環(huán)狀彈簧及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠具有高強度且廉價的環(huán)狀彈簧及其制造方法。環(huán)狀彈簧通過依次進行例如原材料準備（步驟S1）、彎曲成形（步驟S2）、焊接（步驟S3）、以及碟成形（步驟S4）而得到。環(huán)狀彈簧通過對原材料的兩端部進行焊接而形成為環(huán)形狀，其具有：在原材料的兩端部的邊界部形成的焊接金屬部、以及在焊接金屬部的周圍形成且通過焊接而被加熱的焊接熱影響部，所述環(huán)狀彈簧的拉伸強度為1000MPa以上。環(huán)狀彈簧例如作為碟形彈簧和波形彈簧而具有充分的拉伸強度，因此不需要淬火和回火，能夠降低制造成本。另外，能夠防止由淬火和回火導致的制品的變形，因此能夠實現(xiàn)制品的尺寸精度的提高。
【專利說明】環(huán)狀彈簧及其制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及碟形彈簧、波形彈簧等環(huán)狀彈簧及其制造方法。

【背景技術】
[0002]碟形彈簧、波形彈簧等環(huán)狀彈簧用于吸收例如傳送機械的離合器裝置的離合器咬合時產(chǎn)生的沖擊。在環(huán)狀彈簧的制造方法中，以往使用了通過加壓加工而從板材沖切成大致環(huán)狀的坯件(blank)的方法，但該方法的材料成品率差。而且，已知有:為了實現(xiàn)材料成品率的提高，將通過彎曲成形而形成為環(huán)狀的原材料的端部彼此進行焊接的方法(例如專利文獻1、2)。
[0003]在碟形彈簧的制造方法中，使用將原材料的端部彼此進行焊接的方法時，例如進行圖4所示的工序。首先，準備原材料(步驟S11)，通過彎曲成形而將原材料形成為大致環(huán)狀(步驟S12)，將大致環(huán)狀的原材料的端部彼此進行焊接(步驟S13)。由此能夠獲得環(huán)狀的原材料環(huán)。接著，通過對原材料環(huán)進行冷軋成形(碟成形)為碟形狀(大致圓錐形狀)，得到碟形彈簧材料(步驟S14)。接著，通過對碟形彈簧材料進行淬火和回火(步驟S15、S16)，能夠獲得碟形彈簧。
[0004]現(xiàn)有技術文獻專利文獻
專利文獻1:日本特開平6-106277號公報專利文獻2:日本特開2001-225112號公報。


【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明要解決的問題
然而，在將原材料的端部彼此進行焊接的方法中，進行了焊接的原材料的端部彼此成為焊接金屬部，其周圍的部分成為受到了焊接時的加熱影響的焊接熱影響部。此時，在焊接金屬部形成硬化區(qū)域，在焊接熱影響部形成軟化區(qū)域，因此，為了確保作為碟形彈簧所必須的強度，需要在冷軋成形后對碟形彈簧材料進行淬火和回火。像這樣，淬火和回火成為必需，工序數(shù)會增加，從而招致制造成本的增加、制品變得昂貴。
[0006]因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠具有高強度且廉價的環(huán)狀彈簧及其制造方法。
[0007]用于解決問題的手段
本發(fā)明的環(huán)狀彈簧為通過對原材料的兩端部進行焊接而形成為環(huán)形狀的環(huán)狀彈簧，其特征在于具有:在原材料的兩端部的邊界部形成的焊接金屬部、以及在焊接金屬部的周圍形成且通過焊接而被加熱的焊接熱影響部，所述環(huán)狀彈簧的拉伸強度為100MPa以上。
[0008]本發(fā)明的環(huán)狀彈簧是通過對原材料的兩端部進行焊接而得到的，因此具有焊接金屬部和焊接熱影響部。此時，其為處于具有焊接金屬部和焊接熱影響部的狀態(tài)下拉伸強度為100MPa以上的環(huán)狀彈簧，例如作為碟形彈簧和波形彈簧而具有充分的拉伸強度，因此不需要淬火和回火。因此，與通過加壓加工而沖切成環(huán)狀坯件的以往方法相比，能夠實現(xiàn)材料成品率的提高和材料成本的降低是不言而喻的，與對原材料的端部彼此進行焊接的以往方法相比，能夠省略制造工序，因此能夠實現(xiàn)制造成本的減低。其結果，能夠實現(xiàn)制品的低價格化。另外，由于不進行淬火和回火，因此能夠防止制品的變形，結果能夠實現(xiàn)制品的尺寸精度的提聞。
[0009]本發(fā)明的環(huán)狀彈簧可以使用各種構成。例如關于本發(fā)明的環(huán)狀彈簧的材料的化學成分，C的含量變大時，會形成淬火硬化層、韌性降低，因此需要減小C的含量。然而，減小C的含量時，強度會降低，因此，需要添加C以外的元素，通過固熔強化、晶粒微細化等作用來實現(xiàn)強度的提聞。
[0010]此時，關于材料的化學成分，例如可以使用如下方式:以重量％計含有C:0.10~0.30%、Si:0.50~2.10%、Cr:0.50~1.50%、Mn:1.0~2.0%、P:0.025% 以下、以及 S:0.025%以下，剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質。
[0011]以下，針對各元素來說明限定為上述數(shù)值的根據(jù)。需要說明的是，以下的說明中，“％”表示“重量％”。
[0012][C:0.10~0.30%]
C是用于確保焊接部的強度的重要元素。C的含量不足0.10%時，焊接部的強度不足。另一方面，C的含量超過0.30%時，馬氏體等硬化組織增加、形成淬火硬化層、韌性降低。因此，為了實現(xiàn)焊接部的強度和韌性的提高，將C的含量設定為0.10-θ.30%。
[0013][Si:0.50^2.10%]
Si作為固溶強化元素是用于確保焊接部的強度的重要元素。Si的含量不足0.50%時，焊接部的強度不足，Si的含量超過2.10%時，確保強度的效果會飽和，并且焊接性也降低。因此，為了實現(xiàn)焊接部的強度和焊接性的提高，將Si的含量設定為0.50-2.10%。
[0014][Cr:0.50^1.50%]
Cr是用于使焊接部的強度增加的有用元素。Cr的含量不足0.50%時，焊接部的強度不足，Cr的含量超過1.50%時，韌性降低。因此，為了實現(xiàn)熔融部的強度和韌性的提高，將Si的含量設定為0.50~1.50%。
[0015][Mn:1.0~2.0%]
Mn作為固溶強化元素是不僅提高強度且用于防止由S導致的熱軋脆性的有用元素。Mn的含量不足1.0%時，強度不足，Mn的含量超過2.0%時，會招致加工性的降低。因此，為了實現(xiàn)強度和加工性的提高，將Mn的含量設定為1.0-2.0%。
[0016][P:0.025% 以下]
P的含量過大時，會招致加工性和焊接性的降低，因此期望盡量減小P的含量。對于環(huán)狀彈簧而言，為了確保加工性和焊接性，0.025%以下的P的含量是可允許的值。
[0017][S:0.025% 以下]
S的含量過大時，會招致延展性的降低，因此期望盡量減小S的含量。對于環(huán)狀彈簧而言，為了確保延展性，0.025%以下的S的含量是可允許的值。
[0018]關于本發(fā)明的環(huán)狀彈簧的材料的化學成分，為了通過C、Cr以及Mn而有效地獲得上述效果，更適合的范圍如下所示。即如下方式是適合的:以重量％計含有C:0.15^0.25%、Si:0.50~2.10%、Cr:0.8~1.1%, Mn:1.3~1.7%、P:0.025% 以下、以及 S:0.025% 以下，剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質。
[0019]上述化學組成為基本組成，為了實現(xiàn)焊接金屬部的強度和韌性的進一步提高，可以適當添加N1、Mo、T1、V、以及Nb中的至少一種。
[0020]可以使用以下方式:作為原材料，使用下述式(I)所示的碳當量Ceq為0.5^0.75重量％且硬度為350HV以上的鋼材，前述鋼材以重量％計含有C:0.30%以下。需要說明的是，式(I)中，[]表示各元素的含量(重量％)。
[0021 ] Ceq= [C] + [Mn] /6+ [Si]/24+ [Ni]/40+ [Cr] /5+ [Mo] /4+ [V] /14…式(I)
碳當量Ceq低于0.5重量％時，無法確保環(huán)狀彈簧所需的強度，高于0.75重量％時，焊接金屬部的硬度變得過大，因此韌性降低。因此，為了有效地實現(xiàn)環(huán)狀彈簧所需強度的確保和韌性的提高，將碳當量Ceq設定為0.5^0.75重量％。另外，通過使原材料(母材)的硬度為350HV以上，能夠有效地實現(xiàn)使焊接后的材料確保所需的強度。
[0022]在焊接金屬部中，有時會發(fā)生疑似成為應力集中的原因的拉絲(引汁)，在焊接開始部中難以發(fā)生拉絲、在焊接結束部中容易發(fā)生拉絲。因此，適合的是，焊接金屬部的焊接開始部在外周部和內周部之中拉伸應力更高者的周邊部形成。
[0023]作為環(huán)狀彈簧，例如可以使用形成碟形狀的碟形彈簧、或者形成具有峰部和谷部的波形狀的波形彈簧。使用波形彈簧時，適合的是，發(fā)生應力成為峰的峰部和谷部形成在與焊接金屬部不同的位置。
[0024]本發(fā)明的環(huán)狀彈簧的制造方法的特征在于，其包括如下工序:通過彎曲成形而將原材料形成為大致環(huán)狀的彎曲成形工序；以及，將大致環(huán)狀的原材料的端部彼此進行焊接，得到環(huán)形狀的原材料環(huán)的焊接工序，焊接工序中，在原材料的兩端部的邊界部形成焊接金屬部，并且將通過焊接而被加熱的焊接熱影響部形成在焊接金屬部的周圍，環(huán)狀彈簧具有100MPa以上的拉伸強度。
[0025]本發(fā)明的環(huán)狀彈簧的制造方法可以獲得與本發(fā)明的環(huán)狀彈簧相同的效果。
[0026]發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明的環(huán)狀彈簧或其制造方法，可獲得能夠兼顧制品的高強度化和低價格化等的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的環(huán)狀彈簧的制造方法的制造工序的流程圖。
[0028]圖2的(A)、(B)是表示本發(fā)明的一個實施方式的環(huán)狀彈簧的制造方法的焊接的適合例的概略圖。
[0029]圖3是表示作為本發(fā)明的一個實施方式的環(huán)狀彈簧的波形彈簧的具體例的概略構成的側面的展開圖的一部分。
[0030]圖4是表示以往的環(huán)狀彈簧的制造方法的制造工序的流程圖。
[0031]附圖標記說明
1A、1B…環(huán)形狀的原材料環(huán)；2…波形彈簧；11...外周部;12…內周部;13、33…焊接金屬部;21…凹部;31…峰部；32…谷部。

【具體實施方式】
[0032]以下，針對本發(fā)明的一個實施方式，參照附圖來進行說明。圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的環(huán)狀彈簧的制造方法的制造工序的流程圖。本實施方式中，例如如圖1所示那樣，依次進行原材料準備(步驟SI)、彎曲成形(步驟S2)、焊接(步驟S3)、碟成形(步驟S4)、以及低溫退火(步驟S5)。
[0033]首先，準備原材料(步驟SI)。作為原材料，使用由該原材料獲得的環(huán)狀彈簧處于具有焊接金屬部和焊接熱影響部的狀態(tài)下其拉伸強度達到100MPa以上的原材料。
[0034]作為原材料，適合的是，使用下述式(I)所示的碳當量Ceq為0.5^0.75重量％且硬度為350HV以上的鋼材，該鋼材以重量％計含有C:0.30%以下。需要說明的是，式(I)中，[]表示各元素的含量(重量％)。
Ceq= [C] + [Mn] /6+ [Si]/24+ [Ni]/40+ [Cr] /5+ [Mo] /4+ [V] /14…式(I)。
[0035]關于具體的化學組成，適合的是，原材料以重量％計含有C:0.10-0.30%、S1:
0.50~2.10%、Cr:0.50~1.50%、Mn:1.0~2.0%、P:0.025% 以下、以及 S:0.025% 以下，剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質。關于C、Cr、以及Mn，更適合的含量是以重量％計為C:
0.15~0.25%、Cr:0.8~1.1%, Mn:1.3~1.7%。
[0036]原材料可以通過對如下材料進行拉絲加工來獲得，所述材料為:例如在奧氏體化后進行了驟冷的材料、或者在奧氏體化后實施了奧氏體等溫淬火處理的材料和實施了鋼絲韌化處理的材料。作為原材料的形態(tài)，使用線材、平板材或帶材等板材等。此時，可以使用長條材、箍材/卷材、以及定尺材料等各種形態(tài)。作為原材料的剖面形狀，不限定于方形剖面，也可以是形成梯形、橢圓等形狀的異形剖面。
[0037]接著，通過彎曲成形而將原材料形成為環(huán)狀，從而得到原材料環(huán)(步驟S2)。此時，例如通過將原材料的兩端部的端面彼此對準而形成對準部。需要說明的是，通過在彎曲成形的同時進行碟成形，也可以將原材料制成碟形狀(大致圓錐形狀)的原材料環(huán)。另外，通過進行波形成形來代替碟成形，也可以制成成為具有峰部和谷部的波形狀的原材料環(huán)。此時，可以省略步驟S4的下述碟成形或下述波形成形。
[0038]接著，通過對原材料環(huán)的對準部進行焊接，從而得到環(huán)狀的原材料環(huán)(步驟S3)。環(huán)形狀的原材料環(huán)具有:在原材料的兩端部的邊界部形成的焊接金屬部、以及在焊接金屬部的周圍形成且通過焊接而被加熱的焊接熱影響部。焊接方法可以使用各種方法，沒有限定，激光焊接是適合的。在激光焊接中，由于照射點較小，因此可以抑制焊接熱影響部的形成。焊接金屬部之中的凸狀焊道根據(jù)需要也可以去除。
[0039]例如在制造碟形彈簧時，在使軸線方向高度變低來進行彈性變形時產(chǎn)生拉伸應力的凹面?zhèn)龋軌蛞酝庵懿康睦鞈Ω哂趦戎懿康睦鞈Φ姆绞交蛘咭詢戎懿康睦鞈Ω哂谕庵懿康睦鞈Φ姆绞竭M行設計。此時，考慮到通過焊接而發(fā)生拉絲的風險，適合的是，如下那樣地設定焊接方向。
[0040] 圖2的(A)表示作為將外周部11的拉伸應力設定得比內周部12的拉伸應力高的碟形彈簧的原材料而使用的原材料環(huán)1A。原材料環(huán)IA中，在從外周部11朝向內周部12的方向(箭頭方向)進行焊接時，對準部形成焊接金屬部13。此時，拉伸應力低的內周部12產(chǎn)生拉絲而形成凹部21，而在拉伸應力高的外周部11不會形成凹部。圖2的(B)表示作為將內周部12的拉伸應力設定得比外周部11的拉伸應力高的碟形彈簧的原材料而使用的原材料環(huán)1B。原材料環(huán)IB中，在從內周部12朝向外周部11的方向(箭頭方向)進行焊接時，拉伸應力低的外周部11會產(chǎn)生拉絲而形成凹部21，而在拉伸應力高的內周部12不會形成。像這樣，焊接在從拉伸應力高的周邊部朝向拉伸應力低的周邊部的方向進行是適合的。
[0041]接著，通過對環(huán)形狀的原材料環(huán)進行碟成形，得到大致圓錐形狀的碟形彈簧(環(huán)狀彈簧)(步驟S4)。具體而言，通過冷軋加壓成形或熱軋加壓成形，將環(huán)形狀的原材料環(huán)制成規(guī)定厚度的大致略平狀態(tài)，從而得到大致圓錐形狀的碟形彈簧。需要說明的是，也可以通過冷軋加壓或熱軋加壓進行波形成形來代替碟成形，從而得到波形彈簧(環(huán)狀彈簧)。例如制造圖3所示的波形彈簧2時，適合的是，峰部31和谷部32形成在與焊接金屬部33不同的位置。
[0042]接著，根據(jù)需要，通過對環(huán)狀彈簧(碟形彈簧或波形彈簧)進行低溫退火，也可以去除形變(步驟S5)。低溫退火例如以250°C進行60分鐘。需要說明的是，加熱溫度、時間可以根據(jù)需要進行調整。在熱軋中使用環(huán)狀彈簧時，能夠抑制變形，因此低溫退火是適合的。
[0043]通過本實施方式制造的環(huán)狀彈簧是通過將原材料的兩端部進行焊接而得到的，因此具有焊接金屬部和焊接熱影響部。此時，其處于具有焊接金屬部和焊接熱影響部的狀態(tài)下拉伸強度為100MPa以上，例如作為碟形彈簧和波形彈簧而具有充分的拉伸強度，因此不需要淬火和回火。因此，能夠降低制造成本。其結果，能夠實現(xiàn)制品的低價格化。另外，由于不進行淬火和回火，因此能夠防止制品的變形，結果可以實現(xiàn)制品的尺寸精度的提高。
[0044]使用上述實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明不限定于上述實施方式，可以進行各種變形。例如在環(huán)狀彈簧的制造方法中，根據(jù)需要，可以對環(huán)狀彈簧實施用于獲得壓縮殘留應力的噴丸硬化、用于提高表面清凈度的磨光等。另外，例如在作為環(huán)狀板彈簧而制造碟形彈簧的情況下，可以對碟形彈簧主體的內周部或外周部設置多個凸部(爪)。例如關于碟形彈簧的使用形態(tài)，碟形彈簧可以以單體的形式使用，也可以將多個碟形彈簧串聯(lián)或并聯(lián)地配置并使用。使用多個碟形彈簧時，例如為了防止位置偏移，還可以對碟形彈簧彼此進行焊接。
實施例
[0045]以下，參照具體的實施例來進一步詳細地說明本發(fā)明的實施方式。
[0046]實施例中，使用具有表1所示化學組成、碳當量Ceq (單位:重量％)、硬度(單位:HV)、以及拉伸強度(焊接前TS、單位:MPa)的各種原材料來制作碟形彈簧，對碟形彈簧進行耐久試驗，判定是否合格。
[0047][表 I]

【權利要求】
1.環(huán)狀彈簧，其特征在于，在通過對原材料的兩端部進行焊接而形成為環(huán)形狀的環(huán)狀彈黃中， 具有：在所述原材料的兩端部的邊界部形成的焊接金屬部、以及在所述焊接金屬部的周圍形成且通過所述焊接而被加熱的焊接熱影響部， 所述環(huán)狀彈簧的拉伸強度為1000MPa以上。
2.根據(jù)權利要求1所述的環(huán)狀彈簧，其特征在于，以重量％計含有C:0. 10-θ. 30%、Si ：O. 50~2· 10%,Cr :0· 50~1· 50%、Μη :1· 0~2· 0%、Ρ ：0. 025% 以下、以及 S :0. 025% 以下，剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的環(huán)狀彈簧，其特征在于，作為所述原材料，使用下述式(I)所示的碳當量Ceq為O. 5^0. 75重量％且硬度為350HV以上的鋼材，所述鋼材以重量％計含有C :0. 30%以下，
Ceq= [C] + [Mn] /6+ [Si]/24+ [Ni]/40+ [Cr] /5+ [Mo] /4+ [V] /14…式（I) 其中，在式（I)中，[]表示各元素的含量(重量％)。
4.根據(jù)權利要求1~3中任一項所述的環(huán)狀彈簧，其特征在于，所述焊接金屬部的焊接開始部在外周部和內周部之中拉伸應力更高者的周邊部形成。
5.根據(jù)權利要求1~4中任一項所述的環(huán)狀彈簧，其特征在于，其為形成碟形狀的碟形彈簧、或者形成具有峰 部和谷部的波形狀的波形彈簧。
6.根據(jù)權利要求5所述的環(huán)狀彈簧，其特征在于，所述峰部和所述谷部形成在與所述焊接金屬部不同的位置。
7.環(huán)狀彈簧的制造方法，其特征在于，其包括如下工序： 通過彎曲成形而將原材料形成為大致環(huán)狀的彎曲成形工序；以及 將所述大致環(huán)狀的原材料的端部彼此進行焊接，得到環(huán)形狀的原材料環(huán)的焊接工序， 所述焊接工序中，在所述原材料的兩端部的邊界部形成焊接金屬部，并且將通過所述焊接而被加熱的焊接熱影響部形成在所述焊接金屬部的周圍，所述環(huán)狀彈簧具有1000MPa以上的拉伸強度。
【文檔編號】C22C38/38GK104081079SQ201380007482
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月30日 優(yōu)先權日:2012年1月31日
【發(fā)明者】高村典利, 高橋文雄 申請人:日本發(fā)條株式會社