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弹簧广泛应用特点及制造设计

发布时间:2015年12月25日    点击数:
弹簧广泛应用特点及制造设计

弹簧是应用很广泛的各种机械和仪表中重要零件,其外形可分成板簧和螺旋弹簧两大类。弹簧的主要功能是消震及储能。弹簧工作时产生很大的弹性变形、吸收冲击能量、缓和冲击,例如汽车等车辆上的缓冲弹簧;弹簧还可以通过释放所吸收的能量,使其它零件完成某种动作,例如发动机上的气阀弹簧、仪表弹簧等。 

1、弹簧钢的特点 
弹簧钢首先,必须应具备高的弹性极限和高的屈强比,以避免弹簧在高载?#19978;?#20135;生永久变形?#40644;?#27425;,应具备高的疲劳极限和高的抗拉强度,以免弹簧在长期震动和交变载荷应力的作用下产生疲劳破坏;再次,有一定冲击韧度和足够的塑性;同时还要求有良好的淬透性和低的脱碳敏感性,使弹性极限大幅度降低;以及良好的表面质量,在冷热状态下容易加工成形和良好的热处理工?#25307;浴?nbsp;
弹簧钢?#35805;?#22343;在弹性极限范围内服役,承受载荷时不允许产生塑性变形,因此要求弹簧钢经淬火、中温回火后具有尽可能高的弹性极限和屈强比值(≥0.90)。 
为了获得弹簧所要求的性能,弹簧钢采用较高的含碳量,碳素弹簧钢通常在0.60%~0.85%范围。如65、70钢等的淬透性较差,其截面尺寸超过12mm时在油中就不能淬透,若用水淬火就容易开裂。对于截面尺寸较大、承受较重负荷的弹簧都是用合金钢制造。
合金弹簧钢的合碳量?#35805;?#22312;0.50%~0.70%之间,所含合金元素有Si、Mn、Cr、V等,它们的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性,强化铁素体和细化晶粒,从而有效地改善弹簧钢的力学性能。Si和Mn主要提高淬透性,同时也提高屈强比,且以Si的作用最突出,但它在热处理时促进表面脱碳,Mn则使钢易过热,造成晶粒粗大。重要用途的弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素,Si--Cr弹簧钢表面不易脱碳;Cr--V弹簧钢不易过热,晶粒细,不易长大粗化,耐冲击性能好,高温强度也高,其中Cr、V、W还有利于提高弹簧钢的高温强度。 
弹簧钢的牌号请见 “弹簧钢的技术发展与生产使用”一文。 

2、弹簧制造过程的特征 
弹簧热处理后质量的判别主要是弹簧的寿命,?#26377;?#33021;的角度考虑时需要调整弹性参数与韧性参数的平衡;性能与弹簧钢的淬透性有密切关系。 
目前弹簧制造方法采用钢材和工?#31456;?#32447;的不同可分为三类。 
其一采用冷轧钢带和冷拔钢丝、冷卷成型,经淬火回火或低温回火; 
其二采用热轧不退火钢材,热成形后,进行淬火回火,?#35805;?#26495;簧及大型卷簧的制造都采用此方法; 
其三采用热轧退火钢材,冷卷成型,除应力整型后,再加热淬火和回火热处理,?#35805;?#38050;丝直径在6-12mm的中型卷簧。 
弹簧钢的热处理可分冷拔钢丝的热处理和热轧弹簧钢的热处理。 
冷拔钢丝的热处理是先对材料进行淬火+中温回火,获得回火托氏体组织,成形后进?#26800;?#20110;150℃去除应力回火。 
热轧弹簧钢的热处理是热成形后的弹簧,可在830~890℃加热后油淬火、400~480℃回火,获得回火托氏体组织。如果弹簧钢丝直径太大(>15mm)、板材太厚(>8mm),会出现淬不透现象,结果弹性极限下降,疲劳强度降低。 
  弹簧在服役时承受的弯曲应力、旋转应力在表面,故它的表面状态非常重要。热处理时的氧化脱碳是预防的重点,加热时要?#32454;?#25511;制炉内气氛,尽量缩?#30899;?#28909;时间。弹簧经热处理后,?#35805;?#35201;进行喷丸处理,使表面强化并在表面产生残余压应力,以提高疲劳强度。 
强力喷丸技术是将高速弹丸喷射到弹簧表面,使表面层在弹丸的冲击作用下发生塑性变形,由此产生强化及表面压应力,使弹簧的抗疲劳性能及耐应力腐蚀能力均得到改善的方法。 
强力喷丸在弧高值为0.15-0.60mmA时,可以改善表面粗糙度值>4μm的表面质量,延长了弹簧表面接触疲劳裂纹的萌生期,并使扩展裂纹多次分叉,扩展速度降低,使弯曲疲劳裂纹变得短而细,因而延缓了弯曲疲劳裂纹的形成及降低了裂纹扩展速度,弯曲疲劳强度提高42%-56%。 
为此,弹簧零件?#35805;?#22343;采用强力喷丸,应注意的是强力喷丸工艺指标值的确定。JB/T10174-2000规定“喷丸强度?#35805;?#24212;为0.35mmA以上,表面覆盖率?#35805;?#24212;?#22351;?#19982;200%”。根据喷丸对弹簧表面微观结构的影响,弹簧喷丸强度为0.35-0.43mmA较为适宜。考虑在相同条件下,板簧发生弯曲疲劳断裂的表面部位喷丸强度只有圆棒的1/3,弹簧喷丸的表面覆盖率要求≥250%为佳碳现象出现,检测硬度48-51HRC。 
弹簧的表面质量对使用寿命影响很大,因为微小的表面缺陷(如脱碳、裂纹、?#24615;印?#27611;刺和斑疤等)即可造成应力集中,使弹簧的疲劳强度下降。为了提高弹簧的疲劳强度,在淬火和回火后可对弹簧进行喷丸处理,以消除表面缺陷和由表面?#19981;?#20135;生的应力。试验证明,采用喷丸处理后60Si2Mn钢弹簧使用寿命提高5~6倍。 
弹簧?#23665;?#34892;等温淬火,主要用在热处理机变形小以及希望获得良好塑性及韧性的场合。当硬度相同时,等温淬火+中温回火具有更高的塑性及韧性,?#36824;?#24377;性极限相应低些。 
近年来,弹簧钢热处理方面应用等温淬火、形变热处理等一系列新工艺,对其性能进一步提高,取得了一定的成效,值得大力提倡。另外,弹簧在长期应力作用下可能产生微量塑性变形,从而降低弹性和精度,这对要求很高的弹簧是不许可的。为解决这一问题需对弹簧进行“强压处理”,即将弹簧加以压力,使其各圈相互接触保持24h,这一工序可使弹簧塑性变形预先发生,从而避免了在服役中出现塑性变形而影响弹性和尺寸精度。 
强压处理方法有:①冷强压处理,即在室温下,强压处理?#24863;?#26102;到几十个小时;②热强压处理,将强压装置放入温度为一定的恒温炉中,保?#36136;实?#26102;间后,取出卸载并快冷到室温;③磁场强压处理,即将强压弹簧装置放入周围有磁场的浴炉中处理;④电强压处理,即将强压弹簧装置放入两极板间通电加热较短时间后,取出快冷。经强压处理的弹簧不出现松弛?#24335;?#22823;的第一阶段,只出现松弛?#24335;?#23567;的第二阶段,这就有效地改善了弹簧的抗应力松弛性能,使弹簧工作10年的载荷损失率小于5%左右。 
                                                    
相关标签:弹簧 弹片 五金弹簧

上?#40644;?/B>五金弹簧的表面处理方法

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