弹簧用钢丝的制作方法

专利名称：：弹簧用钢丝的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种弹簧钢丝。
背景技术：
：例如，在未经审査的日本专利申请公开No.2005-171297中所公开的包括磷酸盐薄膜的弹簧钢丝是一种己知类型的弹簧钢丝。
发明内容要解决的技术问题在这种包括磷酸盐薄膜的弹簧钢丝中，由于磷酸盐薄膜的影响可能引起诸如当弹簧钢丝形成为弹簧时所制造出的无缺陷品的比例降低等故障。为了增加当弹簧钢丝形成为弹簧时所制造出的无缺陷品的比例，本发明的目的在于提供一种当形成为弹簧时具有令人满意的可加工性的弹簧钢丝。技术方案本发明的弹簧钢丝通过拉伸包括有磷酸盐薄膜的钢丝制造而成，其中，所述薄膜的重量在3.0至5.5g/n^的范围内，并且R/d在1.06><10-3至3.92xl(^的范围内，其中R表示弹簧钢丝的表面粗糙度；以及d表示所述弹簧钢丝的直径。薄膜的重量大于或等于3.0g/r^可以防止在拉伸过程中由于薄膜具有小的厚度而通过咬粘(seizure)造成的表面裂纹。薄膜的重量小于或等于5.5g/r^可以抑制在拉伸过程中由于薄膜具有大的厚度而造成的模具的堵塞。从而，可以获得不带有由于咬粘而造成的表面裂纹或损伤的弹簧钢丝。当制造弹簧钢丝时，进行拉伸以获得目标直径。为了平滑地进行拉伸和拉伸之后的弹簧形成，在拉伸之前可将润滑剂附着在钢丝上。在R/d处于1.06xl(^至3.92xl(T3的范围内的弹簧钢丝中，润滑剂均匀地存留在钢丝的表面上，其中R表示拉伸之后的表面粗糙度，d表示拉伸之后的弹簧钢丝的直径。从而，可以稳定地形成弹簧。如上所述，可以获得均匀且可靠地附着有润滑剂的弹簧钢丝，并且弹簧钢丝不带有由于咬粘造成的表面裂纹或由于模具的堵塞而造成的损伤。所述弹簧钢丝在弹簧形成过程中具有令人满意的可加工性。优选地，所述弹簧钢丝的直径小于或等于0.45mm，所述弹簧钢丝的表面覆盖有所述磷酸盐薄膜以及在拉伸过程中所使用的润滑剂，并且附着在所述表面上的所述磷酸盐薄膜与所述润滑剂的总重量在0.04至0.09g/m2的范围内。作为另一种选择，优选地，所述弹簧钢丝的直径超过0.45mm，所述弹簧钢丝的表面覆盖有所述磷酸盐薄膜以及在拉伸过程中所使用的润滑剂，并且附着在所述表面上的所述磷酸盐薄膜与所述润滑剂的总重量在0.12至0.14g/n^的范围内。总重量在0.04至0.09g/m2或0.12至0.14g/m2的范围内可导致夹具稳定地滑动并且在弹簧形成过程中不易于由所述磷酸盐薄膜产生尘屑，由此可提供具有令人满意的可加工性的弹簧钢丝。在所述钢丝上形成的所述磷酸盐薄膜优选通过电解处理而形成。在这种情况下，可以制造出具有均匀的磷酸盐薄膜的钢丝。从而，可以可靠地制造出具有令人满意的可加工性的弹簧钢丝。所述钢丝优选为髙碳钢丝。在这种情况下，可以制造出具有优良强度的弹簧钢丝。有益效果根据本发明，可以提供一种当其形成为弹簧时具有令人满意的可加工性的弹簧钢丝。从而，使用本发明的弹簧钢丝可以增加无缺陷弹簧的比例。图1为由根据实施例的弹簧钢丝形成的螺旋弹簧的示意图。图2显示了用于制造根据实施例的弹簧钢丝的步骤。图3显示了用于制造螺旋弹簧的装置的示意性简图。图4显示了微观不平度的十点高度。参考标号Wl弹簧钢丝Sl螺旋弹簧具体实施例方式.下面将参照各图对本发明的优选实施例进行详细说明。利用相同的参考标号表示相同或相当的元件，并且不会重复多余的说明。图1为由根据本实施例的弹簧钢丝形成的螺旋弹簧的示意图。通过巻绕弹簧钢丝Wl形成图1中所示的螺旋弹簧Sl。弹簧钢丝Wl是通过拉伸包括磷酸盐薄膜的钢丝而形成的。该钢丝是高碳钢丝。通过使用高碳钢丝将获得具有优良强度的弹簧钢丝。下面将说明用于制造弹簧钢丝Wl的方法。图2显示了用于制造弹簧钢丝Wl的方法。如图2所示，弹簧钢丝Wl的制造过程如下所述利用机械去鳞机或类似装置使来自供应巻轴的钢丝受到弯曲(步骤S21)。在弯曲之后，对钢丝进行酸洗以去除附着在钢丝表面的氧化物(步骤S22)。可通过电解酸洗或非电解酸洗(成批处理)进行酸洗。在本实施例中，采用将钢丝作为阴极的电解酸洗。下面将详细说明理由。在酸洗之后，对钢丝进行水洗以洗去附着在其表面的酸溶液(步骤S23)。在水洗之后，对钢丝进行表面修整(步骤S24)。通过表面修整以快速形成致密的磷酸盐薄膜。在受到表面修整的钢丝上形成磷酸盐薄膜(步骤S25)。可通过电解处理或非电解处理(成批处理)形成磷酸盐薄膜。在本实施例中，采用将钢丝作为阴极的电解处理。磷酸盐薄膜的重量设定在3.0至5.5g/n^的范围内。薄膜的重量小于3.0g/n^在拉伸过程中易于由于咬粘而造成表面裂纹。薄膜的重量超过5.5g/m2的将引起拉伸过程中模具的堵塞，从而不易获得具有均匀表面的钢丝。因此，磷酸盐薄膜的重量在3.0至5.5g/m2的范围可获得不带有由于咬粘而造成的表面裂纹或损伤的弹簧钢丝。随后，对所得到的包括磷酸盐薄膜的钢丝进行热水洗(步骤S26)。进行热水洗的目的是为了洗去酸溶液并促进磷酸盐薄膜的形成。在热水洗之后，对钢丝进行烘干(步骤S27)。对干燥的钢丝施加润滑剂并利用模具进行拉伸(步骤S28)。由此，制造出弹簧钢丝Wl。接着，将所得到的弹簧钢丝Wl巻绕在接收巻轴上。在上述生产方法中，以这样的方式进行调整BP,使R/d在1.06X10—3至3.92X1(T的范围内，其中R表示表面粗糙度，d表示弹簧钢丝Wl的直径。将R/d调整在该范围内可获得其表面均匀地存留有润滑剂的弹簧钢丝Wl。当R/d小于1.06X10—:1时，由于过于平坦的表面使得在拉伸过程中大多数润滑剂将附着在模具上，从而可能获得几乎不具有润滑剂的弹簧钢丝Wl。当R/d超过3.92X10—:'时，由于过于粗糙的表面可使弹簧钢丝Wl具有分布不均匀的润滑剂。由于润滑剂可均匀地附着在表面上，使用R/d在1.06X10—3至3.92X10—3范围内的弹簧钢丝Wl可以平滑地形成螺旋弹簧Sl。R/d优选处于1.06X10—3至2.27X10—3的范围内，因为这样润滑剂可更均匀地附着在表面上。在该制造方法中，在钢丝直径小于或等于0.45mm(例如0.26至0.45mm)的情况下，将附着在弹簧钢丝Wl上的磷酸盐薄膜和润滑剂的总重量调整为0.04至0.09g/m2。总重量小于0.04g/n^在螺旋弹簧S1的形成过程中将削弱夹具的滑动性能。总重量超过0.09g/m2在螺旋弹簧S1的形成过程中将导致夹具的过滑并将产生尘屑。在钢丝直径小于或等于0.45mm的情况下，当将所附着的磷酸盐薄膜和润滑剂的总重量调整为0.04至0.09g/m2时，可以获得在弹簧形成过程中使得夹具的滑动稳定并且不易由磷酸盐薄膜产生尘屑的弹簧钢丝相似地，在钢丝直径超过0.45mm(例如0.50至1.80mm)的情况下，优选的是将附着在弹簧钢丝Wl上的磷酸盐薄膜和润滑剂的总重量调整为0.12至0.14g/m2。总重量小于0.12g/m"在螺旋弹簧SI形成的过程中将削弱夹具的滑动性能。总重量超过0.14g/r^在螺旋弹簧Sl的形成过程中将导致夹具的过滑并将产生尘屑。在钢丝直径超过0.45mm的情况下，当将所附着的磷酸盐薄膜和润滑剂的总重量调整为0.12至0.14g/m2时，可以获得在弹簧形成过程中使得夹具的滑动稳定并且不易由磷酸盐薄膜产生尘屑的弹簧钢丝Wl。下面将说明用于形成螺旋弹簧Sl的方法。图3显示了用于制造螺旋弹簧的装置的示意性简图。根据制造装置M1，利用辊子l将从接收巻轴上送出的弹簧钢丝Ml矫正成具有大致直线形状。被矫正的弹簧钢丝Wl随着供给辊2的旋转被传送至钢丝导向器3并通过巻绕销4被弯曲并围绕心棒5巻绕。在巻绕过程中利用螺距工具6将簧圈节距设定为预定值。当达到预定巻绕数时，利用切割器7切割弹簧钢丝Wl以形成螺旋弹簧Sl。下面将说明采用电解处理进行酸洗及磷酸盐薄膜的形成的理由。为了比较电解处理与非电解处理，进行以下实验通过电解处理和非电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成，以检査磷酸盐薄膜的重量的不均匀性。这里所定义的术语"非电解处理"是指这样的处理艮P，将钢丝浸入溶液中以进行酸洗及磷酸盐薄膜的形成。将含有20至70g/L的P04离子、20至50g/L的Zn离子以及30至80g/L的NO3离子的溶液用于磷酸盐薄膜的形成。从而，待形成的磷酸盐薄膜为磷酸锌薄膜。在磷酸盐薄膜的形成过程中将温度设定为75。C至85。C。准备好具有1.05mra和5.OOmm的直径的钢丝。将所附着的各磷酸盐薄膜的目标重量设定为5.5g/m、对于具有1.05mm的直径的钢丝将电流密度设定为13.2A/dm2，对于具有5.00mm的直径的钢丝将电流密度设定为11.8A/dm2。在磷酸盐薄膜的形成中使用的处理槽具有25,000mm的长度。在磷酸盐薄膜形成之后，进行热水洗和烘干。在每根钢丝上相互间隔10mm的五点处测量薄膜的重量。表I显示了采用电解处理的结果。表II显示了采用非电解处理的结果。表I]<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在实例1中，点1至5处的平均值为5.502g/m2，标准偏差为0.256。在比较例1中，磷酸盐薄膜中点11至15处的平均值大约为5.61g/m2，标准偏差为0.504。因此，在钢丝具有1.05mm的直径的情况下，结果表明当采用电解处理时的标准偏差与采用非电解处理的情况相比降低了约51%。在实例2中，点6至10处的平均值为5.440g/m2，标准偏差为0.241。在比较例2中，磷酸盐薄膜中点16至20处的平均值为5.316g/m2，标准偏差为0.539。因此，在钢丝具有5.00mm的直径的情况下，结果表明当采用电解处理时的标准偏差与采用非电解处理的情况相比降低了约55%。如上所述，结果表明与采用非电解处理的情况相比，采用电解处理可降低薄膜重量的不均匀性从而可形成均匀的磷酸盐薄膜。因此，对于酸洗和磷酸盐薄膜的形成优选采用电解处理。进行以下实验以检查弹簧形成过程中的可加工性准备好通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的多根钢丝以及通过非电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的多根钢丝并对这些钢丝拉伸以形成弹簧钢丝。将所得到的弹簧钢丝形成为螺旋弹簧。在每种处理中计算出无缺陷螺旋弹簧的比例。具体而言，准备好通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的、磷酸盐薄膜重量彼此不同且各自都具有1.05mm的直径的多根钢丝作为实例3至6。此外，准备好通过非电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的、磷酸盐薄膜重量彼此不同且各自都具有1.05mm的直径的多根钢丝作为比较例3至5。利用7至13工位的模具拉伸钢丝以形成各自具有0.26mm的直径的弹簧钢丝。在拉伸过程中使用含有约70%的钠基或钙基金属皂的润滑剂。准备好通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的、磷酸盐薄膜重量彼此不同且各自都具有1.7mm的直径的多根钢丝作为实例7和8。准备好通过非电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的且具有1.7mm的直径的钢丝作为比较例6。利用7至13工位的模具拉伸钢丝以形成各自具有0.45mm的直径的弹簧钢丝。在拉伸过程中使用含有约70%的钠基或钙基金属皂的润滑剂。准备好通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的并具有2.3mm的直径的钢丝作为实例9。准备好通过非电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的并具有2.3mm的直径的钢丝作为比较例7。利用7至13工位的模具拉伸钢丝以形成各自具有0.5mm的直径的弹簧钢丝。在拉伸过程中使用含有约70%的钠基或钙基金属皂的润滑剂。准备好通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的并具有4.00mm的直径的钢丝作为实例10。准备好通过非电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的并具有4.00mm的直径的钢丝作为比较例8。利用7至13工位的模具拉伸钢丝以形成各自具有1.2mm的直径的弹簧钢丝。在拉伸过程中使用含有约70%的钠基或钙基金属皂的润滑剂。准备好通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的、磷酸盐薄膜重量不同的且每根都具有5.00mm的直径的多根钢丝作为实例11至14。此外，准备好通过非电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成的、磷酸盐薄膜重量不同的且每根都具有5.00mm的直径的多根钢丝作为比较例9至11。利用7至13工位的模具拉伸钢丝以形成各自具有1.8mm的直径的弹簧钢丝。在拉伸过程中使用含有约70%的钠基或钙基金属皂的润滑剂。测量附着在所得到的每根弹簧钢丝上的磷酸盐薄膜和润滑剂的总重量。另外，还测量表面粗糙度。术语"表面粗糙度"是指由JISB0601-2001(产品几何特性规范(GPS)—表面状态轮廓曲线方式一术语、定义及表面状态参数)定义的或表示的微观不平度十点高度(Rz)。换句话说，如图4所示，微观不平度十点高度是指在断面曲线的评价长度中，从平行于平均线且不横穿该断面曲线的直线上沿纵向放大率方向测量的五个最高峰顶的平均值与五个最深谷底的平均值之和(以微米(pm)进行表示)。在测量总重量和表面粗糙度之后，将每根弹簧钢丝形成为螺旋弹簧。计算所形成的无缺陷的螺旋弹簧的比例。这里定义的短语"无缺陷螺旋弹簧的比例"是指用各自具有规定范围内的自由长度的无缺陷螺旋弹簧的数量除以所形成的螺旋弹簧的总数得到的比例。各螺旋弹簧的自由长度设定为40mm或60mm或70mm或100mm或200mm。表3(III)至7(VII)显示了测量结果。表3显示了钢丝直径为0.26mm的结果。表4显示了钢丝直径为0.45mm的结果。表5显示了钢丝直径为0.5mm的结果。表6显示了钢丝直径为1.2mm的结果。表7显示了钢丝直径为1.8mm的结果。在各表中，R表示表面粗糙度，d表示钢丝直径，以及D表示各螺旋的平均直径。从而D/d表示弹簧指数。[表III]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表IV]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>[表v]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>[表VII]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>实例3至14的每一个实例中的弹簧钢丝与根据本实施例的弹簧钢丝Wl相同并且是在上述条件下制造而得到的。换句话说，通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜的形成，并且各磷酸盐薄膜的重量处于3.0至5.5g/m2的范围内。比较例3至11的每一个比较例中的弹簧钢丝不同于根据本实施例的弹簧钢丝W1，在这些比较例中，酸洗和磷酸盐薄膜形成是采用非电解处理进行的。测量结果表明，在实例3至6的每一个实例中的弹簧钢丝中，R/d在1.06xl0—s至3.92><10—3的范围内，并且所附着的磷酸盐薄膜与润滑剂的总重量在0.04至0.09g/n^的范围内。在实例3至6的每一个实例中由弹簧钢丝形成的无缺陷螺旋弹簧的比例为81.6%至93.5%。在比较例3至5的每一个比较例中的弹簧钢丝中，R/d在4.42><10—3至5.69x10—3的范围内，并且所附着的磷酸盐薄膜与润滑剂的总重量在0.103至0.132g/r^的范围内。在比较例3至5的每一个比较例中由弹簧钢丝形成的无缺陷螺旋弹簧的比例为68.0%至79.1%。与比较例3至5的每一个比较例中的弹簧钢丝相比，在实例3至6的每一个实例中的弹簧钢丝中无缺陷螺旋弹簧的比例高。从而，结果表明在通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜形成并且磷酸盐薄膜的重量在3.0至5.5g/n^的范围内的情况下，可以获得在弹簧形成过程中具有令人满意的可加工性的弹簧钢丝。下面将论述在比较例3至5的每一个比较例中的无缺陷螺旋弹簧的比例低于实例3至6的每一个实例中无缺陷螺旋弹簧的比例的原因。使用比较例3至5的每一个比较例中的弹簧钢丝导致无缺陷螺旋弹簧的比例低的原因可能如下从上述各实验中显而易见，与电解处理相比采用非电解处理会增加薄膜重量的不均匀性。薄膜重量的不均匀性大会增加表面粗糙度。通过拉伸具有粗糙表面的钢丝形成的弹簧钢丝同样具有粗糙的表面。这样具有粗糙表面的弹簧钢丝具有分布不均匀的润滑剂，从而导致难于稳定地形成弹簧并降低了无缺陷螺旋弹簧的比例。事实上，与采用电解处理的实例3至6相比，在采用非电解处理的比较例3至5中表面粗糙度大，并且无缺陷螺旋弹簧的比例低。具有粗糙表面的弹簧钢丝在其表面具有大的微观不平度。从而，在拉伸过程中附着在表面凹陷处的润滑剂不会被去除并且存留在该处。因此，大量的润滑剂附着在具有粗糙表面的弹簧钢丝上。大量附着的润滑剂将导致在弹簧形成过程中夹具的过滑，由此导致难于稳定地形成弹簧并降低了无缺陷螺旋弹簧的比例。事实上，与采用电解处理的实例3至6相比，在采用非电解处理的比较例3至5中包括润滑剂的总重量大，并且无缺陷螺旋弹簧的比例低。考虑到上述结果，为了增加无缺陷螺旋弹簧的比例，不一定要通过电解处理进行酸洗和磷酸盐薄膜的形成。换句话说，通过设定适当的R/d也可以增加无缺陷螺旋弹簧的比例。具体而言，可以以这样的方式获得弹簧钢丝艮卩，使R/d在1.06"0-3至3.92><10-3的范围内。此外，只要所附着的磷酸盐薄膜与润滑剂的总重量与实例3至14相同，也就是该总重量在0.04至0.09g/m2或0.12至0.14g/m2的范围内，就能够可靠地增加无缺陷螺旋弹簧的比例。如上所述，在本实施例中，拉伸磷酸盐薄膜的重量为3.0至5.5g/m2的钢丝可获得不带有由于咬粘等而造成的表面裂纹的弹簧钢丝Wl。将R/d设定为1.06xl0-s至3.92x10—3可获得均匀且可靠地附着有润滑剂的弹簧钢丝Wl。因此，可以获得在弹簧形成过程中具有令人满意的可加工性的弹簧钢丝。以上对本发明优选的实施例进行了说明。然而，本发明并不局限于这些实施例。例如，在本实施例中，弹簧钢丝形成为螺旋弹簧。然而，可由根据本发明的弹簧钢丝形成的弹簧并不局限于螺旋弹簧。权利要求1.一种弹簧钢丝，其通过拉伸包括有磷酸盐薄膜的钢丝制造而成，其中，所述薄膜的重量在3.0至5.5g/m2的范围内，并且R/d在1.06×10-3至3.92×10-3的范围内，其中R表示弹簧钢丝的表面粗糙度；以及d表示所述弹簧钢丝的直径。2.根据权利要求1所述的弹簧钢丝，其中，所述弹簧钢丝的直径小于或等于0.45mm，并且所述弹簧钢丝的表面覆盖有所述磷酸盐薄膜以及在拉伸过程中所使用的润滑剂，并且附着在所述表面上的所述磷酸盐薄膜与所述润滑剂的总重量在0.04至0.09g/n^的范围内。3.根据权利要求1所述的弹簧钢丝，其中，所述弹簧钢丝的直径超过0.45mm，并且所述弹簧钢丝的表面覆盖有所述磷酸盐薄膜以及在拉伸过程中所使用的润滑剂，并且附着在所述表面上的所述磷酸盐薄膜与所述润滑剂的总重量在0.12至0.14g/ng的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的弹簧钢丝，其中，所述磷酸盐薄膜通过电解处理而形成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的弹簧钢丝，其中，所述钢丝是高碳钢丝。全文摘要本发明公开了一种弹簧钢丝，所述弹簧钢丝通过拉伸包括有磷酸盐薄膜的钢丝而形成，其中，所述薄膜的重量在3.0至5.5g/m²的范围内，并且R/d在1.06×10^-3至3.92×10^-3的范围内，其中R表示表面粗糙度；以及d表示所述弹簧钢丝的直径。文档编号B21C1/00GK101208162SQ20068002039公开日2008年6月25日申请日期2006年12月5日优先权日2005年12月14日发明者佐野裕一,冈本贤一,松冈映史申请人:住友电工钢铁电线株式会社;栃木住友电工株式会社