一种车用扭杆弹簧及其制造方法与流程

本发明涉及一种车用扭杆弹簧及其制造方法，属于汽车配件技术领域。

背景技术：

和螺旋弹簧及板簧相比，扭杆弹簧结构简单，工作时无摩擦，弹簧特性稳定，不产生颤振，单位体积储能大，弹簧体积较小，属于小型轻量化产品，在汽车、火车、坦克及装甲车等方面获得广泛应用。扭杆弹簧截面有圆、方、矩形、椭圆形及多边形等，而又以截面为圆形居多。国内目前扭杆弹簧大多采用高碳合金钢或中碳钢合金钢（如60cra、60si2mn、42crmo、50crva等）生产。传统制造工艺，依序包括有下料、端部镦锻、软化退火、冷挤压、热处理、常温预扭（多次）、喷丸（全喷或半喷）、检验防锈，其中软化退火需要时间较长，常温预扭一般需要强扭5-6次，另外，在喷丸过程中，如果仅实施半喷，即杆部喷丸，端部花键不喷，则喷丸区与非喷丸区存在表面应力突变，如果实施全喷，即杆部与端部花键全部喷丸，则花键端表面质量会下降。此外，扭杆弹簧过渡段中常见的圆弧或直线锥度过渡的处理方法并不符合应力平滑均匀的要求。因此，需对传统的扭杆弹簧制造方法研究优化，以解决制造过程中的缺陷，提高制造效率，从而进一步提高扭杆弹簧的疲劳寿命。

技术实现要素：

本发明为了解决上述现有技术的缺陷而提供了一种车用扭杆弹簧及其制造方法。本发明的目的通过以下技术解决方案来实现：

一种车用扭杆弹簧，由中碳合金钢制备，包括端部、杆部、过渡段三部分。其中过渡段不是简单采用四分之一圆弧或直线锥度过渡，而是采用双曲线形状的过渡，其过渡段长度l2=（2～2.5）r2，以达到应力变化最大程度均匀平滑。

本发明还公开了所述车用扭杆弹簧的制造方法，包括如下步骤：

（1）下料，原料采用中碳合金圆棒，机器切割成所需尺寸的光杆；

（2）端部镦锻，将扭杆弹簧端部加热至1200～1300℃，在热锻机上进行镦锻，以形成加工花键所需的毛坯圆柱，镦锻结束后检验毛坯件的硬度值；

（3）一次冷挤压，由于取消了软化退火工序，毛坯件硬度达到300hb以上，故进行两次冷挤压成形花键，一次冷挤压时需要将花键成形高度h1制为最终成形高度h2的60%～80%。

（4）二次冷挤压，更换刀具，将毛坯件对中，进行二次冷挤压，完成剩余20%～40%加工量的挤压加工。

（5）热处理，扭杆弹簧毛坯整体进行中频感应淬火，淬火温度为850～900℃，温度波动范围±15℃，保温时间为扭杆弹簧长度l1（单位：mm）´1分钟，保温时间波动范围±2分钟。采用充高纯度氮气作淬火的保护气，以降低脱碳层的深度，淬火后扭杆弹簧外表面脱碳深度不能超过0.01mm´f(单位：mm)。淬火之后，进行高温回火，以消除淬火引发的内应力，回火温度控制在600～650℃。

（6）热预扭，用机器手或自动输送装置把扭杆弹簧装进扭转试验机进行热预扭，热扭转时的扭杆弹簧表面温度控制在300～320℃；如扭杆弹簧最大工作扭转角度为a，则热预扭角度区间为（a+8^o，a+10^o），扭角公差控制在±1^o。

（7）常温预扭，热预扭后再进行1～2次常温预扭，扭转角度小于热预扭角度，但要大于最大工作扭转角度a，常温预扭角度区间为（a+2^o，a+8^o），如采用两次常温预扭，则第二次预扭角度要小于第一次预扭角度2^o，每次预扭扭角公差控制在±1^o，最后一次常温预扭，扭杆弹簧的残余变形角应≤0.1^o。

（8）分段喷丸，喷丸强化是提高扭杆弹簧疲劳强度的重要工序。扭杆弹簧经喷丸后表面产生塑性变形，形成一定厚度的表面强化层，强化层内形成较高的残余压应力和密度极高的位错，也就是表层冷作硬化，因而提高了扭杆弹簧的疲劳寿命。本发明采用分段喷丸的方式进行，端部花键喷细钢丸，细钢丸直径d1为花键细齿圆角半径r1的1/3～1/4，杆部及过渡段采用粗钢丸，粗钢丸直径d2是杆部直径f的2%～4%。

（9）检验及防锈，进行无损探伤，检查扭杆弹簧的表面及内部质量，同时，检查表面精度及尺寸公差，合格后进行防锈处理。

通过上述技术方案本发明的有益效果为：

1、与传统扭杆弹簧制造方法相比，本发明技术增加了二次冷挤压工艺，并取消了退火软化工艺，由于一次冷挤压时间远远低于退火软件时间，所以，节约了生产时间。同时，高硬度（≥300hb）条件下的冷挤压工艺，提高了花键端的表面硬度，有利于提高花键端疲劳寿命。

2、与传统扭杆弹簧制造方法相比，本发明技术增加了一次热预扭工艺，使常温预扭次数由5-6次减少为1-2次，进一步减少了生产时间。同时，热预扭可以改善金属金相组织，减少扭杆弹簧松弛变形量。

3、本发明采用分段喷丸的工艺，杆部采用粗钢丸，端部花键端采用细钢丸，既形成了一定厚度的表面硬化层，达到了提高扭杆的疲劳寿命的目的。同时，避免了传统制造方法所采用的半喷工艺带来的应力突变的不足和全喷工艺带来的花键端的表面质量下降的缺陷。

4、与传统扭杆弹簧过渡段采用四分之一圆弧或直线锥度过渡的结构相比，本发明扭杆弹簧的过渡段采用类树根形状的双曲线形状的过渡，可以得到更为平滑的表面应力。

附图说明

图1是本发明车用扭杆弹簧的结构示意图；

图2是图1的扭杆弹簧的过渡段放大图；

图3是本发明的一次冷挤压和二次冷挤压的形状示意；

图中：1-花键端部，2-过渡段，3-杆部。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。显然，描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-3所示，一种车用扭杆弹簧，由花键端部1、过渡段2、杆部3三部分组成，其总长度l1，杆部直径f=27mm，双曲线过渡段长度l2，花键细齿根部圆角半径r1，传统四分之一圆弧过渡的半径为r2，l2=2´r2。

一种车用扭杆弹簧制造方法，金属原材料选用中碳合金钢42crmo，包括如下步骤：

（1）下料，机器切割成所需尺寸的光杆，其长度应大于l1；

（2）端部镦锻，将扭杆弹簧端部加热至1200℃，在热锻机上进行镦锻成花键加工所需的毛坯圆柱，镦锻结束后，检验毛坯件的硬度值是否≤300hb；

（3）一次冷挤压，由于取消了软化退火工序，故进行两次冷挤压成形花键，一次冷挤压时需要将花键成形高度h1加工为最终成形高度h2的60%。

（4）二次冷挤压，更换刀具，将毛坯件对中，进行二次冷挤压，完成剩余40%的挤压加工。

（5）热处理，扭干弹簧毛坯整体进行中频感应淬火，淬火温度为850℃，温度波动范围±15℃，保温时间为扭杆弹簧长度l1´1分钟，保温时间波动范围±2分钟。采用充高纯度氮气作淬火的保护气，以降低脱碳层的深度，淬火后扭杆弹簧外表面脱碳深度不能超过0.27mm。淬火之后，进行高温回火，以消除淬火引发的内应力，回火温度控制在600℃。

（6）热预扭，用机器手或自动输送装置把扭杆弹簧装进扭转试验机进行热预扭，热扭转时的扭杆弹簧表面温度控制在300℃；如扭杆弹簧最大工作扭转角度为a，则热预扭角度为a+8^o，扭角公差控制在±1^o。

（7）常温预扭，热预扭后再进行1次常温预扭，常温预扭角度为a+2^o，扭角公差控制在±1^o，常温预扭后，扭杆弹簧的残余变形角应≤0.1^o。

（8）分段喷丸，采用分段喷丸的方式进行，端部花键喷细钢丸，细钢丸直径d1为花键细齿圆角半径r1的1/4，杆部采用粗钢丸，粗钢丸直径d2=0.54mm。

（9）检验及防锈，进行无损探伤，检查扭杆弹簧的表面及内部质量，同时，检查表面精度及尺寸公差，合格后进行防锈处理。

实施例2

采用与实施例1相同的制造方法，其不同点在于，金属原材料选用中碳合金钢50crva，f=27mm，l2=2.5´r2，其中，端部镦锻时，将扭杆弹簧端部加热至1300℃，h1=80%h2；热处理中频感应淬火温度为900℃，回火温度650℃；热预扭时扭杆弹簧表面温度控制为320℃，热预扭角度为a+10^o；进行两次常温预扭，第一次预扭角度为a+8^o，第二次预扭角度为a+6^o；d1=1/3r1，d2=1.08mm。