本發(fā)明涉及一種車用扭桿彈簧及其制造方法，屬于汽車配件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

和螺旋彈簧及板簧相比，扭桿彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)無(wú)摩擦，彈簧特性穩(wěn)定，不產(chǎn)生顫振，單位體積儲(chǔ)能大，彈簧體積較小，屬于小型輕量化產(chǎn)品，在汽車、火車、坦克及裝甲車等方面獲得廣泛應(yīng)用。扭桿彈簧截面有圓、方、矩形、橢圓形及多邊形等，而又以截面為圓形居多。國(guó)內(nèi)目前扭桿彈簧大多采用高碳合金鋼或中碳鋼合金鋼（如60cra、60si2mn、42crmo、50crva等）生產(chǎn)。傳統(tǒng)制造工藝，依序包括有下料、端部鐓鍛、軟化退火、冷擠壓、熱處理、常溫預(yù)扭（多次）、噴丸（全噴或半噴）、檢驗(yàn)防銹，其中軟化退火需要時(shí)間較長(zhǎng)，常溫預(yù)扭一般需要強(qiáng)扭5-6次，另外，在噴丸過(guò)程中，如果僅實(shí)施半噴，即桿部噴丸，端部花鍵不噴，則噴丸區(qū)與非噴丸區(qū)存在表面應(yīng)力突變，如果實(shí)施全噴，即桿部與端部花鍵全部噴丸，則花鍵端表面質(zhì)量會(huì)下降。此外，扭桿彈簧過(guò)渡段中常見(jiàn)的圓弧或直線錐度過(guò)渡的處理方法并不符合應(yīng)力平滑均勻的要求。因此，需對(duì)傳統(tǒng)的扭桿彈簧制造方法研究?jī)?yōu)化，以解決制造過(guò)程中的缺陷，提高制造效率，從而進(jìn)一步提高扭桿彈簧的疲勞壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供了一種車用扭桿彈簧及其制造方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種車用扭桿彈簧，由中碳合金鋼制備，包括端部、桿部、過(guò)渡段三部分。其中過(guò)渡段不是簡(jiǎn)單采用四分之一圓弧或直線錐度過(guò)渡，而是采用雙曲線形狀的過(guò)渡，其過(guò)渡段長(zhǎng)度l2=（2～2.5）r2，以達(dá)到應(yīng)力變化最大程度均勻平滑。

本發(fā)明還公開(kāi)了所述車用扭桿彈簧的制造方法，包括如下步驟：

（1）下料，原料采用中碳合金圓棒，機(jī)器切割成所需尺寸的光桿；

（2）端部鐓鍛，將扭桿彈簧端部加熱至1200～1300℃，在熱鍛機(jī)上進(jìn)行鐓鍛，以形成加工花鍵所需的毛坯圓柱，鐓鍛結(jié)束后檢驗(yàn)毛坯件的硬度值；

（3）一次冷擠壓，由于取消了軟化退火工序，毛坯件硬度達(dá)到300hb以上，故進(jìn)行兩次冷擠壓成形花鍵，一次冷擠壓時(shí)需要將花鍵成形高度h1制為最終成形高度h2的60%～80%。

（4）二次冷擠壓，更換刀具，將毛坯件對(duì)中，進(jìn)行二次冷擠壓，完成剩余20%～40%加工量的擠壓加工。

（5）熱處理，扭桿彈簧毛坯整體進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火，淬火溫度為850～900℃，溫度波動(dòng)范圍±15℃，保溫時(shí)間為扭桿彈簧長(zhǎng)度l1（單位：mm）′1分鐘，保溫時(shí)間波動(dòng)范圍±2分鐘。采用充高純度氮?dú)庾鞔慊鸬谋Ｗo(hù)氣，以降低脫碳層的深度，淬火后扭桿彈簧外表面脫碳深度不能超過(guò)0.01mm′f(單位：mm)。淬火之后，進(jìn)行高溫回火，以消除淬火引發(fā)的內(nèi)應(yīng)力，回火溫度控制在600～650℃。

（6）熱預(yù)扭，用機(jī)器手或自動(dòng)輸送裝置把扭桿彈簧裝進(jìn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱預(yù)扭，熱扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭桿彈簧表面溫度控制在300～320℃；如扭桿彈簧最大工作扭轉(zhuǎn)角度為a，則熱預(yù)扭角度區(qū)間為（a+8^o，a+10^o），扭角公差控制在±1^o。

（7）常溫預(yù)扭，熱預(yù)扭后再進(jìn)行1～2次常溫預(yù)扭，扭轉(zhuǎn)角度小于熱預(yù)扭角度，但要大于最大工作扭轉(zhuǎn)角度a，常溫預(yù)扭角度區(qū)間為（a+2^o，a+8^o），如采用兩次常溫預(yù)扭，則第二次預(yù)扭角度要小于第一次預(yù)扭角度2^o，每次預(yù)扭扭角公差控制在±1^o，最后一次常溫預(yù)扭，扭桿彈簧的殘余變形角應(yīng)≤0.1^o。

（8）分段噴丸，噴丸強(qiáng)化是提高扭桿彈簧疲勞強(qiáng)度的重要工序。扭桿彈簧經(jīng)噴丸后表面產(chǎn)生塑性變形，形成一定厚度的表面強(qiáng)化層，強(qiáng)化層內(nèi)形成較高的殘余壓應(yīng)力和密度極高的位錯(cuò)，也就是表層冷作硬化，因而提高了扭桿彈簧的疲勞壽命。本發(fā)明采用分段噴丸的方式進(jìn)行，端部花鍵噴細(xì)鋼丸，細(xì)鋼丸直徑d1為花鍵細(xì)齒圓角半徑r1的1/3～1/4，桿部及過(guò)渡段采用粗鋼丸，粗鋼丸直徑d2是桿部直徑f的2%～4%。

（9）檢驗(yàn)及防銹，進(jìn)行無(wú)損探傷，檢查扭桿彈簧的表面及內(nèi)部質(zhì)量，同時(shí)，檢查表面精度及尺寸公差，合格后進(jìn)行防銹處理。

通過(guò)上述技術(shù)方案本發(fā)明的有益效果為：

1、與傳統(tǒng)扭桿彈簧制造方法相比，本發(fā)明技術(shù)增加了二次冷擠壓工藝，并取消了退火軟化工藝，由于一次冷擠壓時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于退火軟件時(shí)間，所以，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間。同時(shí)，高硬度（≥300hb）條件下的冷擠壓工藝，提高了花鍵端的表面硬度，有利于提高花鍵端疲勞壽命。

2、與傳統(tǒng)扭桿彈簧制造方法相比，本發(fā)明技術(shù)增加了一次熱預(yù)扭工藝，使常溫預(yù)扭次數(shù)由5-6次減少為1-2次，進(jìn)一步減少了生產(chǎn)時(shí)間。同時(shí)，熱預(yù)扭可以改善金屬金相組織，減少扭桿彈簧松弛變形量。

3、本發(fā)明采用分段噴丸的工藝，桿部采用粗鋼丸，端部花鍵端采用細(xì)鋼丸，既形成了一定厚度的表面硬化層，達(dá)到了提高扭桿的疲勞壽命的目的。同時(shí)，避免了傳統(tǒng)制造方法所采用的半噴工藝帶來(lái)的應(yīng)力突變的不足和全噴工藝帶來(lái)的花鍵端的表面質(zhì)量下降的缺陷。

4、與傳統(tǒng)扭桿彈簧過(guò)渡段采用四分之一圓弧或直線錐度過(guò)渡的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明扭桿彈簧的過(guò)渡段采用類樹(shù)根形狀的雙曲線形狀的過(guò)渡，可以得到更為平滑的表面應(yīng)力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明車用扭桿彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的扭桿彈簧的過(guò)渡段放大圖；

圖3是本發(fā)明的一次冷擠壓和二次冷擠壓的形狀示意；

圖中：1-花鍵端部，2-過(guò)渡段，3-桿部。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。顯然，描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

如圖1-3所示，一種車用扭桿彈簧，由花鍵端部1、過(guò)渡段2、桿部3三部分組成，其總長(zhǎng)度l1，桿部直徑f=27mm，雙曲線過(guò)渡段長(zhǎng)度l2，花鍵細(xì)齒根部圓角半徑r1，傳統(tǒng)四分之一圓弧過(guò)渡的半徑為r2，l2=2′r2。

一種車用扭桿彈簧制造方法，金屬原材料選用中碳合金鋼42crmo，包括如下步驟：

（1）下料，機(jī)器切割成所需尺寸的光桿，其長(zhǎng)度應(yīng)大于l1；

（2）端部鐓鍛，將扭桿彈簧端部加熱至1200℃，在熱鍛機(jī)上進(jìn)行鐓鍛成花鍵加工所需的毛坯圓柱，鐓鍛結(jié)束后，檢驗(yàn)毛坯件的硬度值是否≤300hb；

（3）一次冷擠壓，由于取消了軟化退火工序，故進(jìn)行兩次冷擠壓成形花鍵，一次冷擠壓時(shí)需要將花鍵成形高度h1加工為最終成形高度h2的60%。

（4）二次冷擠壓，更換刀具，將毛坯件對(duì)中，進(jìn)行二次冷擠壓，完成剩余40%的擠壓加工。

（5）熱處理，扭干彈簧毛坯整體進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火，淬火溫度為850℃，溫度波動(dòng)范圍±15℃，保溫時(shí)間為扭桿彈簧長(zhǎng)度l1′1分鐘，保溫時(shí)間波動(dòng)范圍±2分鐘。采用充高純度氮?dú)庾鞔慊鸬谋Ｗo(hù)氣，以降低脫碳層的深度，淬火后扭桿彈簧外表面脫碳深度不能超過(guò)0.27mm。淬火之后，進(jìn)行高溫回火，以消除淬火引發(fā)的內(nèi)應(yīng)力，回火溫度控制在600℃。

（6）熱預(yù)扭，用機(jī)器手或自動(dòng)輸送裝置把扭桿彈簧裝進(jìn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱預(yù)扭，熱扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭桿彈簧表面溫度控制在300℃；如扭桿彈簧最大工作扭轉(zhuǎn)角度為a，則熱預(yù)扭角度為a+8^o，扭角公差控制在±1^o。

（7）常溫預(yù)扭，熱預(yù)扭后再進(jìn)行1次常溫預(yù)扭，常溫預(yù)扭角度為a+2^o，扭角公差控制在±1^o，常溫預(yù)扭后，扭桿彈簧的殘余變形角應(yīng)≤0.1^o。

（8）分段噴丸，采用分段噴丸的方式進(jìn)行，端部花鍵噴細(xì)鋼丸，細(xì)鋼丸直徑d1為花鍵細(xì)齒圓角半徑r1的1/4，桿部采用粗鋼丸，粗鋼丸直徑d2=0.54mm。

（9）檢驗(yàn)及防銹，進(jìn)行無(wú)損探傷，檢查扭桿彈簧的表面及內(nèi)部質(zhì)量，同時(shí)，檢查表面精度及尺寸公差，合格后進(jìn)行防銹處理。

實(shí)施例2

采用與實(shí)施例1相同的制造方法，其不同點(diǎn)在于，金屬原材料選用中碳合金鋼50crva，f=27mm，l2=2.5′r2，其中，端部鐓鍛時(shí)，將扭桿彈簧端部加熱至1300℃，h1=80%h2；熱處理中頻感應(yīng)淬火溫度為900℃，回火溫度650℃；熱預(yù)扭時(shí)扭桿彈簧表面溫度控制為320℃，熱預(yù)扭角度為a+10^o；進(jìn)行兩次常溫預(yù)扭，第一次預(yù)扭角度為a+8^o，第二次預(yù)扭角度為a+6^o；d1=1/3r1，d2=1.08mm。