DE2737374C2

DE2737374C2 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von stählernen Federblättern

Info

Publication number: DE2737374C2
Application number: DE2737374A
Authority: DE
Inventors: Isaak N. Moskva &Scaron;kljarov; Viktor P. Egorov; Viktor A. Ognevskij; Anatolij G. Orlovskij; Grigorij A. Ostrovskij; Aleksandr M. Ryskind; Anatolij L. Stepin; Oleg F. Trofimov
Original assignee: Moskovskij Avtomobil'nyj Zavod Imeni Ia Lichaceva (proizvodstvennoe Ob"edinenie Zil) Moskva Su
Current assignee: Moskovskij Avtomobil'nyj Zavod Imeni Ia Lichaceva (proizvodstvennoe Ob"edinenie Zil) Moskva Su
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1977-08-18
Publication date: 1983-01-20
Also published as: US4294098A; FR2362212B1; US4193824A; DE2737374A1; GB1548797A; FR2362212A1; JPS5342112A; JPS5818403B2; IT1083940B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von stählernen Federblättern, welches aufeinanderfolgend die Induktionswärmung auf Här.slemperatur. das Biegen. Abschrecken und Anlassen eines jeden Federblattes umfaßt und auf eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, die aufeinanderfolgend angeordnete, angetriebene Eingangsrollen, einen Induktor. Biegerollen, einen zweiten Induktor, einen Kühler und Ausgangsleitrollen enthält.

Aus der US-PS 35 85 086 ist ein Verfahren zur Herstellung von stählernen Federblättern, welches aufeinanderfolgend die Induktionserwärmung auf Härtetemperatur, das Biegen. Abschrecken und Anlassen eines jeden Federblattes umfaßt, bekannt. Die nach diesem Verfahren hergestellten Federhalter besitzen eine relativ grobkörnige Struktur mit Austemtkorn von bis 30 μπι

Aus der FRPS 9 44 351 ist eine Einrichtung zur Herstellung von Federblättern bekannt, die aufeinan derfolgend angeordnet, angetriebene Eingangsrollen, einen Induktor. Ricgcrollen, einen /weiten Induktor, einen Kühler und Ausgiingsleitrollen enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von stählernen Federblättern und eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens anzugeben, die Federblätter mit feinkörniger Struktur (Korngröße um 2,5 μηι) herzustellen ermöglicht, was bei Verminderung des Federgewichts eine hohe Ermüdungsfestigkeit der Federblätter zu erzielen gestattet.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Abschrecken eines jeden Federblattes in einem Oberflächenbereich erfolgt, der durch Kühlmittelstrahlen gebildet wird, die unter einem Winkel von 20" bis 60° sowie zusätzlich unter einem Winkel von 160" bis 120° auf die Oberflächen des Federblattes geleitet to werden, mit anschließendem Selbstanlascen bts auf eine Oberflächentemperatur von 100° bis 550° C, wobei die Behandlungszeit so bemessen wird, daß sich ein Temperaturunterschied zwischen Kern und Oberflächen von etwa 30°C bis etwa 100°C einstellt, wonach υ mit Hilfe von Oberflächeninduktionserwärmung eine Oberflächenhärtung auf eine Tiefe von etwa dem 0,1 bis etwa 03fachen der Dicke des Federblattes an mindestens einer Seite von diesem durchgeführt wird.

Eine vorteilhafte Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, die aufeinanderfolgend angeordnete, angetriebene Eir.gangsrollen, einen Induktor. Biegerollen, einen zweiten Induktor, einen Kühler und Ausgangsleitrollen enthält, zeichnet sich dadurch aus. daß ein weiterer Kühler zwischen den Biegerollen und dem 2·» zweiten Induktor vorgesehen ist sowie daß vor und zwischen den Biegerollen Anschläge in einem Abstand von der Oberfläche eines jeden Fede^blattes angeordnet sind, die etwa Jas 0,0001 bis etwa 0.00005fache des vorgegebenen Krümmungsradius eines jeden Federblattes beträgt.

Die Erfindung ermöglicht es aufgrund der folgenden beiden Faktoren, eine erhöhte Ermüdungsfestigkeit des Federblattes und somit die Möglichkeit einer Verminderung des Federgewichtes zu erreichen: Schaffung von restlichen Druckspannungen und Bildung einer Oberflächenschicht, die dank ihrer feinkörnigen Struktur hohe Festigkeitswerte besitzt.

Bekanntlich verringern die restlichen Druckspannungen, indem sie sich zu den Arbeitszugspannungen addieren, die Größe der le'zterei. und tragen dadurch zur FeMigkeitserhöhungder Federblätter bei zyklischen Beanspruchungen derselben bei.

Die nach dem Selbstanlassen durchgeführte Oberflächenhärtung gewährleistet die Bildung einer Martensitschicht mit besonders feinkörniger Struktur. Die hierbei erzeugte Martensitstruktur ohne Einschlüsse von Ferrit gestattet es. bei der nachfolgenden Oberflächenerwärmung, besonders feines Austenitkorn zu erhalten, an dessen Stelle nach dem Abkühlen Martensit mit einer w Korngröße von 1 bis 3 μπι entsteht. Di?se Struktur besitzt eine hohe Festigkeit und Plastizität.

Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet es. -elativ kurze Federblätter ohne Anschweißen von im voraus gebogenen Federblältorn auf den vorgegebenen Ή Krümmungshalbmesser zu biegen und die mit dem erfindungsgemäßen Vtrfahren erzielbare Festigkeiterhöhung zu gewährleisten, die das Federgewicht vermindern läßt.

Die Erfindung wird nun anh.ind der Zeichnung näher < >ⁿ erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. I schcm;iiisch eine Einrichtung zur Herstellung von Federblättern.

F i g. 2 ein Diagramm der Temperaturveränderung an

der Oberfläche des Fcderblattcs und in dessen Kern,

^h' wobei auf der Abszissenachse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinatenachsc die Temperntur aufgetragen ist und

Fig. 3 ein Diagramm der Härteverändernng im

Querschnitt eines Federblaues, wobei auf der Abszissenachse der Abstand von der Oberfläche in mm und auf der Ordinatenachse die Härte in HRC-Einheiten eingetragen sind.

Die Einrichtung enthält auf einem Auflager 1 (F i g. 1) eineinanderfolgend angeordnet: Angetriebene Eingangsrollen 2, Biegerollen 3 und Ausgangsleitrollen 4. Als Eingangsrollen sind im vorliegenden Fall vier Rollenpaare vorgesehen, zwischen denen sich das Federblatt 5 bew egt Als Biegerollen 3 und Ausgangsleitrollen 4 sind je zwei Rollenpaare vorgesehen.

Weiter enthält die Einrichtung einen Induktor 6, der auf dem Auflager 1 zwischen zwei Paaren von Eingangsrollen befestigt ist Ein Kühler 7 ist zwischen den Biegerollen 3 und den Ausgangsleitrollen 4 auf dem Auflager 1 angeordnet und so ausgeführt, daß von ihm ein Ringraum 8 begrenzt wird, in dem durch Düsen 9,10 Strahlen flüssigen Kühlmittels auf die Oberflächen des Federblattes 5 gerichtet werden. Die Achsen der Düsen 9 sind unter einem Winkel von 30°, die Achsen der Düsen 10 unter einem Winkel von 150° zur Oberfläche des Federblattes 6 gerichtet. Dabei schneiden sich die Achsen der Düsen nicht vor der Oberflache des Federblattes 5.

In der Einrichtung ist ferner ein zweiter Induktor 11 mit Kühler auf dem Auflager 1 zwischen den Paaren der Ausgangsleitrollen 4 zur Oberflächenhärtung des Federblattes angeordnet. Der Induktor U mit dem Kühler besitzt einen Ringraum 12, in dem Düsen 13, deren Achsen unter einem Winkel von 30° zur Oberfläche des durchlaufenden Federblattos 5 liegen, zur Kühlmittelzufuhr dienen. Der Kühler 7. der zweite Induktor 11 mit Kühler und die Ausgangsleitrollen 4 lieger längs einem Kreisbogen, dessen Halbmesser R\ dem vorgegebenen Krümmungshalbmesser des Federblattes entspricht.

Weiter sind Anschläge 14 vorhanden, die auf dem Auflager 1 angeordnet und zum Biegen der Enden eines jeden Federblattes 5 auf den vorgegebenen Halbmesser R bestimmt sind. Der eine Anschlag 14 liegt zwischen der Eingangsleitrollen 2 und den Biegerollen 3. Zwei Anschläge 14 liegen zwischen benachbarten Paaren der Biegerollen 3. Der Abstand I von den Anschlügen 14 bis zur Oberfläche eines Federblaues 5 beim Durchlauf zwischen den Rollen 2, 3 beträgt das 0,00008fache des vorgegebenen Krümmungshalbmessers eines jeden Federblattes 5. Dieser Abstand kanu zwischen dem 0.0001 bis etwa dem O.OOOOSfachen des vorgegebenen Krümmungshalbmessers R liegen.

Ein solcher Abstand gewährleistet die Erzielung des erforderlichen Biegehalbmessers an den Enden der Federblätter 5 mit hoher Genauigkeit, die die Einhaltung des vorgegebenen Krümmungshalbmessers über die ganze Länge des f ederblattes sichergestellt.

Das erfindungsfemäße Verfahren wird auf der vorstehend beschriebenen Einrichtung wie folgt durch geführt

Das Federblau 5 wird in di- Eingangsrollen 2 eingeführt, die von einem Antrieb \n in Drehung verset/t werden. Danach wird das Federblatt 5 von diesen Lingangsrollen 2 in den Induktor 6 verschoben, in dem die Erwärmung der Oberfläche des Federblattes 5 auf einem Temperatur von 950°C erfolgt, wie die Kurve β (F ig. 2) zeigt, während der Kern des Federballes 5 auf etwa 900'C erwärmt wird, wie es durch die Kurve C veranschaulicht is(.

Die erwärmten Abschnitte des Federblattes 5 werden aus dem Induktor 2 in clit dahinter liegenden Paare von Eingangsrollen 2 verschoben. Das erwärmte Ende des Federblaues 5 berührt den Anschlag 14 und wird etwas gebogen, worauf es so verschoben wird, daß es zwischen die Biegerollen 3 gelangt. Mit Hilfe dieser Biegerollen und der zwischen ihnen montierten Anschläge 14, die längs dem Bogen eines Kreises liegen, dessen Krümmungshalbmesser R dem vorgegebenen Krümmungshalbmesser R des Federblattes entspricht, erfolgt das Biegen des Federblattes 5 auf die vorgegebene

in Größe. Gleichzeitig erfolgt eine Abkühlung der Oberfläche und des Kernes des Federblattes 5 an Luft bis auf eine Temperatur von 800°C, wie es in Fig. 2 dargestellt ist Danach wird das Federblatt 5 durch den Kühler 7 geleitet, in dessen Ringraum 8 es durch die

ι? Düsen 9 und 10 unter Winkeln von 30° bzw. 150° mit Kühlmittelstrahlen beaufschlagt wird. Dies bewirkt eine starke und rasche Abkühlung des Federblattes 5, wie es durch die Kurven B und C veranschaulicht wird, und zwar bis auf eine Temperatur von 2Cr C für die

μ Oberfläche des Federblattes 5 und eine Temperatur von 150"C für den Kern desselben, '"mach wird das Fedcrblatl 5 zwischen den Ausgangs.ol'cn 4 verscho ben.

Im Abschnitt zwischen dem Kühler 7 und dem

« zweiten Induktor 11 mit Kühler findet ein Selbstanlassen sta»:. in dessen Folge die Oberflächentemperatur des Federblattes 5 sich bis auf 100^fC erhöht, wobei die Temperatur im Kern des Federblatte' 5 bis auf etwa 130°C sinkt, was ebenfalls durch die Kurven B und C

i» veranschaulicht ist. Die Erwärmung Jer Oberfläche beim Selbstanlassen kann aber auch bis auf Temperaturen von 550°C erfolgen, wobei der Temperaturunterschied von Kern und Oberfläche eines jeden Federblattes 30 bis 100 C betragen kann. Sodann gelangt das

i> Federblatt 5 in den /weiten Induktor 11. in dessen Ringraum 12 eine Oberflächenervvärmung des Federblattes und eine Abschreckktihlung desselben durch Kühlmittelstrahlen aus den Düsen 13 auf die Oberfläche des Federblattes erfolgt. Dabei wird mit Kjher

^4fl Geschwindigkeit die Oberfläche auf eine Temperatur von etwa 800 C und der Kern auf eine Temperatur von etw j 700 C erwärmt, wie es jeweils durch die Kurven B und C (F ig. 2) veranschaulich! ist. Dies gewährleistet eine Oberflächenhärtung auf eine Tiefe. d\e ungefähr

■>"> das 0.2fache der Federblaudicke beträgt Es kann jedoch auch eine tiefere Härtung auf das O.Jfacno der F'ederblattdicke und eine weniger tiefe Härtung auf das O.lfaeheder Federblaudicke vorgesehen werden.

Nach dem Härten wird das Federblau 5 von den

>" Ausgangsleitrollen 4 /um Anlassen fortgeleitet. Das Anlassen erfolgt bei einer Temperatur von 2i<) C mit Hilfe einer beliebigen bekannten Vorrichtung (nicht abgebildet).

Mi' dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine

>"' Härteverteilung über den Querschnitt des f ederblatte·. 5 erreicht, wie sit durch die Kurve D in F ι g 3 veranschaulicht wird. An der Oberfläche des Federblattes betragt die Srhichthärte 58 HRC . im Kern 38 HRC. Hierbei wird, dank dem größeren Volumen des

^Λ" Matensits mit hoher Harte, die 1 r/eugung von hohen restlichen Druckspannungen an der Obcrflac he gewähr leistet.

Infolgedessen besitzt die Oberflächenschicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten

'"' Federblancs einen höheren Widerstand getreu zyklische Belastungen aufgrund von zwei Faktoren: den voihandcnen restlichen Druckspannungen und der erhöhten Martcnsitfcstigkcit.

Für größere Dicken des Fedcrblattes ist /ur Verringerung der Kernhäru· die Durchführung eines zusätzlichen Anlassens bei 450 bis 600"C vor der Oberflächenerwärmung möglich.

Nach dem erfindiingsgcmäßen Verfahren wurden Federblätter hergestellt, deren Festigkeit die der nach dem bekannten Verfahren hergesteMten Federblättern beträchtlich übertraf.

Die Federblätter wurden zu einer Feder vereinigt und nach einem Programm geprüft, das die Beanspruchung der Feder eines Lastkraftwagens auf einer Straße mit Kopfsteinpflasier nachahmte. Die Federn, die aus den nach dem erfindungsgemiiHen Verfahren hergestellten Federblättern zusammengebaut wurden, hielten ohne Zerstörungen 7200 km aus. während die Federn, die aus nach dem bekannten Verfahren hergestellten Federblättern zusammengebaut waren, nur 4600 km lang standhielten.

Daher ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, die Lebensdauer der Federn um fast das I.Sfache zu erhöhen. Geht man von gleicher Lebensdauer von nach dem bekannten Verfahren und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Federn <ius, so ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, das Gewicht der Feder eines Lastkraftwagens um etwa I Okg zu vermindern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von stählernen Federblättern, welches aufeinanderfolgend die Induktionserwärmung auf Härtetemperatur, das Biegen, Abschrecken und Anlassen eines jeden Federblattes umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken eines jeden Federblattes in einem Oberflächenbereich erfolgt, der durch Kühlmittelstrahlen gebildet wird, die unter einem Winkel von 20° bis 60° sowie zusätzlich unter einem Winkel von 160° bis 120° auf die Oberflächen des Federblattes geleitet werden, mit anschließendem Selbstanlassen bis auf eine Oberflächentemperatur von 100° bis 550° C, wobei die Behandlungszeit so bemessen wird, daß sich ein Temperaturunterschied zwischen Kern und Oberflächen von etwa 30⁰C bis etwa 100°C einstellt, wonach mit Hilfe von Oberflächeninduktionserwärmung eine Oberflächenhärtung auf eine Tiefe von etwa dem 0,1 bis etwa OJSuchen der Dicke des Federblattes an mindestens einer Seite von diesem durchgeführt wird.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die aufeinanderfolgend angeordnete, angetriebene Eingangsrollen, einen Induktor, Biegerollen, einen zweiten liduktor. einen Kühler und Ausgangsleitrollen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein weitere Kühler (7) zwischen den Biegerollen (3) und dem zweiten Induktor (11) vorgesehen ist sowie daß vor und zwischen den Biegeroller. ;3) Anschläge (14) in einem Abstand von der Oberfläche eines ^;eden F^derblattes angeordnet sind, der etwa das 0.0001 bis etwa 0,00005fache des vorgegebenen Krümmungsrari^; rs eines jeden Federblattes (5) beträgt.