專利名稱：車輛用板簧及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轎車、載重汽車、公共汽車、鐵道等車輛的懸架用板簧及其制造方法，特別是涉及盡可能提高耐疲勞性的技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，車輛用板簧(以下簡稱為“板簧”)，是將彈簧鋼進(jìn)行成形后再進(jìn)行淬火、回火，然后在常溫下進(jìn)行噴丸硬化處理而制成的。這種情況下的噴丸硬化處理，是將鋼鐵制的彈丸以高速對(duì)在將板簧安裝在車輛上的狀態(tài)下作用有拉伸應(yīng)力的面進(jìn)行碰撞的處理，這樣，使在其表面部位上產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，從而可提高耐疲勞性。
近年來，人們還知道，如美國專利第959,801號(hào)、美國專利第3,094,768號(hào)、特開平5-148537號(hào)公報(bào)等所揭示的那樣，邊對(duì)彈簧鋼賦予應(yīng)力、邊在常溫下進(jìn)行噴丸硬化的加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理。這種加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理，與通常的噴丸硬化處理相比，可產(chǎn)生更大的殘余壓縮應(yīng)力。
另外，板簧所用的彈簧鋼，現(xiàn)在一般是SUP 6(硅錳鋼)、SUP 9或SUP 9A(鉻錳鋼)、SUP 11A(錳鉻硼鋼)，這些鋼進(jìn)行淬火、回火熱處理后的布氏硬度為388-461 HBW(布氏球痕直徑為2.85-3.10mm)。近年來，正在研究采用布氏硬度為444-495 HBW(布氏球痕直徑為2.75-2.90mm)的SUP 10(鉻釩鋼)。采用該鋼種，由于硬度高且晶粒細(xì)小，故雖然殘余壓縮應(yīng)力的大小與進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的情況相同，但可使耐疲勞性進(jìn)一步提高。
圖8是表示SUP 9或SUP 9A、SUP 11A鋼種在熱處理后在常溫下進(jìn)行了噴丸硬化處理的板簧(1)，和同樣的鋼種在熱處理后在常溫下進(jìn)行了加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的板簧(2)，和SUP 10鋼種在熱處理后進(jìn)行了加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的板簧(3)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的結(jié)果之S-N線圖。該疲勞試驗(yàn)設(shè)定板簧上的應(yīng)力(平均應(yīng)力)為686MPa，并對(duì)該應(yīng)力賦予應(yīng)力振幅地進(jìn)行。根據(jù)圖8所判斷的那樣，耐疲勞次數(shù)為(1)＜(2)＜(3)。另外，板簧(2)、(3)的殘余壓縮應(yīng)力均為80kgf/mm2。
如上所述，若采用SUP 10進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理，則耐疲勞性顯著提高。但是，SUP 10與SUP 6和SUP 9等相比，價(jià)格高，故存在著材料費(fèi)增加的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種采用SUP 9和SUP 11等廉價(jià)的材料而可以獲得與用SUP 10進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理同等的耐疲勞性的板簧及其制造方法。
本發(fā)明的板簧的制造方法的特征是，將由布氏硬度為388 HBW以上且小于555 HBW(用布氏球痕直徑表示，直徑為3.10mm的硬度以上且小于直徑為2.70mm的硬度)的彈簧鋼構(gòu)成的板簧主體保持在150-400℃溫度下，并且邊對(duì)板簧主體施加與其使用狀態(tài)相同方向的負(fù)荷、邊對(duì)作用有拉伸應(yīng)力的面進(jìn)行第一次噴丸硬化處理。以下，對(duì)本發(fā)明的作用以及限定上述數(shù)值的根據(jù)進(jìn)行說明。另外，在以下說明中，將本發(fā)明的噴丸硬化處理稱為溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理。
彈簧鋼硬度388-555HBW圖1是表示對(duì)設(shè)定了各種淬火、回火后的硬度的、由彈簧鋼構(gòu)成的板簧進(jìn)行溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后的耐疲勞次數(shù)之S-N線圖。該溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理是邊對(duì)板簧的作用有拉伸應(yīng)力的面施加1400MPa應(yīng)力、邊保持在250-300℃溫度下進(jìn)行的。另外，該疲勞試驗(yàn)是將平均應(yīng)力設(shè)為686MPa、應(yīng)力振幅設(shè)為720MPa進(jìn)行的。
如圖1所示，彈簧鋼的硬度以布氏球痕直徑(HBD)表示，在直徑為3.10mm以上、且小于2.70mm時(shí)，可確保耐疲勞次數(shù)為10萬次，但在脫離該范圍的硬度時(shí)，耐疲勞次數(shù)小于10萬次。另外，HBD是用將直徑為10mm的硬質(zhì)合金球以3000kgf負(fù)荷按壓試樣表面時(shí)所產(chǎn)生的凹坑的直徑來表示的。這是因?yàn)閺椈射摰挠捕葹镠BD 2.70mm以上時(shí)，切口敏感性高，耐疲勞性的離散增加，結(jié)果，平均耐疲勞次數(shù)降低。另外，材料硬時(shí)，產(chǎn)生加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的彈丸的硬度低于材料硬度的問題。這意味著噴丸加工變得困難，對(duì)提高疲勞強(qiáng)度最有效的壓縮殘余應(yīng)力層不能充分地形成，也帶來不能提高疲勞強(qiáng)度的本質(zhì)問題。
另一方面，彈簧鋼的硬度小于HBD 3.1mm時(shí)，低溫蠕變特性(耐彈力減弱性)降低，其結(jié)果，耐疲勞次數(shù)也降低。圖2是表示對(duì)設(shè)定了各種淬火、回火后的硬度的、由彈簧鋼構(gòu)成的板簧主體進(jìn)行溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后，施加100MPa應(yīng)力72小時(shí)，去除負(fù)荷后測(cè)定殘余剪切變形的結(jié)果之線圖。如根據(jù)圖2所判斷的那樣，彈簧鋼的硬度若小于HBD 3.10mm，則殘余剪切變形急劇增加，耐彈力減弱性降低。
溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理溫度150-400℃圖3是表示關(guān)于采用各種鋼種并且設(shè)定各種淬火，回火后的保持溫度進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后的板簧的、距材料表面的深度與殘余壓縮應(yīng)力大小的關(guān)系的線圖。如根據(jù)圖3所判斷的那樣，在150℃溫度下進(jìn)行溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的雖然是CUP 9等普通的彈簧鋼，但與用SUP 10在常溫下進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的彈簧鋼相比，壓縮殘余應(yīng)力大，而且其深度較深。另外，在400℃溫度下進(jìn)行溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的板簧，殘余壓縮應(yīng)力大幅度增大，而且其深度也大幅度變深。而對(duì)通常的材料在常溫下進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后，與用SUP 10在常溫下進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后的材料相比，殘余壓縮應(yīng)力低，另外，用通常的材料在常溫下進(jìn)行噴丸硬化處理后，殘余壓縮應(yīng)力更加降低。因此，可以判斷，通過將材料保持在150-400℃溫度下進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理，即使是廉價(jià)的材料，也可以增加耐疲勞次數(shù)。
另外，加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的保持溫度超過400℃時(shí)，加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的加工程度大，表面粗糙度增加，其結(jié)果，切口敏感性增加，耐疲勞次數(shù)降低。另外，超過400℃時(shí)，壓縮殘余應(yīng)力顯著釋放，也是耐疲勞性降低的一個(gè)原因。噴丸硬化處理時(shí)的保持溫度最好為150-350℃，若為250-325℃，則更加合適。


圖1是表示用來說明本發(fā)明的作用的硬度與折壞次數(shù)的關(guān)系之圖。
圖2是表示用來說明本發(fā)明的作用的硬度與殘余剪切變形的關(guān)系之圖。
圖3是表示用來說明本發(fā)明的作用的距表面的距離與殘余壓縮應(yīng)力的關(guān)系之圖。
圖4A是表示本發(fā)明的實(shí)施形式的板簧之側(cè)視圖，圖4B是其后視圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施形式中的板簧制造工序之圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的S-N線圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施例中的另一S-N線圖。
圖8是現(xiàn)有的板簧中的S-N線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明的合適實(shí)施形式進(jìn)行說明。
為更有效地進(jìn)行本發(fā)明的溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理，最好通過施加在板簧主體上的負(fù)荷來對(duì)表面施加1200-1900MPa的拉伸應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明人等的研究，若拉伸應(yīng)力小于1200MPa，則殘余壓縮應(yīng)力值不夠大，另外，若拉伸應(yīng)力大于1900MPa，則特別是在鋼種為SUP 11A時(shí)，在加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理時(shí)，板簧中央所形成的孔處往往會(huì)折壞。
另外，第一次噴丸硬化處理后，若使用平均粒徑比第一次噴丸硬化處理中所用的彈丸的平均粒徑小的彈丸，而且將板簧主體保持在150-400℃溫度下，并邊對(duì)板簧主體施加與其使用狀態(tài)相同方向的負(fù)荷邊對(duì)作用有拉伸應(yīng)力的面進(jìn)行第二次噴丸硬化處理是合適的。這樣，用小直徑的彈丸可以對(duì)板簧主體的最表面部位賦予塑性變形，可以提高該部分的壓縮殘余應(yīng)力，從而可以進(jìn)一步提高耐疲勞性。更具全地說，第一次噴丸硬化處理所用的彈丸的平均粒徑為0.8-1.2mm，第二次噴丸硬化處理所用的彈丸的平均粒徑為0.2-0.6mm即可。
根據(jù)上述的板簧制造方法，即使用SUP 9等廉價(jià)材料構(gòu)成時(shí)，也可獲得與SUP 10進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后的材料同等以上的耐疲勞性。本發(fā)明是用上述制造方法制造的板簧，其特征是，殘余壓縮應(yīng)力分布在距作用有拉伸應(yīng)力的面的表面為0.4-0.6mm深的范圍，該殘余壓縮應(yīng)力的最大值為800-1800N/mm2。
用于本發(fā)明的合適的彈簧鋼是SUP 9和SUP 11等，較合適的是具有下述表1所示的成分的彈簧鋼。
表1

圖4是表示實(shí)施形式的板簧之圖。將從該板簧的中央部向兩側(cè)逐漸減薄的板簧主體1的兩端部卷起而形成安裝部2，在板簧主體1的中央部形成有安裝托架等部件用的孔3。該板簧成形為圖中點(diǎn)劃線所示的彎曲的形狀，在使用狀態(tài)下沿著箭頭方向給予圖中以W所示的負(fù)荷。
圖5是表示為制造上述板簧的工序之圖。首先，對(duì)入廠的材料進(jìn)行檢查，切斷成規(guī)定尺寸的板材，并在中央機(jī)械加工孔3。然后，將板材加熱，并進(jìn)行軋制加工，使兩端部逐漸減薄。接著，對(duì)板材兩端部之中卷起的部分進(jìn)行機(jī)械加工，使其寬度逐漸變窄，加熱后將兩端部卷起而形成安裝部2。這樣，所形成的板簧的半成品加熱后被彎曲成形，再投入淬火槽進(jìn)行淬火。其后，對(duì)半成品進(jìn)行回火，接著，在保持成150-400℃溫?zé)釁^(qū)域的溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化裝置內(nèi)進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理。這時(shí)，利用適宜的夾具對(duì)半成品施加圖4中箭頭所示方向的負(fù)荷，從與箭頭相反以一側(cè)方向向半成品噴射彈丸。
然后，對(duì)自然冷卻后的半成品進(jìn)行涂漆，安裝托架等，同時(shí)，根據(jù)規(guī)格將數(shù)片半成品組合起來。其后，對(duì)板簧組裝體進(jìn)行調(diào)整，使得在使用時(shí)的負(fù)荷方向上施加超過彈性限度的負(fù)荷，經(jīng)過涂漆和檢查，便成為板簧的成品。
盡管在上述制造工序中，采用保持成溫?zé)釁^(qū)域的溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化裝置，但也可以采用常溫加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化裝置。即，也可以如圖5中雙點(diǎn)劃線所示，在緊靠常溫加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化裝置的上游側(cè)設(shè)置專用回火裝置，從回火裝置出來的半成品趁在未冷卻期間搬入常溫加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化裝置而進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理。或者，為了縮短制造時(shí)間，也可以將從溫?zé)峄虺丶虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化裝置出來的半成品在冷卻裝置中進(jìn)行冷卻。
實(shí)施例1下面，表示具體的制造例且對(duì)本發(fā)明更詳細(xì)地進(jìn)行說明。將由SUP9構(gòu)成的板材成形為圖4所示的形狀，進(jìn)行淬火、回火后再進(jìn)行溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理。溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理，是邊對(duì)板簧的作用有拉伸應(yīng)力的面施加1400MPa的應(yīng)力、邊保持在250-300℃溫度下進(jìn)行的。然后，設(shè)定該板簧上的平均應(yīng)力為686MPa、并設(shè)定了各種應(yīng)力振幅進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)。另外，為了進(jìn)行比較，將由SUP 10構(gòu)成的板材成形為圖4所示的形狀，進(jìn)行淬火、回火后，邊施加1400MPa的應(yīng)力、邊進(jìn)行加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理。對(duì)該板簧在與上述條件相同的條件下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。其結(jié)果示于圖6。如圖6所示，進(jìn)行了溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的本發(fā)明的板簧，與用SUP 10進(jìn)行了加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理的板簧具有同等以上的耐疲勞次數(shù)。
實(shí)施例2用各種彈簧鋼制造了圖4所示的板簧。這時(shí)，對(duì)板簧進(jìn)行常溫下的噴丸硬化處理(SP)、常溫下的加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理(SSP)、溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理(WSSP)的任一種處理。在這種情況下，常溫下的噴丸硬化處理和常溫下的加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理是施加900MPa的應(yīng)力進(jìn)行的，溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理是施加1400MPa的應(yīng)力進(jìn)行的，溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理是保持在250-300℃溫度下進(jìn)行的。
對(duì)以上的板簧，將平均應(yīng)力設(shè)為686MPa，并設(shè)定各種應(yīng)力振幅，進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)。其結(jié)果示于圖7。圖6中的虛線是在將SUP 10進(jìn)行常溫下的加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后，將板簧耐疲勞次數(shù)的曲線的最小值連接起來而成的。SUP 9和SUP 11進(jìn)行溫?zé)峒虞d狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后的板簧耐疲勞次數(shù)的曲線在虛線的大致上側(cè)或右側(cè)，故可以判斷，顯示了與用SUP 10進(jìn)行常溫下加載狀態(tài)噴丸強(qiáng)化處理后的板簧具有同等以上的耐疲勞次數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種車輛用板簧的制造方法，其特征在于，將布氏硬度具有388HBW以上且小于555 HBW(以布氏球痕直徑表示，直徑為3.10mm的硬度以上且小于2.70mm的硬度)的、由彈簧鋼構(gòu)成的板簧主體保持在150-400℃溫度下，并邊對(duì)上述板簧主體施加與其使用狀態(tài)相同方向的負(fù)荷、邊對(duì)作用有拉伸應(yīng)力的面進(jìn)行第一次噴丸硬化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用板簧的制造方法，其特征在于，利用上述負(fù)荷，施加1200-1900MPa的拉伸應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用板簧的制造方法，其特征在于，上述第一次噴丸硬化處理后，使用平均粒徑比在第一次噴丸硬化處理時(shí)所使用的彈丸的平均粒徑更小的彈丸，并且將上述板簧主體保持在150-400℃溫度下，邊對(duì)上述板簧主體施加與其使用狀態(tài)相同方向的負(fù)荷、邊對(duì)作用有拉伸應(yīng)力的面進(jìn)行第二次噴丸硬化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛用板簧的制造方法，其特征在于，在上述第一次噴丸硬化處理時(shí)所用的彈丸的平均粒徑為0.8-1.2mm，在上述第二次噴丸硬化處理時(shí)所用的彈丸的平均粒徑為0.2-0.6mm。
5.一種車輛用板簧，是用權(quán)利要求1所述的制造方法制造的車輛用板簧，其特征在于，在距作用有上述拉伸應(yīng)力的面的表面0.4-0.6mm深的范圍內(nèi)分布有殘余壓縮應(yīng)力，該殘余壓縮應(yīng)力的最大值為800-1800N/mm。
全文摘要
一種車輛用板簧，該板簧即使是將SUP 9和SUP11之類廉價(jià)的彈簧鋼作為材料，也可使耐疲勞性提高。將布氏硬度具有388 HBW以上且小于555 HBW(以布氏球痕直徑表示，直徑為3.10mm的硬度以上、且小于直徑為2.70mm的硬度)的、由彈簧鋼構(gòu)成的板簧主體保持在150－400℃溫度下，同時(shí)邊對(duì)板簧主體施加與其使用狀態(tài)相同方向的負(fù)荷、邊對(duì)作用有拉伸應(yīng)力的面進(jìn)行第一次噴丸硬化處理。
文檔編號(hào)B24C1/10GK1607995SQ02826180
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者明田守, 矢野純一, 奧山勇, 丹下彰 申請(qǐng)人:日本發(fā)條株式會(huì)社