[发明专利]压缩螺旋弹簧、螺旋弹簧的制造装置及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在例如车辆的悬架弹簧等中使用的压缩螺旋弹簧、螺旋弹簧的制造装置及制造方法。

背景技术

作为制造螺旋弹簧的装置，已知有在高温下使材料成形的螺旋弹簧制造装置和在低温下使材料成形的螺旋弹簧制造装置。在下述专利文献1中，公开了一种高温卷绕装置(日文：熱間コイリング装置)。该卷绕装置具有：对被加热后的材料进行卷绕的心轴；以及引导材料以使材料以规定的螺距卷绕的导向机构。上述材料的前端部被设于心轴的卡盘机构夹住。材料的除了上述前端部以外的部分(卷绕于心轴之前的部分)未被约束而处于自由状态。上述材料通过卷绕于心轴而成形为螺旋形。对成形后的螺旋弹簧进行淬火、回火等热处理。因在热处理后进行的喷丸处理而在弹簧的表面产生压缩残余应力(residual stress)。

为了制造直径较小的螺旋弹簧，使用在低温下将材料卷绕于心轴的卷绕装置。在低温下成形的螺旋弹簧通过回弹而在弹簧的弯曲外侧产生压缩残余应力，并在弯曲内侧产生拉伸残余应力。拉伸的残余应力对螺旋弹簧的耐久性产生较差的影响。因此，根据需要，通过应变消除退火(stress relieving annealing)、喷丸处理来使弯曲内侧表面的拉伸残余应力降低或在表面产生压缩残余应力。

专利文献1：日本专利特开昭61-20641号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

车辆的悬架弹簧中使用的螺旋弹簧中，提高因高应力化而引起的重量减轻和耐久性是重要的。在反复进行弹性变形的压缩螺旋弹簧中，在其变形时所产生的应力会对弹簧的耐久性产生较大的影响。特别地，已知若在弹簧的表面产生的拉伸应力越小则弹簧的耐久性越是提高。因此，采用通过对弹簧的表面预先施加压缩残余应力来使弹簧的耐久性提高的方法。其代表性的例子是喷丸处理。

然而，在这样的现有方法中，需要与卷绕(塑性加工)不同的用于进行喷丸处理的设备、工序。这是导致产品成本升高的主要原因。而且，不易通过喷丸处理在螺旋弹簧的内面侧产生足够的压缩残余应力。因此，如有可能省略喷丸处理是较为理想的。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明人想到在低温下对弹簧进行塑性加工时，除了原来的塑性加工(卷绕)所需的负载之外，还施加拉伸、扭转等负载，以将加工后的残余应力分布控制成更理想的分布。特别地，将对弹簧的耐久性能产生较差影响的拉伸残余应力从弹簧的表面控制至弹簧的内部，这点很关键。

本发明的目的在于提供一种具有在提高耐久性能上理想的残余应力的压缩螺旋弹簧、螺旋弹簧的制造装置及制造方法。

本发明是将棒状的弹簧材料弯曲成螺旋形而成的压缩螺旋弹簧，其包括外侧表面区域、压缩应力减小区域、应力变化部、拉伸应力极值部、拉伸应力减小区域及内侧表面区域。上述外侧表面区域包括上述螺旋弹簧的弯曲外侧的表面，且具有压缩残余应力。在上述压缩应力减小区域中，上述压缩残余应力从上述外侧表面区域朝上述材料的中心减小。上述应力变化部存在于上述外侧表面区域与上述材料的中心之间，且残余应力从上述压缩残余应力变化为拉伸残余应力。上述拉伸应力极值部存在于上述应力变化部与上述材料的中心之间，上述拉伸残余应力为最大。在上述拉伸应力减小区域中，上述拉伸残余应力从上述拉伸应力极值部朝该螺旋弹簧的弯曲内侧减小。上述内侧表面区域包括上述弯曲内侧的表面，且具有绝对值比上述外侧表面区域的上述压缩残余应力的绝对值小的拉伸残余应力或压缩残余应力。

本发明的螺旋弹簧的制造装置包括心轴、材料固定机构、心轴驱动机构、施加应力机构、移动机构及控制装置。上述心轴具有与要成形的螺旋弹簧相对应的外周面。上述材料固定机构将棒状的弹簧材料的前端部固定于上述心轴。上述心轴驱动机构使上述心轴朝一定方向旋转，从而将上述材料螺旋形地卷绕于该心轴，并产生超过屈服应力的弯曲变形。上述施加应力机构在进行弯曲变形的同时将拉伸和/或扭转负载施加到卷绕于上述心轴的上述材料上。上述移动机构与上述心轴的旋转相关联地使上述施加应力机构在上述心轴的轴线方向上相对移动。上述控制装置根据预先输入的数据对上述施加应力机构施加的上述拉伸或扭转负载进行控制。