专利名称：螺旋弹簧的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种在例如车辆的悬架机构等中使用的螺旋弹簧的制造方法，尤其涉及一种喷丸处理条件。
背景技术：
目前，已知一种方法通过对螺旋弹簧进行喷丸处理，在表面附近产生压缩残余应力以提高疲劳强度。在日本专利特开2000-345238号公报或日本专利特开2008-106365号公报中，公开了一种多阶段喷丸处理。在多阶段喷丸处理中，将喷丸处理分为多次来加以执行。另外，作为用于在从弹簧表面到较深位置的范围中产生压缩残余应力的方法，也已知有加载状态喷丸强化、温热喷丸处理(热喷丸处理)。在加载状态喷丸强化中，在将螺旋弹簧压缩后的状态下，喷射出喷丸。在温热喷丸处理中，在将螺旋弹簧加热到250°C左右的状态下，喷射出喷丸。专利文献1 日本专利特开2000-345238号公报专利文献2 日本专利特开2008-106365号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题上述加载状态喷丸强化需要用于对螺旋弹簧进行压缩的设备。而且，由于在将螺旋弹簧压缩后的状态下喷射出喷丸，因此，弹簧钢丝间的间隔变得狭小。因此，存在喷丸不易撞击到螺旋弹簧的内侧、弹簧钢丝间这样的问题。由于上述温热喷丸处理在不能恰当地保持温度时不能获得期望的残余应力分布，因此，温度的管理是困难的。另一方面，也考虑了通过在弹簧钢中添加特定的合金成分来提高螺旋弹簧的疲劳强度。然而，包含特殊的合金成分的弹簧钢价格贵，从而成为螺旋弹簧的成本升高的原因。因此，本发明的目的在于提供一种能通过两阶段的喷丸处理来进一步提高疲劳强度的螺旋弹簧的制造方法。解决技术问题所采用的技术方案本发明的螺旋弹簧的制造方法包括第一喷丸处理工序；以及在该第一喷丸处理工序之后进行的第二喷丸处理工序。在上述第一喷丸处理工序中，使第一喷丸以第一喷射速度撞击到弹簧钢丝，以产生压缩残余应力，从而在上述弹簧钢丝的内部产生压缩残余应力极值部。在上述第二喷丸处理工序中，使第二喷丸以比上述第一喷射速度慢的第二喷射速度且以比上述第一喷丸的动能小的动能撞击到上述弹簧钢丝。通过该第二喷丸处理工序来使靠近表面的部分的压缩残余应力增加得比上述压缩残余应力极值部大。在本发明中，上述第二喷丸的尺寸也可比上述第一喷丸的尺寸小。或者，上述第二喷丸的尺寸也可与上述第一喷丸的尺寸相同。不论哪一种情况，都通过使第二喷丸的喷射速度比第一喷丸的喷射速度小(慢)来使第二喷丸的动能比第一喷丸的动能小。另外，还可在150 350°C的处理温度下进行上述第一喷丸处理工序和上述第二喷丸处理工序。
发明效果根据本发明，通过因第一喷丸以高速撞击而产生的高动能的第一喷丸处理工序和因第二喷丸以低速撞击而产生的低动能的第二喷丸处理工序，能获得对提高螺旋弹簧的疲劳强度更有效的压缩残余应力的分布。另外，在第二喷丸处理工序中，能将叶轮的转速降低得比第一喷丸处理工序低，因此，能减小噪声和振动及耗电量。
图1是包括本发明一实施方式的螺旋弹簧的汽车的局部侧视图。图2是图1所示的螺旋弹簧的立体图。图3是表示图2所示的螺旋弹簧的制造工序的一例的流程图。图4是表示图2所示的螺旋弹簧的制造工序的另一例的流程图。图5是表示本发明实施例1的压缩残余应力分布的图表。图6是表示本发明实施例2及比较例的压缩残余应力分布的图表。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明一实施方式的螺旋弹簧及其制造方法进行说明。图1所示的车辆10的悬架机构11包括螺旋弹簧12和减震器13。在图2所示的螺旋弹簧12中，弹簧钢丝20成形为螺旋形。该螺旋弹簧12在沿轴线X方向被压缩的状态下弹性地支承车辆10的负载。螺旋弹簧12的一例是圆筒螺旋弹簧。弹簧钢丝20的线径d(图2所示)的一例为12.5mm。平均线圈直径D为110. 0mm，自由长度(无负载时的长度)为382mm，有效卷数为5. 39，弹簧常数为33. 3N/mm。螺旋弹簧12的线径为8 21mm是主流的，但也可以是除此以外的线径。另外，还可以是桶形螺旋弹簧、鼓形螺旋弹簧、锥形螺旋弹簧、不等节距螺旋弹簧、负载轴控制螺旋弹簧等各种形式的螺旋弹簧。[实施例1]弹簧钢丝20的钢种是高耐腐蚀性弹簧钢(在本说明书中，为了方便而称为弹簧钢S)。弹簧钢S是提高了耐腐蚀性的钢种，化学成分(质量％ )为C :0. 41、Si 1. 73、Mn 0. 17, Ni 0. 53, Cr :1. 05, V :0. 163, Ti :0. 056, Cu :0. 21，其余成分为 Fe。图3表示高温成形螺旋弹簧的制造工序。在加热工序Sl中，螺旋弹簧的材料即弹簧钢丝被加热到奥氏体化温度(A3相变点以上，1150°C以下)。被加热后的弹簧钢丝在弯曲工序(卷绕工序)S2中被弯曲成螺旋形。然后，进行淬火工序S3和回火工序S4等热处理。通过上述热处理，对弹簧钢丝进行调质以使硬度变为50 56HRC。在例如设计最大应力为1300MPa的螺旋弹簧中，进行调质以使硬度达到54. 5HRC。在设计最大应力为 1200MPa的螺旋弹簧中，进行调质以使硬度达到53. 5HRC。此外，在热定形工序S5中，对螺旋弹簧施加规定时间的轴线方向的负载。利用上述热处理后的余热，在温热环境下进行热定形工序S5。然后，进行第一喷丸处理工序S6。在第一喷丸处理工序S6中，使用喷丸尺寸(颗粒直径)为1.0mm的第一喷丸(铁制的切割线)。在230°C的处理温度下，以速度为76. 7m/ sec (叶轮转速2300rpm)、动能为12. 11 X 10_3J的条件将该第一喷丸喷射到弹簧钢丝。
喷丸的喷射速度是将由喷丸处理装置的叶轮的直径和转速求出的圆周速度乘以1.3倍后的值。例如，在叶轮直径为490mm、叶轮转速为2300rpm的情况下，喷射速度为 1. 3X0. 49X3. 14X2300/60 = 76. 7m/sec。在第一喷丸处理工序S6中，使第一喷丸以高速的第一喷射速度撞击到弹簧钢丝。 因此，可利用具有较高动能的第一喷丸在从弹簧钢丝的表面至深度方向较深的区域中产生压缩残余应力。第一喷丸处理工序S6处理后的弹簧钢丝的表面粗糙度处于75 μ m以下是较为理想的。在进行完第一喷丸处理工序S6之后，进行第二喷丸处理工序S7。在第二喷丸处理工序S7中，使用比上述第一喷丸小的第二喷丸。第二喷丸的喷丸尺寸(颗粒直径)为 0. 67mm。在200°C的处理温度下，以速度为46m/sec (叶轮转速1380rpm)、动能为1. 31 X 10_3J 的条件将该第二喷丸喷射到弹簧钢丝。这样，在实施例1中，使在第二喷丸处理工序S7中所使用的第二喷丸的动能比在第一喷丸处理工序S6中所使用的第一喷丸的动能小。而且，使第二喷丸的喷射速度比第一喷丸的喷射速度小(慢)。作为使第二喷丸的喷射速度比第一喷丸的喷射速度小的方法，例如可通过逆变器控制来改变用于使叶轮旋转的电动机的转速。或者，也可使配置于电动机与叶轮之间的减速机构的减速比变化。表1是对喷丸处理条件的喷丸的动能进行比较后的数据。若喷丸尺寸较大，则即便喷射速度相同，动能也会变大。例如，喷丸尺寸为Imm的大粒喷丸与尺寸为0. 87mm的喷丸进行比较，其动能是尺寸为0. 87mm的喷丸的动能的大致1. 5倍。喷丸尺寸为1. Imm的大粒喷丸与尺寸为0. 87mm的喷丸进行比较，其动能是尺寸为0. 87mm的喷丸的动能的大致 2倍。相反地，喷丸尺寸为0. 67mm的小粒喷丸与尺寸为0. 87mm的喷丸进行比较，若喷射速度相同，则其动能是尺寸为0. 87mm的喷丸的动能的一半以下。对于喷丸尺寸为0. 4mm的喷丸，与尺寸为0. 67mm的喷丸进行比较，即便使其喷射速度是尺寸为0. 67mm的喷丸的喷射速度的大致2倍，其动能也较小。[表 1]
权利要求
1.一种螺旋弹簧的制造方法，包括第一喷丸处理工序(S6)；以及在该第一喷丸处理工序(S6)之后进行的第二喷丸处理工序(S7)，其特征在于，在所述第一喷丸处理工序(S6)中，使第一喷丸以第一喷射速度撞击到弹簧钢丝00)， 以产生压缩残余应力，从而在所述弹簧钢丝OO)的内部产生压缩残余应力极值部(T3)，在所述第二喷丸处理工序(S7)中，使第二喷丸以比所述第一喷射速度慢的第二喷射速度且以比所述第一喷丸的动能小的动能撞击到所述弹簧钢丝(20)，从而使靠近表面的部分的压缩残余应力增加得比所述压缩残余应力极值部CH)大。
2.如权利要求1所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于， 所述第二喷丸的尺寸比第一喷丸的尺寸小。
3.如权利要求1所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于， 所述第二喷丸的尺寸与第一喷丸的尺寸相同。
4.如权利要求1至3中任一项所述的螺旋弹簧的制造方法，其特征在于，所述第一喷丸处理工序(S6)和所述第二喷丸处理工序(S7)是在150 350°C的处理温度下进行的。
全文摘要
一种螺旋弹簧的制造方法，对弹簧钢丝(20)进行第一喷丸处理工序(S6)和第二喷丸处理工序(S7)。在第一喷丸处理工序(S6)中，使第一喷丸以第一喷射速度喷射到弹簧钢丝(20)。利用该第一喷丸的较高的动能，在从弹簧钢丝(20)的表面到较深位置的范围中产生压缩残余应力。在第二喷丸处理工序(S7)中，第二喷丸以比第一喷丸慢的第二喷射速度被喷射出。第二喷丸的动能比第一喷丸的动能小。利用该第二喷丸的较低的动能来增加靠近弹簧钢丝(20)表面的部分的压缩残余应力。
文档编号B24C1/10GK102458767SQ201080027429
公开日2012年5月16日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年6月17日
发明者上杉基, 丹下彰, 久野阳介, 冈田秀树 申请人:日本发条株式会社