[发明专利]碟形弹簧及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碟形弹簧及其制作方法。此处的“碟形弹簧”是指形成为环形的普通弹簧，包括弹簧盘、环形弹簧和膜片弹簧。

背景技术

作为碟形弹簧的制造方法，已知一种使用压模机对钢制平板进行冲压从而形成环形的方法(以下称为“冲压法”)。但是，冲压法会从平板上切下很多废料，因此降低了材料使用率。为此，研制出了一种材料使用率高的用于制造碟形弹簧的方法(JPH06-106277A)。该方法先使钢制金属带弯曲以形成环形，然后将金属带的两端焊接到一起，从而构成了被削去了顶端的锥形形状。

通常情况下，用于制造碟形弹簧的钢材(例如，高碳钢、中碳钢以及特种钢等)很容易在焊接的时候产生裂纹。当本申请的发明人按照上述专利文献所述的制造方法制造碟形弹簧时，在焊接区产生裂纹的概率非常高。发明人发现，即使焊接区没有出现裂纹，该焊接区的连接强度也很弱，除此之外，也不具有碟形弹簧所需的耐疲劳性、拉伸强度以及其他特性。因此，由于碟形弹簧的产品质量无法得到保证，所以上述传统技术并未投入实际使用。

发明内容

本发明基于采用金属带制造碟形弹簧的技术，提供了一种能够避免焊接区产生裂纹从而能够制造出产品质量令人满意的碟形弹簧的方法。

在研究了焊接区产生裂纹的原因之后，发明人发现，在焊接时对焊接区进行快速加热和冷却而产生的硬化是造成裂纹的原因。因此，发明人发现了一种产品质量令人满意的碟形弹簧的制造方法，该方法通过控制焊接时的温度分布使得焊接区不会产生裂纹。需要注意的是，“控制焊接时的温度分布”是指控制从焊接步骤之前直到冷却步骤的焊接区的温度变化。

本发明所公开的技术中的一个方面是用于制造碟形弹簧的方法。该方法可以包括以下步骤：使金属带弯曲以形成环形；用电子束焊将金属带的两端连接起来；对采用电子束焊构成的金属带的焊接熔合区进行冷却。在所述冷却焊接熔合区的步骤中对焊接熔合区的温度分布进行控制，以便焊接熔合区内结晶组织的二次枝晶臂间距的平均值在7μm至30μm的范围内。

根据该结构，环形金属带的两端通过电子束焊彼此相连。对电子束焊产生的焊接熔合区进行冷却，以便焊接熔合区的结晶组织的二次枝晶臂间距(下文简称为“DAS II”)的平均值落入7μm至30μm的范围内。换句话说，使焊接熔合区慢慢地冷却。采用这种方式，可以避免在焊接熔合区出现裂纹，因此可以制造出产品质量令人满意的碟形弹簧。

所述冷却焊接熔合区的步骤可以包括，在所述连接步骤之后进行的对至少环形金属带的焊接熔合区进行加热的后加热步骤。所述后加热步骤的温度可以低于使环形金属带熔化的温度。

所述后加热步骤可以通过使电子束散焦完成。在后加热步骤中可以对环形金属带上包含焊接熔合区的部分进行加热。

在所述后加热步骤中可以对环形金属带上包含焊接熔合区的部分进行退火处理。

上述方法可以包括在连接步骤之前进行的对至少环形金属带的两端进行加热的预热步骤。预热步骤的温度可以低于使环形金属带熔化的温度。

所述预热步骤可以通过使电子束散焦来完成。在该预热步骤中可以对环形金属带上包含环形金属带的两端的部分进行加热。

在所述连接步骤中根据金属带的两个端部的形状使电子束摆动。

本发明还提供了一种“将环形金属带的两端焊接到一起的碟形弹簧”，该弹簧具有令人满意的产品质量。在该碟形弹簧中，焊接熔合区的结晶组织的DAS II的平均值落入7μm至30μm的区间范围内。需要注意的是，“焊接熔合区”是指金属带的两端部熔化且彼此焊接到一起的焊接区中的一部分区域。因为焊接熔合区的DAS II的平均值在7μm至30μm之间，因此碟形弹簧可以具有令人满意的作为产品的质量，同时避免了产生裂纹。

附图说明

图1表示一个具体实施方式的用于制造碟形弹簧的方法；

图2是表示如何采用电子束对焊接区进行预热和后加热的说明图；

图3是表示焊接熔合区的经放大后的图片；

图4示意性地表示了焊接熔合区的DAS II；

图5表示经过预热和后加热的焊接与未经过预热和后加热的焊接之间的DAS II的变化；

图6表示冷却速度与DAS II的变化之间的关系；

图7示出了为了测试用于制造本实施方式的碟形弹簧的电子束焊接的机械特性所采用的试验样件；

图8表示四点弯曲疲劳试验法；

图9表示四点弯曲疲劳试验的结果；

图10表示拉伸强度试验的结果。

具体实施方式