닝((shot peening))을 실시하여 도 2에 도시된 바와 같이 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 적어도 상측 영역(1c) 및 하측 영역(1d)에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 큰 것이 바람직하다.
또한, 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 외측 영역(1b)에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 작은 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 압축 잔류응력을 형성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법을 보여주는 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법은 크게 선재를 코일 형태의 스프링(1)으로 성형하는 단계; 상기 스프링(1) 표면의 소성변형을 증대시키는 1차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행하는 단계; 및 상기 스프링(1)을 압축시킨 상태에서 적어도 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 숏볼(20)을 분사하여 상기 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 압축 잔류 응력을 증대시키는 2차 숏피닝 공정(stress shot peening)을 수행하는 단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법에서 실시되는 선재를 스프링(1)으로 성형하고, 이를 온간에서 숏피닝하는 단계, 즉 1차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행하는 단계 이전까지는 종래의 스프링을 제조하는 공정의 범위 내에서 다양한 방식으로 실시될 수 있을 것이다.
예를 들어 선재를 준비한 다음 ?칭 공정(quenching)과 탬퍼링 공정(tempering)을 포함하는 열처리를 실시한다. 그래서 조직을 안정한 조직으로 변태시키고 잔류 응력을 감소시킨다.
이렇게 열처리된 선재를 코일 형태의 스프링(1)으로 성형한다.
그리고 성형된 스프링(1)을 풀림 가공(annealing)하여 스프링(1)의 경도를 가공경화 이전 상태로 돌아가게 한다. 이렇게 풀림 가공된 스프링(1)은 잔류응력이 제거되고, 연성 및 인성이 증가되며, 금속조직이 미세구조로 변태된다.
풀림 가공된 스프링(1)은 핫세팅 공정을 실시한다. 핫셋팅 공정(hot setting)은 스프링(1)의 사용시와 동일한 길이로 스프링(1)을 압축시킨 상태에서 스프링(1)을 가열하여 스프링(1)의 영구변형을 방지하는 것이다.
그리고 핫셋팅된 압축 스프링(1)은 2차 템퍼링 공정에서 다시 탬퍼링할 수 있다.
이렇게 핫셋팅된 스프링(1)의 압축을 해제한 상태에서 스프링(1)을 가열하고, 스프링(1)에 숏볼을 분사하여 스프링(1) 표면의 소성변형을 증대시키는 1차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행한다.
1차 숏피닝 공정은 스프링(1) 표면의 소성변형을 증대시키는 단계로서, 스프링(1)을 온간 상태, 예를 들어 약 200 ~ 300℃로 가열하고 스프링(1)의 외측 영역(1b)에 숏볼을 분사한다. 이렇게 스프링(1)이 고온으로 가열됨에 따라 스프링(1)의 표면에서 금속조직이 활성화되어 금속조직의 결정이 상대적으로 유동적이 되고, 숏볼이 분사됨에 따라 스프링(1)의 표면에 응력이 가해진다. 스프링(1)의 표면에 응력이 가해짐에 따라 스프링(1) 표면에서 금속조직의 소성변형량이 증대된다.
이렇게 스프링(1)의 표면에 소성변형량을 증대시킨 상태에서 스프링(1)의 표면에 압축 잔류응력을 형성하는 2차 숏피닝 공정을 실시한다.
2차 숏피닝 공정은 스프링(1)을 길이방향으로 압축시킨 상태에서 적어도 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 숏볼(20)을 분사하여 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 압축 잔류응력을 증대시키는 스트레스 숏피닝(stress shot peening) 공정이다.
부연하자면 스프링(1)을 길이방향으로 압축시킨 상태에서, 스프링(1)의 표면에서 중심방향(단면의 중심방향)으로 압축 응력이 형성된다. 이렇게 스프링(1)의 표면에서 압축 응력이 형성된 상태에서 숏볼(20, 30)을 스프링(1)의 표면에 분사하면 스프링의 표면 근처에서 압축 잔류응력을 증대시킨다.
이때 바람직하게는 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 숏볼(20)을 분사하면서 스프링(1)의 외측 영역(1b)에도 숏볼(30)을 분사하여 스프링(1)의 외측 영역(1b)에도 압축 잔류응력을 증대시킨다.
도 3 및 도 4는 2차 숏피닝 공정을 보여주는 구성도로서, 2차 숏피닝 공정은 도 3에 도시된 바와 같이 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 숏볼(20)을 분사하기 위하여 수직분사형 노즐(10)을 사용한다. 수직분사형 노즐(10)은 연속적으로 공급되는 숏볼(20)이 공급되는 노즐본체(11)와 노즐본체(11)의 단부에 형성된 토출구(12)로 이루어져서 수직분사형 노즐(10)의 외부에서 노즐본체(11)로 공급되는 숏볼(20)을 토출구(12)를 통하여 스프링(1)으로 분사시킨다.
2차 숏피닝 공정은 도 4에 도시된 바와 같이 스프링(1)을 길이방향으로 압축시킨 상태에서 수직분사형 노즐(10)을 스프링(1)의 내부로 진입(전진)시키고 숏볼(20)을 스프링(1)의 내측 영역(1a)으로 분사한다. 이때 수직분사형 노즐(10) 및 스프링(1) 중 적어도 어느 하나를 회전시켜서 스프링(1)의 내측 영역에 골고루 숏볼(20)이 분사되도록 한다. 또한, 수직분사형 노즐(10)을 스프링(1)의 길이방향으로 전진 또는 후진시키면서 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 골고루 숏볼(20)이 분사되도록 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 수직분사형 노즐(10)을 이용하여 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 숏볼(20)을 분사하면서 동시에 스프링(1)의 외측 영역(1b)에도 숏볼(30)을 분사한다. 이때 스프링(1)의 외측 영역(1b)에 숏볼(30)을 분사하는 동작은 1차 숏피닝 공정에서 스프링에 숏볼을 분사하는 동작과 동일한 동작으로 진행된다.
그래서, 2차 숏피닝 공정을 완료한 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 상측 영역(1c) 및 하측 영역(1d)에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 크도록 하고, 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 외측 영역(1b)에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 작도록 한다.
특히, 2차 숏피닝 공정은 스프링(1)을 길이방향으로 자유고의 37 ~ 43%로 압축시키고, 상온(약 25℃)에서 숏피닝을 실시한다.
그리고 2차 숏피닝 공정은 87 ~ 93AMP의 강도로 25초 이상 숏볼(20, 30)을 분사하는 것이 바람직하다.
또한, 2차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼(20, 30)의 사이즈는 1차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼 사이즈 직경의 40 ~ 60%인 것이 바람직하다.
상기와 같이 2차 숏피닝 공정에서 제한하는 조건들의 이유는 후술되는 실험을 통하여 설명한다.
한편, 2차 숏피닝 공정으로 인하여 스프링(1)의 내측 영역(1a) 및 외측 영역(1b)을 포함하는 스프링(1)의 표면에 압축 잔류 응력이 증가되면, 스프링(1)의 표면 강도가 증가됨에 따라 스프링(1) 표면이 손상되더라도 크랙이 진행되는 것을 억제하거나 지연시킬 수 있다.
이하, 종래예, 비교예 및 실시예를 이용하여 본 발명의 효과를 설명한다.
종래예는 상업 생산되는 스프링과 같이 스프링을 성형한 다음 스프링을 250℃로 가열한 상태에서 1차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행한다. 이때 숏볼은 사이즈가 Φ1.0㎜인 것을 사용한다. 그리고 1차 숏피닝 된 스프링을 상온에서 압축시킨 상태로 외측 영역에 숏볼(Φ1.0㎜)을 분사하여 스프링의 표면에 압축 잔류응력을 증대시키는 2차 숏피닝 공정을 수행하여 준비한다. 2차 숏피닝 공정에서 스프링은 자유고의 50%로 압축시킨 상태에서 숏볼을 분사한다.
반면에, 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법에 따라 제제된 것으로서, 부연하자면 상업 생산되는 스프링과 같이 스프링을 성형한 다음 스프링을 250℃로 가열한 상태에서 1차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행한다. 이때 숏볼은 사이즈가 Φ1.0㎜인 것을 사용한다. 그리고 1차 숏피닝 된 스프링을 상온에서 압축시킨 상태로 내측 영역 및 외측 영역에 숏볼을 분사하여 스프링의 표면에 압축 잔류응력을 증대시키는 2차 숏피닝 공정을 수행하여 준비한다. 2차 숏피닝 공정에서 스프링은 자유고의 40%로 압축시킨 상태에서 숏볼을 분사한다. 그리고 2차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼은 사이즈가 Φ0.6㎜인 것을 사용한다.
상기와 같이 준비된 종래예와 실시예에 따른 스프링에 형성된 압축 잔류응력을 부분별로 측정하였고, 그 결과를 도 1, 도 2 및 표 1에 나타내었다. 또한, 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명을 측정하여 표 1에 나타내었다.
구분 종래예 실시예
표면구간 최대구간 표면구간 최대구간
압축
잔류응력
(MPa)		 외측 영역 -860 -1210 -890 -1228
내측 영역 -776 -1154 -885 -1197
상측 영역 -810 -1191 -845 -1211
하측 영역 -820 -1170 -853 -1195
일반 피로수명 330 만회 410 만회
부식복합 피로수명 49.5 만회 61.2 만회
한편, 스프링의 표면에 형성되는 압축 잔류응력은 표면보다 표면으로부터 일정거리 내부로 들어간 구간에서 최대로 형성되는 특징이 있는바, 표 1과 같이 압축 잔류응력의 크기를 표시하면서 '표면구간'과 '최대구간'으로 구분하여 압축 잔류응력을 측정하였다. 이때 '표면구간'은 스프링의 표면으로부터 0 ~ 20㎛ 구간을 의미하고, '최대구간'은 스프링의 표면으로부터 80 ~ 150㎛ 구간을 의미한다.
도 1 및 도 2는 스프링에 형성된 압축 잔류응력의 크기를 색상으로 구별하여 보여주는 도면으로서, 푸른색 계열에서 붉은색 계열로 갈수록 압축 잔류응력이 점진적으로 커지는 것을 의미한다. 이때, 도 1은 종래예에 따라 제조된 스프링에 형성된 압축 잔류응력을 보여주고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스프링에 형성된 압축 잔류응력을 보여준다.
도 1과 도 2를 비교해 보면, 도 1은 스프링(1)의 표면에 형성되는 압축 잔류응력은 외측 영역(1b)에서 가장 크게 형성되고 내측 영역(1a)으로 갈수록 압축 잔류응력의 크기가 점점 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 종래예에 따른 스프링(1)은 압축 잔류응력이 내측 영역(1a)에서 가장 작게 형성되고, 외측 영역(1b)에 집중적으로 형성되어 전체적으로 압축 잔류응력이 균일하지 않게 형성된 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 도 2는 스프링(1)의 표면에 형성되는 압축 잔류응력은 외측 영역(1b)에서 가장 크게 형성되지만, 내측 영역(1a)에도 외측 영역(1b)과 비슷한 수준으로 압축 잔류응력이 형성되어 스프링(1) 표면의 전체 영역에 비교적 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있었다.
이러한 압축 잔류응력의 형성 패턴에 차이에 따라 실시예가 종래예에 비하여 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명이 각각 25% 및 20% 정도씩 향상된 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 2차 숏피닝 공정시 코일 스프링의 압축높이에 따른 피로수명 및 부식수명의 변화를 알아보는 시험을 실시하였고, 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.
본 시험은 본 발명에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법에 따라 스프링을 제조하면서 2차 숏피닝 공정시 코일 스프링의 압축높이를 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 변경해 가면서 2차 숏피닝을 실시하였다.
도 6은 2차 숏피닝 공정시 코일 스프링의 압축높이에 따른 일반 피로수명을 보여주는 그래프로서, 도 6에서 나타난 바와 같이 스프링의 압축높이가 점점 커질수록, 즉 스프링을 보다 많이 압축시킬수록 일반 피로수명이 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 스프링의 압축높이가 약 40% 수준에서 일반 피로수명이 최대로 나타났고, 이를 초과하면서 다시 일반 피로수명이 저감되는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 7은 2차 숏피닝 공정시 코일 스프링의 압축높이에 따른 부식수명을 보여주는 그래프로서, 도 7에 나타난 바와 같이 스프링의 압축높이가 점점 커질수록, 즉 스프링을 보다 많이 압축시킬수록 부식복합 피로수명도 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 마찬가지로 스프링의 압축높이가 약 40% 수준에서 부식복합 피로수명이 최대로 나타났고, 이를 초과하면서 다시 부식복합 피로수명이 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 스프링의 압축높이가 작아질수록 숏볼과 접촉되는 면적이 감소하여 2차 숏피닝 공정이 원하는 수준으로 실시되지 않아 원하는 수준으로 압축 잔류응력이 형성되지 않는 것으로 유추할 수 있다.
따라서, 2차 숏피닝 공정시 스프링의 압축높이는 길이방향으로 자유고의 37 ~ 43%로 압축시키는 것, 바람직하게는 40%로 압축시키는 것이 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명을 최대로 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 2차 숏피닝 공정시 숏피닝의 강도에 따른 피로수명 및 부식수명의 변화를 알아보는 시험을 실시하였고, 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.
본 시험은 본 발명에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법에 따라 스프링을 제조하면서 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 강도를 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 변경해 가면서 2차 숏피닝을 실시하였다.
도 8은 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 강도에 따른 일반 피로수명을 보여주는 그래프로서, 도 8에서 나타난 바와 같이 숏볼의 분사 강도가 점점 강해질수록 일반 피로수명이 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 숏볼의 분사 강도가 약 90MPa 수준에서 일반 피로수명이 최대로 나타났고, 이를 초과하면서 급격하게 일반 피로수명이 저감되는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 9는 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 강도에 따른 부식수명을 보여주는 그래프로서, 도 9에 나타난 바와 같이 숏볼의 분사 강도가 점점 강해질수록 부식복합 피로수명도 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 마찬가지로 숏볼의 분사 강도가 약 90MPa 수준에서 부식복합 피로수명이 최대로 나타났고, 이를 초과하면서 급격하게 부식복합 피로수명이 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 숏볼의 분사 강도에 비례하여 압축 잔류응력과 아크하이트가 증가하지만 숏볼의 분사 강도가 더 강해지면 오버 피닝(over peening)에 의한 마이크로크랙(miceocrack)이 발생하여 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명이 급격히 감소하는 것으로 유추할 수 있다.
따라서, 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 강도는 87 ~ 93AMP로 분사시키는 것, 바람직하게는 90%로 분사시키는 것이 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명을 최대로 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 2차 숏피닝 공정시 숏피닝의 처리시간에 따른 피로수명 및 부식수명의 변화를 알아보는 시험을 실시하였고, 그 결과를 도 10 및 도 11에 나타내었다.
본 시험은 본 발명에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법에 따라 스프링을 제조하면서 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 시간을 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이 변경해 가면서 2차 숏피닝을 실시하였다.
도 10은 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 시간에 따른 일반 피로수명을 보여주는 그래프로서, 도 10에서 나타난 바와 같이 숏볼의 시간이 점점 늘어날수록 일반 피로수명이 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 숏볼의 분사 시간이 약 25초를 지나면서 일반 피로수명이 향상되는 수준이 미비한 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 11은 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 시간에 따른 부식수명을 보여주는 그래프로서, 도 11에 나타난 바와 같이 숏볼의 분사 시간이 점점 늘어날수록 부식복합 피로수명도 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 마찬가지로 숏볼의 분사 시간이 약 25초를 지나면서 부식복합 피로수명이 향상되는 수준이 미비한 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 분사 시간은 20초 이상 유지하면 종래예 대비 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 특히 바람직하게는 25초 이상으로 분사시키는 것이 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명을 최대로 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 사이즈에 따른 피로수명 및 부식수명의 변화를 알아보는 시험을 실시하였고, 그 결과를 도 12 및 도 13에 나타내었다.
본 시험은 본 발명에 따른 고내구 코일 스프링의 제조방법에 따라 스프링을 제조하면서 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 사이즈를 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이 변경해 가면서 2차 숏피닝을 실시하였다. 이때 도 12 및 도 13에 기재된 수치(%)는 1차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼 사이즈의 직경 대비 2차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼 사이즈의 비율이다.
도 12는 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 사이즈에 따른 일반 피로수명을 보여주는 그래프로서, 도 12에서 나타난 바와 같이 숏볼의 사이즈는 점점 커질수록 일반 피로수명이 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 숏볼의 사이즈가 40 ~ 60% 수준에서 일반 피로수명이 최대로 나타났고, 이를 초과하면서 급격하게 일반 피로수명이 저감되는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 도 13은 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 사이즈에 따른 부식수명을 보여주는 그래프로서, 도 13에 나타난 바와 같이 숏볼의 사이즈가 점점 커질수록 부식복합 피로수명도 향상되는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 마찬가지로 숏볼의 사이즈가 40 ~ 60% 수준에서 부식복합 피로수명이 최대로 나타났고, 이를 초과하면서 급격하게 부식복합 피로수명이 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 숏볼의 사이즈에 비례하여 압축 잔류응력과 표면조도가 향상되지만 숏볼의 사이즈가 더 커지면 표면조도가 나빠져서(Ra가 높아짐) 노치효과에 의해서 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명이 모두 감소하는 것으로 유추할 수 있다.
따라서, 2차 숏피닝 공정시 숏볼의 사이즈는 1차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼 사이즈 직경의 60% 미만으로 유지하면 종래예 대비 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 특히 바람직하게는 40 ~ 60%로 분사시키는 것이 일반 피로수명 및 부식복합 피로수명을 최대로 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
1: 스프링 10: 수직분사형 노즐
11: 노즐본체 12: 토출구
20, 30: 숏볼

Claims (8)

  1. 코일 형태의 스프링으로서,
    스프링(1)은 단면을 기준으로 스프링(1)의 내부 중심점에 가까운 내측 영역(1a), 스프링(1)의 외부에 가까운 외측 영역(1b), 스프링(1)의 상부에 가까운 상측 영역(1c) 및 스프링(1)의 하부에 가까운 하측 영역(1d)으로 구분하고,
    상기 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 상측 영역(1c) 및 하측 영역(1d)에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 크고,
    상기 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 외측 영역(1b)에 형성된 압축 잔류응력보다 작은 것을 특징으로 하는 고내구 코일 스프링.
  2. 삭제
  3. 코일 형태의 스프링을 제조하는 방법으로서,
    선재를 코일 형태의 스프링(1)으로 성형하는 단계;
    상기 스프링(1) 표면의 소성변형을 증대시키는 1차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행하는 단계; 및
    상기 스프링(1)의 단면을 기준으로 스프링의 내부 중심점에 가까운 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 스프링(1)의 외부에 가까운 외측 영역(1b)에 형성된 압축 잔류응력보다 작으면서, 상기 내측 영역(1a)에 형성된 압축 잔류응력이 스프링(1)의 상부에 가까운 상측 영역(1c) 및 스프링(1)의 하부에 가까운 하측 영역(1d)에 형성된 압축 잔류응력보다 같거나 커지도록, 상기 스프링(1)을 압축시킨 상태에서 적어도 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 숏볼(20)을 분사하여 상기 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 압축 잔류응력을 증대시키는 2차 숏피닝 공정(shot peening)을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내구 코일 스프링 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 2차 숏피닝 공정은
    상기 스프링(1)의 내측 영역(1a)에 숏볼(20)을 분사하면서 상기 스프링(1)의 외측 영역(1b)에도 숏볼(30)을 분사하여 상기 스프링(1)의 외측 영역(1b)에도 압축 잔류응력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 고내구 코일 스프링 제조방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 1차 숏피닝 공정은 스프링(1)을 압축시키지 않은 상태에서 온간 숏피닝으로 이루어지고,
    상기 2차 숏피닝 공정은 스프링(1)을 길이방향으로 자유고의 37 ~ 43%로 압축시킨 상태에서 상온 숏피닝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내구 코일 스프링 제조방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 2차 숏피닝 공정은 87 ~ 93AMP의 강도로 숏볼(20, 30)을 분사하는 것을 특징으로 하는 고내구 코일 스프링 제조방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 2차 숏피닝 공정은 20초 이상 숏볼(20, 30)을 분사하는 것을 특징으로 하는 고내구 코일 스프링 제조방법.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 2차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼(20, 30)의 사이즈는 상기 1차 숏피닝 공정에서 분사되는 숏볼 사이즈의 직경의 60% 미만인 것을 특징으로 하는 고내구 코일 스프링 제조방법.
KR1020160161052A 2016-11-30 2016-11-30 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법 KR101926931B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160161052A KR101926931B1 (ko) 2016-11-30 2016-11-30 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160161052A KR101926931B1 (ko) 2016-11-30 2016-11-30 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180062476A KR20180062476A (ko) 2018-06-11
KR101926931B1 true KR101926931B1 (ko) 2018-12-10

Family

ID=62601102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160161052A KR101926931B1 (ko) 2016-11-30 2016-11-30 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101926931B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012016803A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Chuo Spring Co Ltd ショットピーニング方法、ショットピーニング装置およびコイルばね

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003117830A (ja) * 2001-10-17 2003-04-23 Nhk Spring Co Ltd ショットピーニング装置
JP5322744B2 (ja) * 2009-04-03 2013-10-23 日本発條株式会社 圧縮コイルばねと、コイルばねの製造方法
KR20130051604A (ko) * 2011-11-10 2013-05-21 대원강업주식회사 코일스프링의 표면처리방법
KR102274667B1 (ko) 2014-10-02 2021-07-08 현대모비스 주식회사 스프링 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012016803A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Chuo Spring Co Ltd ショットピーニング方法、ショットピーニング装置およびコイルばね

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180062476A (ko) 2018-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6346157B1 (en) Manufacturing method of suspension spring for car
KR101200694B1 (ko) 차량 현가용 코일 스프링과 그 제조 방법
JPWO2004085685A1 (ja) 高強度ばねの製造方法
US9080233B2 (en) Spring and method for producing same
JP6246761B2 (ja) 機械構造用鋼部材の製造方法
KR101691846B1 (ko) 스프링의 제조 방법
KR101093881B1 (ko) 중공 스태빌라이저 바의 제작방법
EP2078880A2 (en) Leaf spring material and manufacturing method thereof
EP3187600B1 (en) Stainless-steel-spring production method
WO2012133885A1 (ja) ばねおよびその製造方法
CN114226616A (zh) 一种tb17钛合金等温锻造方法
CN105695922A (zh) 30Cr3SiNiMoVA钢的表面辉光离子渗氮方法
KR101926931B1 (ko) 고내구 코일 스프링 및 그 제조방법
CN101476092B (zh) 金属材料变温应力喷丸方法
KR20160039873A (ko) 스프링 제조방법
CN106271394A (zh) 高尔夫球杆头制造方法
KR100323468B1 (ko) 높은 피로 저항성을 갖는 엔진 밸브 스프링을 제작할 수 있는 방법
CN110741178B (zh) 弹簧片和用于制造弹簧片的方法
JP2004323912A (ja) 高強度コイルばね及びその製造方法
KR101134422B1 (ko) 자동변속기용 구동부품 및 그 표면 처리방법
JPH04310372A (ja) カットワイヤ用ワイヤの製造方法
KR20100091454A (ko) 표면처리된 금속재 및 그 제조방법
JPH06100942A (ja) ピストンピンの製造方法
KR101372708B1 (ko) 우수한 가공경화율을 갖는 타이어 스틸코드용 강선의 제조방법 및 이에 의해 제조된 타이어 스틸코드용 강선
KR101545846B1 (ko) 수소지연파괴 저항성이 우수한 고강도 피씨 강연선 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant