一種扭桿彈簧制造工藝的制作方法

一種扭桿彈簧制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種扭桿彈簧制造工藝，所述扭桿彈簧由空心棒料制造并具有端部和桿體，包括：下料工序、端部墩粗工序、機械加工工序、淬火工序、回火工序、預扭工序、涂裝工序，在所述端部墩粗工序中，將所述空心棒料的端部加熱，將所述空心棒料置于模腔中，所述模腔的對應所述扭桿彈簧的端部與桿體的過渡位置處設有圓弧過渡，然后將模芯插入所述空心棒料的端部，所述模芯的對應所述扭桿彈簧的端部與桿體的過渡位置處設有圓弧過渡，將所述模芯墩入所述空心棒料，成型后拔出模芯。本發明能夠使得空心棒料制造的扭桿彈簧具有良好的機械性能，實現產品輕量化。
【專利說明】一種扭桿彈簧制造工藝

【技術領域】
[0001]本發明涉及扭桿彈簧熱處理領域。

【背景技術】
[0002]扭桿彈簧作為彈性元件廣泛應用于汽車或其他機械設備，汽車獨立懸架常使用扭桿彈簧作為彈性元件。
[0003]現在扭桿彈簧主要采用彈簧鋼或合金結構鋼，扭桿彈簧斷面通常有圓棒料、空心棒料和矩形截面條材三種，但最常用的是實心圓棒料。車輛懸架主要利用圓棒外層的彈性變形，根據材料力學原理，扭桿彈簧工作時，應力從圓棒中心到表面應力逐漸增大，圓棒體中心應力為零，而表面應力最大，扭桿彈簧棒體內心作用不大，主要是棒體外層起作用，因此使用空心棒料更加合理。
[0004]另外，近年來，隨著人們對節約能源和自然資源的意識逐步增強，世界各國的汽車主機廠都要求在保證性能和強度的前提下不斷減輕零部件的重量，所以使用空心扭桿彈簧來減輕汽車重量是未來發展的一種必然趨勢。
[0005]扭桿彈簧在實際使用過程中，斷裂失效基本上都在兩端部花鍵和中部的桿體連接處，因此該位置處的加工工藝十分重要，對于采用空心棒料加工的扭桿彈簧尤其重要。
[0006]如果采用空心棒料制造扭桿彈簧的話，則理想的扭桿彈簧結構如圖1所示，可見空心棒料的端部2應當被很對稱地墩粗，并且在端部2與桿體I之間的過渡位置3處具有光滑的圓弧過渡，這能夠有效避免兩端部和桿體過渡連接處的斷裂失效。
[0007]在申請公布號:CN103898302A、申請日:2014.03.28、發明名稱“一種高應力扭桿彈簧熱處理工藝”的中國發明專利申請中，通過制坯、機加工、淬火、回火及預扭工藝對扭桿彈簧進行熱處理，從而使工件在熱處理后表面具有較高硬度，而中心仍保持一定的強度及較高的韌性和塑性，從而較少扭桿彈簧疲勞，提高扭桿彈簧使用壽命。但是，該處理工藝仍然只適用于對實心圓棒料的處理，原因是如果采用該工藝中的墩粗方法對空心棒料的端部進行墩粗，則由于棒料是空心的，很容易由于墩粗力不與空心棒料的軸線一致而使空心棒料的端部2塌陷或者變形，端部墩粗后的工件如圖2所示，使廢品率提高。
[0008]在申請公布號:CN102886638A、申請日:2012.10.18、發明名稱“一種懸掛扭桿彈簧快速車削加工方法”的中國發明專利申請中，采用的是冷處理工藝，對原材料兩端進行鍛打從而呈現頭部，然后對頭部進行精車來實現扭桿彈簧的快速加工。但是，利用該方法加工出的扭桿彈簧的機械性能不如上述熱處理工藝好。
[0009]本領域技術人員容易想到的是，在CN103898302A的基礎上，結合CN102886638A，對空心棒料的端部墩粗后如果出現圖2中的情況，則再進行車削就能夠實現端部修形，將塌陷或者變形的端部切除掉一部分材料后也能夠保證端部2與桿體I的軸線相同。
[0010]但是，首先，熱加工之后再進行車削使得加工工序更多更復雜，嚴重影響生產效率；其次，如圖3所示，對圖2中的扭桿彈簧進行車削后，雖然從外表面上看端部2與桿體I的軸線相同，但實際上端部2的材料薄厚不均，實際上惡化了端部2的受力能力，使得端部2極易開裂；再次，結合圖4和圖5可知，采用車削的方式，實際上在過渡位置3與桿體I的連接位置，仍然存在折角，并不能實現圓弧過渡，而如果采用磨削的方式加工圓弧顯然是不經濟的。


【發明內容】

[0011]本發明的目的是克服上述問題，提供一種能夠在采用空心棒料制造扭桿彈簧時對端部進行墩粗的同時在端部與桿體之間產生圓弧過渡，并避免端部塌陷變形的出現，從而保證整個扭桿彈簧具有良好的機械性能。
[0012]為實現上述目的，本發明的實施例提供了如下技術方案:
[0013]一種扭桿彈簧制造工藝，所述扭桿彈簧由空心棒料制造并具有端部和桿體，包括:下料工序、端部墩粗工序、機械加工工序、淬火工序、回火工序、預扭工序、涂裝工序，在所述端部墩粗工序中，將所述空心棒料的端部加熱，將所述空心棒料置于模腔中，所述模腔的對應所述扭桿彈簧的端部與桿體的過渡位置處設有圓弧過渡，然后將模芯插入所述空心棒料的端部，所述模芯的對應所述扭桿彈簧的端部與桿體的過渡位置處設有圓弧過渡，將所述模芯墩入所述空心棒料，成型后拔出模芯。
[0014]優選地，所述空心棒料的端部加熱溫度為1000°C。
[0015]優選地，在所述端部墩粗工序與所述機械加工工序之間還存在退火工序。
[0016]優選地，在所述機械加工工序中，切除所述空心棒料的兩端毛邊，對兩端的內孔和外圓倒角，切除兩端表面的氧化層后再完成兩端花鍵的加工。
[0017]優選地，在所述淬火工序中，采用滾筒式淬火機進行加壓淬火，淬火溫度為950±20°C，淬火時間為25±3秒。
[0018]優選地，在所述回火工序中，回火溫度未300至450°C，回火時間50±5分鐘，淬火與回火時間間隔不超過8小時。
[0019]優選地，在所述回火工序與所述預扭工序之間還存在噴丸工序，在所述噴丸工序中，所用鋼丸直徑小于花鍵細齒根部圓角半徑的一半。
[0020]優選地，在所述涂裝工序中，先對所述扭桿彈簧內外表面進行磷化處理，對兩端花鍵進行包裹保護，然后對所述扭桿彈簧內外表面噴涂環氧樹脂漆，表面熱固化后在兩端花鍵處涂防銹漆。
[0021]本發明中對空心棒料的端部進行加熱，采用模芯插入端部的方式對端部進行墩粗，在墩粗的過程中模腔對空心棒料的流料進行限定，從而使端部與桿體之間的過渡位置依模腔和模芯的圓弧過渡而形成圓弧，并且端部墩粗后流料均勻，不會產生塌陷、變形缺陷。
[0022]進一步地，在機械加工工序中對內孔和外圓倒角能夠避免應力集中，去除兩端表面的氧化層后利于花鍵的加工并保證端部受力能力。
[0023]進一步地，采用滾筒式淬火機進行加壓淬火，及控制加熱溫度和時間，能夠有效避免淬火時扭桿變形及淬火不均問題。
[0024]進一步地，噴丸工序能夠消除扭桿表面細微裂紋，提高表面硬度和強度，采用鋼丸直徑小于細齒根部圓角直徑的一半，能夠保證花鍵細齒根部也能夠被噴到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]接下來將結合附圖對本發明的具體實施例作進一步詳細說明，其中:
[0026]圖1示出了空心棒料的端部被墩粗后的理想形狀；
[0027]圖2示出了采用現有技術的工藝對空心棒料的端部進行墩粗后的實際形狀；
[0028]圖3示出了對圖2中的空心棒料的端部進行車削后的扭桿彈簧形狀；
[0029]圖4示出了現有技術中車削后的扭桿彈簧的形狀；
[0030]圖5是圖4中的A部分的局部放大圖；
[0031]圖6是本發明的實施例的扭桿彈簧制造工藝的工序圖；
[0032]圖7是本發明的實施例所采用的模具及模芯的結構圖；
[0033]圖8是本發明的實施例的空心棒料置于圖7中的模具后的結構圖；
[0034]圖9是采用本發明的實施例的扭桿彈簧制造工藝對空心棒料端部進行墩粗后的結構圖；
[0035]圖10是采用本發明的實施例的工藝制造的扭桿彈簧的結構圖，并對端部進行局部剖開；
[0036]圖11是圖10中的B部分的局部放大圖。
[0037]上圖中標記說明:桿體1、端部2、過渡位置3、模芯4、端面41、加粗段42、導入段43、過渡段44、模腔5、上模51、下模52、夾持部53、粗部54、過渡部55。

【具體實施方式】
[0038]參考圖6，本發明的由空心棒料制造扭桿彈簧的工藝包括:下料工序、端部墩粗工序、退火工序、機械加工工序、淬火工序、回火工序、噴丸工序、預扭工序、涂裝工序。
[0039]下料工序:選擇例如40Cr結構鋼等適合制造空心扭桿彈簧的材料，將空心金屬棒料按空心扭桿彈簧的型號規格進行裁剪，保證原材料外表面無損傷、管內壁無銹蝕、無損傷，管材的直線度要保證0.2/1000mm以內。
[0040]端部墩粗工序:在本發明中，采用如圖7所示的模具和模芯。上模51和下模52合到一起后形成模腔5，模腔5具有與所制造的扭桿彈簧的桿體I外徑相等的夾持部53、與扭桿彈簧的端部的外徑相等的粗部54、和在夾持部53與粗部54之間的過渡部55。其中，過渡部55對應圖1中的扭桿彈簧的端部2與桿體I的過渡位置3，在過渡部55處設有圓弧過渡。模芯4從圖7中由右向左依次設有導入段43、過渡段44、加粗段42及端面41.其中，導入段43的直徑與所制造的扭桿彈簧的桿體I的內徑相同，加粗段42的直徑與所制造的扭桿彈簧的端部2的內徑相同，過渡段44對應扭桿彈簧的端部2與桿體I的過渡位置3，在過渡段44處設有圓弧過渡。在端部墩粗時，如圖8所示，將空心棒料的端部2加熱，優選加熱到1000°C，或者依材料、型號不同采用【背景技術】中所提出的溫度，然后將空心棒料置于模腔5中并伸出一定長度。然后，將模芯4沿著空心棒料的軸線方向插入空心棒料的端部2,并將模芯4墩入空心棒料。由于導入段43的導向作用，并且優選導入段43的長度能夠在插入模芯4時就使導入段43到達桿體I內部，這樣在墩入模芯4的過程中，模芯4沿著軸線方向進入端部2，直至端面41貼合在上模51和下模52的左端，如圖9所示。在墩粗過程中，模芯4與模腔5共同對空心棒料的流料進行限定，從而使端部2與桿體I之間的過渡位置3依模腔5和模芯4的圓弧過渡而形成圓弧，即在空心扭桿彈簧的過渡位置3處的內、外表面均形成了圓弧過渡，外表面的圓弧過渡使得隨后機械加工工序中形成的花鍵與桿體I之間的應力大幅減小，而內表面的圓弧過渡不僅減小應力也利于提高后續的熱處理效果。并且，從圖9可見，端部2墩粗后流料均勻，不會產生塌陷、變形缺陷。空心棒料完成圖9所示的成型后，拔出模芯4。退火工序:將端部墩粗后的空心棒料(此時能夠被稱為扭桿彈簧毛坯)放入爐內保溫冷卻，消除扭桿彈簧毛坯應力。
[0041]機械加工工序:切除墩粗后的空心棒料的兩端毛邊，對兩端的內孔和外圓倒角，避免應力集中，切除兩端表面的氧化層以利于花鍵的加工并保證端部受力能力，然后再在滾齒機上完成兩端花鍵的加工，形成如圖10、圖11所不的扭桿彈黃結構。
[0042]淬火工序:采用滾筒式淬火機進行滾動加壓淬火，淬火溫度為950±20°C，淬火時間為25±3秒，能夠有效控制淬火時的扭桿彈簧變形，避免桿體I產生S形彎曲及淬火不均問題，對直線度進行校正。
[0043]回火工序:回火溫度未300至450°C,回火時間50±5分鐘，淬火與回火時間間隔不超過8小時。
[0044]噴丸工序:噴丸能夠消除扭桿彈簧在熱處理時產生的表面內應力，消除扭桿彈簧表面細微裂紋，提高表面硬度和強度，提高扭桿彈簧疲勞壽命。為獲得良好的機械性能，要在花鍵部位、兩端內孔處噴到。在扭桿彈簧兩端的花鍵部位，為使細齒根部也能被噴到，優選采用的鋼丸直徑小于花鍵細齒根部圓角半徑的一半。噴丸時覆蓋率要大于80%，弧高
0.30?0.60mmARC,正反兩次噴丸，噴丸時間為正反各三分鐘。
[0045]預扭工序:預扭的目的提高扭桿表層的預壓應力來提高其疲勞強度和最大允許剪應力，是對扭桿彈簧強化處理的最重要方法之一，其方法是在扭桿彈簧熱處理后沿其工作時的承載方向施加一扭角(大于使用時的最大工作扭角)，使扭桿彈簧的表層應力超過材料的屈服極限而發生塑性變形，然后再卸載。經過連續加載卸載，使扭桿彈簧表層的塑性變形趨于穩定，并保證最后一次卸載后殘余變形小于規定值。在本實施例中扭桿彈簧的硬度為50HRC左右的扭桿，預扭應變量為0.022弧度，預扭次數2?3次。
[0046]涂裝工序:由于扭桿彈簧安裝在車輪附近，涂裝非常重要。除兩端花鍵外都要進行噴涂。在本實施例中先對扭桿彈簧內外進行表面磷化處理，對兩端花鍵處進行包裹保護，保持花鍵表面整潔；然后內外噴涂環氧樹脂漆，表面熱固化后，扭桿彈簧表面光潔，無皺紋、堆積、裸露等現象；最后兩端花鍵涂防銹油。參數代號I 單位 I實心空心端部直徑 _PBi"θΓθ60.06
桿身直徑d......................................................m.............................____________________0_.____02_3__0.0237
+ 空內徑一d0inO0.0137
_總長__Lm1.02_1.02
端部長度Lcin0.0250,025
過渡圖弧半徑rm0.0780.078
D-d ^D-d.m0.0370.0363
D/dD/d2.6092.582
D/d-1D/d-11.6091.532
F00471 ^ I 過渡段長度—Lbm0.1)500.050
等效長度Im0.0190.020
桿身長度LaBi0.8690.870
等效工作長度 Iem0.908 0.909
剪切模數 GGPa75.46 75.46
+ηa,: ticN.1n / rad """"""2284.0 2283.9
扭轉隨 KT —X.m7-——39:—9一39；—9
扭轉角度 Φ °53.053.0
剪切應力.........................t................................................Mpa........................................................................................................884 4892.3
_體積_ Inrn^~442642321565
重量 mg I kg I3.46612.518
[0048]從表I可見，采用本發明的工藝制造的空心扭桿彈簧，與實心扭桿彈簧相比，在同等性能條件下，重量減低了 27%，實現了產品輕量化。并且，空心扭桿彈簧的產品淬透性得到提高，金相組織一致性也提高，不易產生應力集中，延長了使用壽命。
[0049]雖然本發明是結合以上實施例進行描述的，但本發明并不限定于上述實施例。本領域普通技術人員能夠容易地對其進行修改和變化，但并不離開本發明的實質構思和范圍。
【權利要求】
1.一種扭桿彈簧制造工藝，所述扭桿彈簧由空心棒料制造并具有桿體和端部，包括:下料工序、端部墩粗工序、機械加工工序、淬火工序、回火工序、預扭工序、涂裝工序，其特征在于，在所述端部墩粗工序中，將所述空心棒料的端部加熱，將所述空心棒料置于模腔中，所述模腔的對應所述扭桿彈簧的端部與桿體的過渡位置處設有圓弧過渡，然后將模芯插入所述空心棒料的端部，所述模芯的對應所述扭桿彈簧的端部與桿體的過渡位置處設有圓弧過渡，將所述模芯墩入所述空心棒料，成型后拔出模芯。
2.根據權利要求1所述的扭桿彈簧制造工藝，其特征在于，所述空心棒料的端部加熱溫度為1000°C。
3.根據權利要求1所述的扭桿彈簧制造工藝，其特征在于，在所述端部墩粗工序與所述機械加工工序之間還存在退火工序。
4.根據權利要求1所述的扭桿彈簧制造工藝，其特征在于，在所述機械加工工序中，切除所述扭桿彈簧的兩端毛邊，對兩端的內孔和外圓倒角，切除兩端表面的氧化層后再完成兩端花鍵的加工。
5.根據權利要求1所述的扭桿彈簧制造工藝，其特征在于，在所述淬火工序中，采用滾筒式淬火機進行加壓淬火，淬火溫度為950±20°C，淬火時間為25±3秒。
6.根據權利要求1所述的扭桿彈簧制造工藝，其特征在于，在所述回火工序中，回火溫度未300至450°C，回火時間50±5分鐘，淬火與回火時間間隔不超過8小時。
7.根據權利要求1所述的扭桿彈簧制造工藝，其特征在于，在所述回火工序與所述預扭工序之間還存在噴丸工序，在所述噴丸工序中，所用鋼丸直徑小于花鍵細齒根部圓角半徑的一半。
8.根據權利要求1所述的扭桿彈簧制造工藝，其特征在于，在所述涂裝工序中，先對所述扭桿彈簧內外表面進行磷化處理，對兩端花鍵進行包裹保護，然后對所述扭桿彈簧內外表面噴涂環氧樹脂漆，表面熱固化后在兩端花鍵處涂防銹漆。
【文檔編號】B23P15/00GK104128750SQ201410327960
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】劉守銀, 周磊磊, 葛士顯, 韓麗, 張超 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司