DE3633058C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer SchraubenfederInfo
- Publication number
- DE3633058C1 DE3633058C1 DE19863633058 DE3633058A DE3633058C1 DE 3633058 C1 DE3633058 C1 DE 3633058C1 DE 19863633058 DE19863633058 DE 19863633058 DE 3633058 A DE3633058 A DE 3633058A DE 3633058 C1 DE3633058 C1 DE 3633058C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rod
- spring
- heating
- winding
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
- B21F3/00—Coiling wire into particular forms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Springs (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer
Schraubenfeder aus einem Stab bzw. Draht aus Federstahl
mit konstantem Kreisquerschnitt durch Erwärmen
des Stabes auf Austenitisierungstemperatur, Wickeln
des Stabes in der stabilen Austenitphase (bei
Austenitisierungstemperatur), Härten der so geformten
Feder durch Abschrecken in einem geeigneten Medium,
wie Öl oder Wasser, und Anlassen (Tempern) der
gehärteten Feder.
Bei der Herstellung von Schraubendruck- und Schraubenzugfedern
unterscheidet man zwei verschiedene,
hinsichtlich ihrer technischen Bedeutung etwa gleichrangige
Formgebungsverfahren, die Warm- und Kaltformgebung.
Das beim Kaltformen zum Einsatz kommende
Vormaterial hat häufig bereits vor der Verarbeitung,
also im Anlieferungszustand, die Festigkeitseigenschaften,
die von der fertigen Feder verlangt werden, das heißt,
es hat vorab bereits eine geeignete Vergütebehandlung,
z. B. eine Ölschlußvergütung erfahren. Federn aus
derartigem Vormaterial werden vorwiegend auf
Windeautomaten geformt, wobei Drähte mit Durchmessern von
weniger als 1 mm bis max. etwa 15 mm verarbeitbar sind.
Kaltgeformt werden jedoch Schraubenfedern nicht selten
auch aus "weichen" bzw. unvergüteten Drähten mit Durchmessern
von etwa 8 bis 20 mm. Die Vergütung erfolgt in
solchen Fällen nach der Formgebung, also an der Feder
selbst.
Die hier in Rede stehende Erfindung betrifft den
Bereich der warmgeformten Schraubenfedern, die
hauptsächlich aus Stählen nach DIN 17 221 hergestellt
werden. Das verwendete Vormaterial ist in diesem Fall
unvergüteter, gewalzter, gezogener, geschliffener
oder gedrehter Rundstahl in Stabform mit Durchmessern
von ca. 8-60 mm. Üblicherweise werden die Stäbe
in erdgasbeheizten, temperaturgeregelten Hubbalkenöfen
austenitisiert, das heißt je nach Stahlzusammensetzung
auf Temperaturen zwischen 820 und 860°C
erwärmt. Dieser Temperaturbereich ist gleichzeitig
jener, in dem die Federn zunächst geformt und aus
dem heraus sie unmittelbar im Anschluß an die
Formgebung in Öl abgeschreckt bzw. gehärtet werden. Die
Formgebung selbst geschieht auf Wickelmaschinen,
bei denen das Stabmaterial um eine Welle, den sogenannten
Wickeldorn, gewickelt wird. Zur Steuerung
der Steigung der Windungen dient dabei häufig eine
parallel zum Wickeldorn angeordnete Leitrolle, die in
ihrer Mantelfläche eine schraubenförmige Nut zur
Führung des Federstabes aufweist.
Ein besonderes Vergüteverfahren, mit dem wesentliche
Verbesserungen der mechanischen Werkstoffeigenschaften
erzielt werden können, ist weltweit unter der
Abkürzung HTMB bekannt geworden, was Hochtemperatur-
thermomechanische-Behandlung heißt. Es geht hierbei
um die sinnvolle Kombination einer Wärmebehandlung
mit einer Verformung des Werkstoffs, wie sie z. B.
Anwendung findet beim sogenannten kontrollierten
Walzen von hochfesten, schweißbaren Blechen.
Unter kontrolliertem Walzen wird eine Behandlung
des Stahles verstanden, bei der die Endwalztemperatur
und der Endverformungsgrad so eingestellt
werden, daß sie zu einer Rekristallisation mit
einem möglichst feinen Austenitkorn führen. An die
Verformung des stabilen Austenits schließt sich eine
gezielte Abkühlung des Walzgutes mit Umwandlung in
der Perlit-, Zwischen- oder Martensitstufe an.
Die günstigen mechanischen Eigenschaften eines Stahles
nach HTM-Behandlung resultieren hauptsächlich aus der
damit erzielten Kornverfeinerung, die ihren Ausdruck
insbesondere in deutlich verbessertem Zähigkeitsverhalten
und gleichzeitig erhöhter Streckgrenze des
Werkstoffs findet. Im Vergleich zu einem in herkömmlicher
Weise in der Martensitstufe gehärteten und
dann angelassenen Stahl lassen sich demnach bei einem
HTM-behandelten, ebenfalls in der Martensitstufe
umgewandelten Stahl bei gleicher Zähigkeit deutlich
höhere Festigkeiten realisieren. HTM-behandelter Stahl
weist außerdem extrem feine und gleichmäßig verteilte
Karbidausscheidungen auf. Er ist in hohem Maße Spröd-
bruchsicher und besitzt eine oft vorteilhaft nutzbare
Textur. Der erwähnte Zusammenhang zwischen der Streckgrenze
σ s eines Stahles und seiner Korngröße wird durch
die bekannte und experimentell oft bestätigte
Hall-Petch-Gleichung
beschrieben. Darin bezeichnet σ i eine Reibungsspannung,
die der Bewegung von Versetzungen in sehr großen Körnern
entgegenwirkt, k y einen Korngrenzenwiderstand und d k
den mittleren Korndurchmesser. σ s ist also gemäß der
Hall-Petch-Gleichung linear abhängig von der reziproken
Wurzel aus d k .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
mit einer Vorrichtung zu schaffen, mit dem bei
warmgeformten Schraubenfedern eine wesentliche Verbesserung
der mechanischen Werkstoffeigenschaften erzielt werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
dem Stab nach dem Erwärmen und vor dem Wickeln in der
stabilen Austenitphase durch Verdrehen um seine Längsachse
eine plastische Verformung bei Einhaltung seiner
äußeren Gestalt aufgezwungen wird. Auf diese Weise sind
alle Bedingungen für eine optimale thermomechanische
Behandlung erfüllt, nämlich die Erwärmung des
Stabmaterials auf Austenitisierungstemperatur, die
notwendige starke plastische Verformung des austenitisierten
Stabes und die schnelle Abkühlung der
gewickelten Feder im Ölbad zur Umwandlung des Gefüges
in der Martensitstufe.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen geraden Stab während der
Verdrehung;
Fig. 2 schematisch einen in einer Verdrehvorrichtung
eingespannten Stab.
Die größte Verformung erfährt ein runder Federstab
12 gemäß Fig. 1 während der Verdrehung (Torsion)
an seiner Oberfläche bzw. in seiner Randschicht, d. h.
genau in jener Zone, die einen entscheidenden Einfluß
auf wichtige Eigenschaften der fertigen Feder, wie
z. B. die Schwingfestigkeit und den Relaxationswiderstand,
hat. Der Grad der Verformung an der Staboberfläche
wird am treffendsten durch die dort beim Verdrehen
auftretende Schiebung (Randschiebung) γ R ausgedrückt.
Wird dieses Verformungsmaß als feste Größe vorgegeben,
so läßt sich in Abhängigkeit von der Länge l und dem
Durchmesser d eines betrachteten Stabes berechnen, um
wieviele Umdrehungen n ein Stabende relativ zum anderen
verdreht werden muß. Fig. 1 macht diesen Zusammenhang
in Verbindung mit folgenden einfachen Formeln deutlich:
Versuche haben gezeigt, daß ein Wert von etwa 0,4-0,5
für γ R ausreicht, um im austenitisierten Federstahlstab
die gewünschte, möglichst spontane Rekristallisation
einzuleiten.
Soll z. B. bei einem Stab mit 12,5 mm Durchmesser
und 2800 mm Länge, mit Abmessungen also, wie sie
bei gängigen PKW-Fahrgestellschraubenfedern
anzutreffen sind, ein γ R von 0,45 realisiert werden, so
läßt sich berechnen, daß seine beiden Enden um
32 Umdrehungen gegeneinander verdreht werden müssen.
ist der Verdrehwinkel und n ist die Anzahl
der Umdrehungen.
Die beschriebene Kornverfeinerung ist zwar der
wichtigste aber nicht der einzige Vorteil, den die
Verdrehung der austenitisierten Federstäbe mit sich
bringt. Sehr positiv in bezug auf die Haltbarkeit der
Federn wirkt sich diese Behandlung auch durch die in
den Stäben entstehende schraubenlinienförmige
Ausrichtung der Körner (Textur) aus. Man kann hier von
einem deutlich ausgeprägten Faserverlauf sprechen,
der tendenzmäßig dieselbe Richtung aufweist wie die
Hauptzugspannungen, die im gekrümmten Draht (Stab)
der fertigen Feder unter einer Betriebsbelastung
entstehen. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß
die Windungen der Feder unter der Betriebslast nicht
andersherum tordiert werden als der gerade Stab beim
Verdrehvorgang. Ebenfalls außerordentlich nützlich
erweist sich die Verdrehbehandlung dahingehend, daß
hierbei die auf den Stäben während der Erwärmung
durch Oxydation entstehende Glühhaut vollständig
abplatzt. Werden die Stäbe, wie bisher üblich, am
Ende der Austenitisierungsphase nicht verdreht, so
löst sich die Glühhaut erst beim Wickeln, also bei
der Formgebung der Federn. Erfahrungsgemäß wird sie
dabei teilweise unter Hinterlassung schädlicher
Kerben in die Staboberflächen eingewalzt.
Zu erwähnen ist auch noch, daß in den Federstäben durch
die Verdrehbehandlung Eigenspannungen entstehen, die,
wie Versuche gezeigt haben, zu Rückfederungs- bzw.
Rückdreheffekten führen. Wird beispielsweise aus
einem Federstab, der rechtsherum verdreht wurde, eine
Druckfeder mit Rechtssteigung geformt, dann weist diese
als Folge der Rückfederung im gehärteten Zustand wesentlich
größere Windungsabstände auf, als vom
Wickelwerkzeug (der Leitrolle) vorgegeben. Wird dagegen
aus einem "rechtsverdrehten" Stab eine Druckfeder
mit Linkssteigung gewickelt, so ergeben sich Windungsabstände,
die kleiner sind als jene in der Leitrolle.
Die Gesamtlänge bzw. Gesamthöhe der Feder fällt also
im ersten Beispielfall größer und im zweiten Fall kleiner
als die vorgegebene aus. Der Rückfederungseffekt der
verdrehten Stäbe läßt sich in mancherlei Hinsicht vorteilhaft
ausnutzen. Unter anderem ist es damit erstmals möglich,
warmgeformte Schraubendruckfedern mit einer beträchtlichen
inneren Vorspannung herzustellen.
Die Anwendung der elektrischen Widerstandserwärmung für
das Austenitisieren der Federstäbe warmgeformter Schraubenfedern
bietet vor allem im Vergleich zur Ofenerwärmung
mit Erdgas enorme technische Vorteile, wie z. B. hohe
Gleichmäßigkeit der Temperatur sowohl über den
Querschnitt als auch die Länge der Stäbe, kurze Aufheizzeiten,
einen geringen Zunderanfall, eine verminderte Gefahr von
Entkohlungen und Korngrenzenoxydationen sowie eine
feinfühlige Regelbarkeit der Temperatur.
In Kombination mit der vorgesehenen Verdrehbehandlung
der Federstäbe ist der Einsatz der elektrischen
Widerstandserwärmung völlig neu.
Die Verdrehvorrichtung gemäß Fig. 2 besteht aus zwei
Antriebseinheiten 10 mit Spannelementen 11 (Greifklauen)
und ist gleichzeitig auch eine Erwärmungsvorrichtung.
Der elektrische Strom wird dem darin behandelten Stab
12 über die Spannelemente 11 zugeführt. Die Antriebseinheiten
10 sind zwecks Anpassung an unterschiedliche
Stablängen auf Führungsschienen 13 verschiebbar
angeordnet. Besonders vorteilhaft bei dieser Verbindung von
Erwärmung und Verformung ist die Möglichkeit, den Federstab
12 nach dem Verdrehen noch eine gewisse kleine
Zeitspanne bei konstanter Temperatur in der Vorrichtung
zu belassen, mit dem Ziel, bei der dann ablaufenden
Rekristallisation des Werkstoffs ein optimal feinkörniges
Gefüge zu erhalten.
Claims (4)
1. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer
Schraubenfeder aus einem Stab bzw. Draht aus
Federstahl mit konstantem Kreisquerschnitt durch
Erwärmen des Stabes auf Austenitisierungstemperatur,
Wickeln des Stabes in der stabilen Austenitphase
(bei Austenitisierungstemperatur), Härten der so
geformten Feder durch Abschrecken in einem
geeigneten Medium, wie Öl oder Wasser, und Anlassen
(Tempern) der gehärteten Feder, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Stab nach dem Erwärmen und vor
dem Wickeln in der stabilen Austenitphase durch
Verdrehen um seine Längsachse eine plastische
Verformung bei Einhaltung seiner äußeren Gestalt
aufgezwungen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die bei dem Verdrehen des Stabes an seiner
Mantelfläche (Randschicht) auftretende Schiebung
γ R zwischen 0,4 und 0,5 liegt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei den Stab
(12) an seinen Enden erfassende und einspannende
Greifvorrichtungen, von denen mindestens eine
Vorrichtung den Stab (12) um seine Längsachse
verdrehende, angetriebene Greifklauen (11) od. dgl.
aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Greifvorrichtungen an den
Stabenden als einen elektrischen Strom zur
Widerstandserwärmung in den Stab (12)
einleitende Elektroden ausgebildet sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863633058 DE3633058C1 (de) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder |
EP87112672A EP0263300A1 (de) | 1986-09-29 | 1987-08-31 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863633058 DE3633058C1 (de) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3633058C1 true DE3633058C1 (de) | 1987-07-30 |
Family
ID=6310598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863633058 Expired DE3633058C1 (de) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0263300A1 (de) |
DE (1) | DE3633058C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014214592A1 (de) * | 2014-07-24 | 2016-02-18 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Schraubenfeder aus Federstahl und Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4124326C1 (de) * | 1991-07-23 | 1992-04-16 | Krupp Brueninghaus Gmbh, 5980 Werdohl, De | |
CN1332058C (zh) * | 2003-01-10 | 2007-08-15 | 西北工业大学 | 棒状超细晶材料的制备方法 |
DE10315418B3 (de) * | 2003-04-04 | 2004-07-22 | Thyssenkrupp Automotive Ag | Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Stahl |
CN101956777A (zh) * | 2009-07-14 | 2011-01-26 | 上海中洲特种合金材料有限公司 | 镍基合金圆柱螺旋扭转弹簧的热处理方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2082580A (en) * | 1933-10-24 | 1937-06-01 | Spencer Mfg Company | Bodies for withstanding alternating stresses and manufacture thereof |
DE676746C (de) * | 1935-11-09 | 1939-06-10 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder aus verwundenem Draht |
DE1758510A1 (de) * | 1968-06-15 | 1971-01-21 | Brueninghaus Gmbh Stahlwerke | Verfahren zur Herstellung von austenitformgehaerteten Schraubenfedern und Anlage zur Ausfuehrung des Verfahrens |
FR2018018A1 (de) * | 1968-09-13 | 1970-05-29 | Ford France | |
DE2020270A1 (de) * | 1970-04-25 | 1971-11-11 | Erdmann Jesnitzer Friedrich Pr | Verfahren zur Erhoehung der Festigkeitswerte von unlegierten und legierten Metallen |
SU688528A1 (ru) * | 1977-06-27 | 1979-09-30 | Yasenchuk Pavel D | Способ изготовлени пружин |
-
1986
- 1986-09-29 DE DE19863633058 patent/DE3633058C1/de not_active Expired
-
1987
- 1987-08-31 EP EP87112672A patent/EP0263300A1/de not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NICHTS-ERMITTELT * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014214592A1 (de) * | 2014-07-24 | 2016-02-18 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Schraubenfeder aus Federstahl und Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder |
DE102014214592B4 (de) | 2014-07-24 | 2018-07-12 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Schraubenfeder aus Federstahl und Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0263300A1 (de) | 1988-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2917287C2 (de) | Verfahren zum Herstellen von Schraubenfedern, Torsionsstäben oder dergleichen aus Federstahldraht | |
DE10315418B3 (de) | Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Stahl | |
DE2408388A1 (de) | Unter verdrehen gezogener draht sowie verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung | |
EP3189165A1 (de) | Verfahren zum herstellen von kaltgeformten stahlfedern | |
CH637162A5 (de) | Verfahren zur festigkeitsverguetung von kohlenstoffstahl und niedrig legiertem stahl. | |
DE102008044191A1 (de) | Blattfedermaterial und Herstellungsverfahren desselben | |
DE69203228T2 (de) | Metalldraht aus einem stahlsubstrat mit kaltgehärteter geglühter martensitischer struktur und beschichtung. | |
CH637161A5 (de) | Verfahren zur erhoehung der mechanischen festigkeiten von stahl. | |
EP1613449B1 (de) | Verfahren zum herstellen von schraubenfedern oder stabilisatoren | |
DE3633058C1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder | |
DE60130752T2 (de) | Verfahren zum herstellen von einem teil eines walzlagers | |
DE3142270C2 (de) | Verfahren zum Verbessern der Festigkeit von Werkstückoberflächen | |
DE3702634A1 (de) | Stahlstift fuer ein befestigungsmittel und verfahren zu dessen herstellung | |
DE1433810B2 (de) | Verfahren zur Verbesserung der Zugfestigkeit und der Streckgrenze von Stabstahl | |
DE19839383C2 (de) | Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Stahl für torsionsbeanspruchte Federelemente | |
DE3631928A1 (de) | Verfahren zur herstellung von walzstahlerzeugnissen | |
DE3012191C2 (de) | Vorrichtung zum Herstellen warmgeformter Federn | |
DE2439784A1 (de) | Verfahren zur herstellung von geripptem betonstahl, insbesondere fuer bewehrungsmatten und nach diesem verfahren hergestellter betonstahl | |
DE1483022C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Drehstäben | |
AT396073B (de) | Verfahren zum warmwalzen und waermebehandeln von stabfoermigem material | |
DE2851142C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Federstahls | |
DE2746961A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur verguetung von warmgewalzten stahlstangen | |
AT291323B (de) | Verfahren zur Herstellung von Federdrähten aus warmfesten legierten Stählen | |
CH671348A5 (de) | ||
DE2214768A1 (de) | Verfahren zur herstellung von blankstahl |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |