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弹簧技术培训 弹簧知识介绍 1 内容提要 弹簧类型弹簧材料制造弹簧的工艺过程弹簧基本设计计算方法弹簧图纸审核弹簧失效模式有关弹簧标准 弹簧类型 按承载形式分类压缩弹簧拉伸弹簧扭转弹簧 一压缩弹簧 压缩弹簧压缩弹簧是所有弹簧种类中最被广泛运用的一种 产品 涉及到的行业有 机械制造 航天航空 电子电器 化工机械 汽机车 计算机 自行车 五金工具 玩具 国防工业等 二拉伸弹簧 拉伸弹簧拉伸弹簧受力方向与压缩弹簧相反 两端结构较压缩弹簧复杂 拉伸弹簧端部结构 L 半圆钩环 L 长臂半圆钩环 L 圆钩环扭中心 L 长臂偏心半圆钩环 拉伸弹簧端部结构 L 偏心圆钩环 L 圆钩环压中心 L 可调式 L 可转式钩环 拉伸弹簧端部结构 L 长小圆钩环 L 连接式圆钩环 三扭转弹簧 扭转弹簧扭转弹簧主要承受扭矩 根据不同的安装要求其端部结构不同 常见的有 外臂扭转 内臂扭转 中心扭转 平列双扭 直臂扭转及单臂弯曲扭转等弹簧 N 外臂扭转 N 内臂扭转 N 中心臂扭转 N 平列双扭 扭转弹簧端部结构 扭转弹簧端部结构 N 直臂扭转 N 单臂弯曲扭转 弹簧材料 弹簧材料分类 按化学成分分 弹簧的工作条件对弹簧材料的要求 弹簧是一种利用材料弹性特点 用于现代各种机器和仪表中的重要零件 它广泛被用于工业 交通运输 国防 石油化工 科研等方面 它的性能与材料的关系十分密切 为使弹簧能适用于各种工作环境及性能要求 可靠的工作 我们对制造弹簧的材料提出以下基本要求 高的抗拉强度弹簧材料必须具有高的屈服强度 与弹性极限 尤其要有高的屈强比 以避免弹簧在高载荷下产生永久变形 弹簧材料的的屈服强度 弹性极限均随材料的抗拉强度增高而增高 如冷拔碳素钢丝的屈服强度约为抗拉强度的90 左右 由于抗拉强度比屈服强度容易测得 在材料交货中提供的都是抗拉强度 故在设计和制造时一般都用抗拉强度作为依据 但材料的抗拉强度并不是越高越好 强过高会降低材 良好的塑性和韧性 的塑性和韧性 增加脆性倾向所以在设计弹簧时 根据弹簧使用情况适当选择材料的抗拉强度以满足使用要求 良好的塑性和韧性在弹簧制造过程中材料需经受不同程度的加工变形 因此要求材料具有一定的塑性 例如形状复杂的拉伸弹簧和扭转弹簧的钩环和扭臂 当曲率半径很小时 对端部钩环或扭臂进行绕制或冲压弯曲成型时 弹簧材料均不能出现裂纹 折损等缺陷 同时弹簧在承受冲击载荷或交变载荷时 材料应具有良好的韧性 这样对提高弹簧疲劳寿命会有很大的益处 优良的表面状态及疲劳性能 优良的表面状态及疲劳性能 作为弹簧材料对表面质量要求非常严格 绝对不允许材料表面存在 如裂缝 折迭 鳞皮 锈蚀 凹坑 划痕 压痕及脱碳等缺陷 这些缺陷都易使弹簧在工作过程中产生应力集中 其应力集中的部位常常是造成疲劳破坏的疲劳源 为了提高弹簧材料的表面质量可以采用多种方法 如对材料的表面进行磨光或抛光 在钢丝拉拔前采用剥皮工艺剥除一层材料的表皮 这样可以将大部分的表面缺陷去掉采用剥皮常常用于制造要求较高的弹簧 如气门弹簧 油泵弹簧等 严格的尺寸精度 严格的尺寸精度许多弹簧对负荷精度有较高的要求 例如气门弹簧的负荷偏差不得大于规定负荷的5 6 以具有圆截面的拉 压弹簧为例 如果钢丝直径偏差为1 负荷就会产生4 左右的偏差 由此可见 严格的尺寸精度对保证弹簧的质量也是十分重要的 良好的匀质性 弹簧材料应具有良好的均匀一致性对材料的均匀性要求是指对材料的化学成分 机械性能 尺寸偏差等各项指标要求均匀和稳定一致 对一批材料或一捆钢丝 要求它的化学成分 物理 力学性能变化很小 如果材料各方面性能不一致 会给弹簧生产带来很大的困难 造成产品的几何尺寸 硬度 负荷等参数的离散性 严重的材料不均匀性甚至会造成废品 在实际生产时 不论用车床进行有芯卷绕或是用自动卷簧机绕 都希望同一批材料卷绕出的弹簧几何尺寸稳定 长度 直径 节距偏差很小 因此要求材料软硬要一致 卷制弹簧后的回弹量相同 回弹是指卷绕后放松时所产生的直径增大现象 其它特殊要求 具有耐腐蚀耐高温性能用于化工 石油和船舶等工业部门所用的弹簧通常在潮湿或腐蚀介质的情况下工作 要求弹簧材料应具有较高的抗腐蚀能力 此时可采用耐腐蚀性能较好的铜合金材料或不锈钢材料 用于原子能 航天航空 兵器等工业部门的一些弹簧 要求能在较高的工作温度下服役 例如 内燃气轮机中的喷油器弹簧 其工作温度高达200 500 航空发动机和核反应堆某些关键部位的弹簧 工作温度可高达到300 500 在这种条件下工作的弹簧材料往往要求具有低弹性模量温度系数和高的持久强度 这时 需采用特殊用途的弹簧材料 常用弹簧材料的化学成分 常用弹簧材料中大部分是碳素弹簧钢 其化学成分中除含有铁以外还有一定量的碳以及其它杂质 还有一部分碳素弹簧钢具有较高的含锰量 称为高锰碳素弹簧钢 典型的有65Mn 合金弹簧钢和一些特殊用途的弹簧材料 则是在碳素钢的基础上添加了一定量的合金元素 从而使材料能满足弹簧的工作环境及性能要求 如高的弹性极限 良好的淬透性 耐腐蚀性及耐高温性等等 各种合金元素在弹簧材料中的作用如下所述 合金元素在弹簧材料中的作用 碳 C 是钢中重要的化学元素 弹簧钢的含碳范围是0 3 1 25 碳素弹簧钢的含碳量在0 6 0 9 之间 合金弹簧钢的含碳量在0 45 0 75 之间 含碳量越高 钢的硬度和强度越高 但是塑性降低 淬性增加 锰 Mn 在弹簧钢中一般进入量为1 左右 优点是淬透性好 强度较高 脱碳倾向较小 缺点是有过热敏感性和回火脆性倾向 淬火时开裂倾向较大 硅 Si 在碳素钢中的含量通常不超过0 37 它是作为冶炼过程中的脱氧剂而加入钢中的 含硅的合金弹簧钢其硅钢含量在0 7 2 8 之间 由于硅能溶于铁素体中 从而能提高钢的强度和屈强比 硅还能提高钢的淬透性和耐热性能 但弹簧钢中的含硅量不能过高 否则会造成钢晶粒粗化 增加石墨化倾向 铬 Cr 能提高钢的淬透性 细化晶粒 是制造高疲劳性能的弹簧所用合金钢中的重要元素之一 当铬的含量达到13 以上时 具有很好的防腐蚀能力 是制造弹簧所用不锈钢中的主要添加元素 镍 Ni 是我国资源较少的元素 一般弹簧钢中很少使用 它是奥氏体不锈钢中的主要成分之一 镍主要用于形成稳定奥氏体组织 铬镍奥氏体的组织稳定 高温下长期使用也不会脆化 钒 V 是强碳化物元素 和碳能结合成熔点很高的碳化钒 合金弹簧钢中加入少量的钒 则细化晶粒的作用就已十分明显 如50CrVA的含钒量仅为0 1 0 2 弹簧钢中加入了钒细化了晶粒 降低了过热敏感性 提高疲劳强度 钨 W 主要作用是提高钢的淬透性和耐热性能 使弹簧在较高的温度下仍能保持高的强度及弹性 钨还能细化晶粒 如常用的弹簧材料65Si2MnWA 其淬透性 耐热性能都优于50CrVA 钼 Mo 的作用和钨类似 钼还能消除硅锰钢中的第二类回火脆性 近年来 我国新发展的一些弹簧钢 如55SiMnMoV 55SiMnMoVNb都含有钼 硼 B 能大大提高弹簧淬透性 加入极微量的硼 十万分之几 作用就极为明显 在硅锰弹簧钢的基础上加入微量的硼以后淬透性明显提高 在某些耐高温的合金弹簧材料中加入硼 能增加材料的持久强度 铝 Al 钛 Ti 铌 Nb 主要添加在弹簧用不锈钢或其它特殊用途的弹簧材料中 主要目的是提高材料的耐腐蚀性能或与镍 钼等组成沉淀硬化相 起到沉淀强化作用 钴 Co 是恒弹簧性材料 钴在3J21 3J32中作为主要添加元素 能使弹簧材料获得高的弹性极限 并且弹性模量温度系数也很小 但钴是贵重合金元素 除非必要 一般不轻易使用 铜 Cu 常作为铜合金中的基体元素 与其它添加的元素组成铜合金弹性材料 如与锡 Sn 磷 P 组成锡磷青铜 与硅 锰组成硅青铜 与铝组成铝青铜 与铍 Be 组成铍青铜等 铍青铜有优良的弹性性能 但铍有毒 且价格也很贵 以铜镍为主的弹性合金有很好的耐腐蚀性能 铍 Be 主要是加入铜中组成铍青铜 铍青铜有优良的弹性性能 但铍有毒 且价格也很贵 钢中除了以上这些有益元素外 还不可避免地存在一些有害的杂质 如硫 S 磷 P 等 这些杂质会降低钢的塑性和韧性 增加脆性 形成夹杂物严重地降低弹簧的寿命 所以要求这两种有害元素在钢中的含量越少越好 弹簧钢牌号的命名方法 碳素弹簧钢及合金弹簧钢牌号命名的方法根据钢的命名原则 碳素弹簧钢和合金弹簧钢前面的二位数字为含碳量 表示这种材料平均含碳量的万分之几 例如70钢 它的平均含碳量是万分之70即0 70 50CrVA 它的平均含碳量是万分之50即0 50 以此类推 钢的合金元素是以该元素的化学符号表示 当这种元素的平均含量小于1 5 时 只标出该元素的符号 不标数字 含量大于或等于1 5 而小于2 5 时 除标出合金元素符号外还标数字 2 表示元素平均含量为2 左右 以此类推 如50CrVA表示合金元素铬和钒的平均含量均小于1 5 60Si2MnA表示合金元素Si的平均含量为2 左右 Mn的平均含量为1 左右 弹簧用的不锈钢 合金元素的命名方法同上 但含碳量是以平均含量的千分之几来表示的如 1Cr18Ni9Ti的平均含碳量为千分之一左右 而不是万分之一 当含碳量小于0 09 时 前面标以阿拉伯数字 0 如0Cr17Ni7Al 铜合金弹簧材料的命名方法是青铜以 Q 表示 Q 后面的化学符号表示主要的添加元素名称 后面一组或二组数字中 前面一组数字表示主要添加元素的平均百分比含量 如QSn6 5 0 1表示锡青铜 主要添加元素锡的平均含量6 5 其它添加元素磷的平均含量为0 1 QBe2则表示铍青铜 主要添加元素铍的平均含量为2 特殊用途的弹簧材料一般不标出含碳量 仅标出其主要合金元素的含量 如Ni36CrTiAl只标出主要合金元素镍的平均含量为36 虽然铬的平均含量在12 左右 但不标出其含量的多少 为方便起见 常把它们的牌号如Ni36CrTiAl称为3J1 Co40NiCrMo称为3J2等等 耐高温弹簧材料如0Cr15Ni25Ti2MoVB等 一般在牌号前面冠以高温合金的拼音字母 GH G 为 高 的第一个拼音字头 H 为 合 的第一个拼音字头 如上述合金可写成GH132 其中数字为顺序编号 常用碳素钢成分 不锈钢牌号对照表 铜合金 用于制造弹簧的有色金属材料主要是铜基合金 镍基合金 弹性合金等 有丝 带 棒等不同形式供制弹簧使用 铜系合金铜是人类最早使用的金属 由于纯铜硬度较低 通常加入若干合金元素形成铜基合金 以提高其强度和弹性 铜基合金种类繁多 性能各有特点 用于制造弹簧的铜基合金种类主要有黄铜 青铜 和白铜三大类 一大类根据合金元素的不同又可分为若干小类 按弹簧所需的力学性能来说 通常为铍青铜最好 硅青铜 锡青铜 白铜居中 黄铜次之 按市面价格由低到高依次为黄铜 硅青铜 锡青铜 白铜和铍青铜 尤其是铍青铜最贵 黄铜黄铜价格相对低廉 是工业上应用最广的一种铜基合金 具有良好的工艺性能 力学性能 热稳定性和耐蚀性 还有较高的导电性和导热性 多用于电气设备中 由于黄铜弹簧抗拉强度较低 弹簧在室温长期使用时 其变形量会随着时间推移而增大 因此只能用于不太 黄铜牌号 重要的弹簧 黄铜是以锌为主要加入元素的铜基合金 颜色随含锌量的增加由红色变到淡黄色 最简单的黄铜是铜 锌合金 称为普通黄铜或简单黄铜 常用的合金元素有硅 铝 锡 铅 锰 铁与镍等 黄铜牌号及成分 黄铜材料的成分 青铜 青铜青铜是历史上应用最早的一种合金 原指铜锡合金 因颜色呈青灰色 故称青铜 后来将除铜锌合金 铜 铜镍合金 白铜 以外的铜基合金统称为青铜 并常在前青铜名字前冠以第一主要添加元素的名称 主要是锡青铜 铝青铜 硅青铜 铬青铜 锰青铜 镉青铜 镁青铜 铍青铜等 锡青铜是含锡 锌 铅或磷的铜合金 锡青铜具有较高的强度 良好的抗滑动摩擦性 优良的切削性能和良好的焊接性能 在大气 淡水中有良好的耐蚀性能 适用于制造机械 仪表上的弹簧及其他制品 锡磷青铜是一种含铜90 96 含锡4 10 和少量磷的抗腐蚀无磁性的铜系合金 具有弹性极高 导电性好的特点 广泛用于弹性元件 精密仪器仪表中的耐磨零件和抗磁零件等 一般认为锡青铜也是难以进行热加工的 只能冷轧成材 铝青铜是以铝为主要合金元素的铜基合金 含铝量一般不超过11 5 又是还加入适量的铁 镍 锰等元素 以进一步改善性能 铝青铜可热处理强化 其强度比锡青铜高 抗高温氧化性也较好 耐磨性和耐腐性比锡青铜更好 适用于制造机械 仪表上的弹性元件和其他制品 青铜牌号 硅青铜是以硅为主要合金元素的青铜 工业上应用的硅青铜除含硅外 还含有少量的锰 镍 锌或其他元素 硅在铜中呈有限固溶 但时效硬化效应不强 一般不进行强化热处理 硅青铜的力学性能较锡青铜高 性能与锡磷青铜相似 两者有时可以互换使用 硅青铜可用作弹性元件及航空上工作温度高 单位压力不大的摩擦零件 青铜牌号及成分 青铜材料化学成分 白铜线材牌号 白铜线材 白铜带材 白铜化学成分 白铜化学成分 弹簧制造工艺 弹簧加工工艺流程图 喷丸 弹簧喷丸处理喷丸处理或喷丸强化亦称喷丸处理 它是提高机械零件疲劳寿命的有效方法之一 在弹簧制造行业中广泛应用 喷丸处理的原理就是以高速弹丸流喷射弹簧表面 使弹簧表层发生塑性变形 而形成了一定厚度的表面强化层 从应力状态看 强化层内形成了较高的剩余压应力 由于材料表面剩余压应力的存在 当弹簧在承受变载荷时可以抵消一部分变载荷作用下的最大拉应力 从而提高弹簧的疲劳强度 喷丸处理还能消除弹簧表面疵点 微小的缺陷 脱碳 减少应力集中等 从而消除或减少了疲劳源 喷丸处理可使表面粗糙度下降或升高 表面粗糙度的增高不利于疲劳强度的改善 所以在任何情况下都应避免喷丸工艺对表面粗糙度引起明显地增高 喷丸处理工艺参数包括弹丸材料 弹丸尺寸 弹丸硬度 弹丸速度 弹丸流量 喷射角度 喷射时间 喷枪或离心轮至被喷射表面的距离 合理地选择这些工艺参数 可以获得好的喷丸效果 喷丸 喷丸的类型喷丸有普通喷丸 自由喷丸 应力 应变喷丸和多级喷丸等类型 1 普通喷丸 自由喷丸 弹簧在无任何外力作用和常温下自由接受喷丸强化处理 2 组合喷丸 一般称为多次喷丸工艺 大多数经济的工艺是采用二次喷丸 通过采用不同粒度的弹丸来喷丸来实现 第一次采用弹丸粒度大来获得残余压应力峰值和深度 第二次采用较小弹丸粒度来提高表面残余压应力和表面质量 一般采用二次喷丸工艺 喷丸 3 应力喷丸 应力喷丸也是一项比较经典的喷丸工艺 这是因为难以应用大批量生产 但近年来由于应力喷丸设备的快速发展 在高应力汽车悬架弹簧大批量生产中得到了较大发展 特别是应力强化喷丸与其它喷丸工艺的组合应用具有很好的强化效果 应力喷丸的预应力一般设定在700 800MPa 经应力喷丸后 残余应力的峰值可以达到1200 1500MPa 具有非常好的抗疲劳强度 4 弹丸形状 弹丸形状对喷丸效果影响很大 如图1 1所示 规范的弹丸外形表面光滑呈球形或椭球形 而且尺寸符合规格 应避免采用不规范的弹丸 如图2 2所示外形呈尖锐角或呈长针状的弹丸 图3 3所示铸造丸中含有砂眼和气孔的弹丸 以及尺寸超出规格的弹丸 应用不规范的弹丸进行喷丸 不但达不到喷丸效果 反而造成被喷表面的损伤 而降低疲劳强度 所以对在使用中的弹丸 应定期进行筛选分离 淘汰那些破损或尺寸已超规定的弹丸 以保证弹丸的效果 喷丸 5 弹丸种类的选择原则1 钢制弹簧可使用任何种类的弹丸 2 有色金属 铜合金 钛合金 镍基合金等 弹簧最好使用不锈钢丸或陶瓷丸 为获得高的喷丸强度也可使用其他种类的弹丸 但强化后需立即清洗去除沾在表面上的铁粉以防腐蚀 3 对表面粗糙度要求低的弹簧 应选用尺寸较小的弹丸 4 为了使弹簧内圈表面也能得到好的喷丸效果 一般弹丸的尺寸小于节距的1 4或1 2 5 玻璃丸和陶瓷丸适用于任何材料的表面处理强化 当弹簧线经小于2mm时 喷丸后变形会大 满足不了弹簧尺寸公差要求的情况下 可选用玻璃丸来进行喷丸处理 玻璃丸的直径小于0 5mm 玻璃丸一般用在军工和航空上的小弹簧表面强化处理 切丝丸价格较贵 使用寿命长 切丝丸是有角的圆柱体 但是在使用中角会磨去变圆 成为直径与原钢丝直径差不多的球体 由于切丝丸的菱角会使弹簧表面划伤 从而影响抛丸对改善疲劳性能的效果 所以在使用新钢丝丸时 应先喷不合格的零件或废弹簧数小时后 待菱角去除变圆 再加入抛丸机内喷正品的弹簧 喷丸 6 弹丸质量的控制1 抛丸机内的不规范弹丸不应该超过总量的15 应根据单层铺满15mm见方 2 向抛丸机内装入新弹丸或向机内补充新弹丸的量超过总量的10 时 使用前必须在废弹簧或钢件 40 50HRC 至少循环喷射3次后 再进行正式抛丸生产 3 新弹丸一次补充量少于机内总量的10 时 可以连续生产 但是下次弹丸的补充与上一次弹丸的补充时间间隔不得小于2h的连续工作时间 4 装入弹丸机内的弹丸要求表面清洁 不应该沾有污垢 油脂 同时应避免混入其他可能堵塞管路的杂物 7 弹丸的种类 材质及规格 喷丸 喷丸 喷丸 喷丸 喷丸 8 喷丸设备喷丸机常用的有气喷式和离心式两种 气喷式是利用压缩空气将弹丸喷出 4 4 它需要压缩空气 动能消耗大 由于压缩空气中含有水蒸汽 机器停用后 弹丸会粘成一团 易使喷丸装置和弹丸锈蚀 因此气喷式喷丸机在弹簧喷丸中较少应用 离心式喷丸机 5 5 的优点是动力消耗较少 速度比较稳定 螺旋弹簧在喷丸时 要不停地翻动或转动 以使弹簧各处都得均匀致密 喷丸 9 喷丸技术要求1 喷丸前准备a 除特殊注明之外 如需要对喷丸表面进行再加工 弹簧喷丸前的尺寸及表面粗糙度应满足图样上的要求 b 弹簧在喷丸前应完成规定的热处理 c 弹簧的无损检测应在喷丸处理前完成 有特殊要求时也可在喷丸后进行 D待喷丸弹簧表面应清洁 干燥 无油污 2 喷丸后的处理a 喷丸后的后续工序中如需对弹簧件加热处理时 其加热温度不得超过250 C 对于弹簧用不锈钢其加热温度不得超过400 C b 喷丸后的弹簧在特殊情况下允许采用机械方法修整 但只允许在弹簧承受载荷的方向上进行 c 弹簧的喷丸强化区内不允许做硬度试验 d 喷丸后宜采用不损伤弹簧表面的方法去除残余的弹丸 喷丸 3 喷丸质量a 喷丸处理后的弹簧 喷丸强度应满足图样规定 图样未给出喷丸强度公差时 喷丸强度只取正偏差 其值为30 但最小值不应小于0 08mm b 喷丸处理后 受喷弹簧表面的覆盖率应满足图样规定 图样未给出覆盖率要求时 覆盖率应大于等于90 立定处理 弹簧的立定处理 稳定化 处理弹簧在理想的情况下符合胡克定律 即在弹性范围内应力和应变呈直线关系 但由于实际弹簧钢是多相多晶体材料 必然存在成分 组织 弹性等的不一致性 在弹性范围内应力和应变偏离直线关系 这就称之为弹性不完整性或滞弹性 由此产生弹性后效 弹性滞后 应力松弛 弹性模量降低等现象 弹簧回火后进行稳定化处理可以减少弹性不完整性 在现场一般将稳定化处理称为立定处理 1 立定处理对压簧是把弹簧压缩到工作极限高度或并紧高度数次 对拉升弹簧是把弹簧拉至工作极限长度数次 对扭转弹簧是把弹簧顺工作方向扭转至工作极限扭转角数次 如此作用7次之后 弹簧将趋于稳定 现场操作一般取3 5次即可 2 弹簧经过立定处理 强压处理后自由高度要降低 为了使弹簧达到图样上规定的自由高度 在卷簧时的卷制高度除自由高度外要留出变形量 这个高度就叫预制高度 因为立定和强压处理影响的因素较多 故变形量不能很精确地计算 立定处理 立定处理后 如进行低温回火 弹簧的比例极限和承受载荷的能力将有所提高 尤其是对于精密和使用温度稍高的弹簧 在改善弹簧性能和提高合格率方面有着明显的效果 立定后的低温回火 要考虑到加工中金属晶格间微观的剩余应变和不使强化的宏观剩余应力的下降 回火温度应稍微低于去应力退火的温度 一般来说 铜弹簧的回火温度为160 200 C保温1小时 钢弹簧的回火温度为200 400 C保温30分钟左右 强压处理 弹簧的强压处理作用在弹簧上的应力 螺旋压缩 拉伸弹簧主要是切应力 螺旋扭簧弹簧 板弹簧和片弹簧主要是弯曲应力但不论是受切应力还是弯曲应力或合成应力的弹簧 都是在材料的表层产生最大的应力 弹簧材料中的剩余应力如果与工作应力方向相反 则可以提高弹簧的承载能力 如果与工作应力方向相同 则降低弹簧的承载能力 强压 强拉 强扭 处理对压缩弹簧是把弹簧压至材料层的应力超出屈服点 使表面产生负剩余应力 心部产生正剩余应力 工艺有两种 一种是静强压 把弹簧压至到要求高度停放6 48H然后放开 这种方法占用工艺装置及设备较多 占用场地也较大 但是性能稳定 宜由于一些小弹簧 另一种方法是用较慢速度 约1分钟 把弹簧压至规定高度 然后慢慢放开使弹簧产生塑性变形 然后在该高度下进行立定处理 这种方法与静强压有同样效果 适用于各类大弹簧 立定处理 如果强压弹簧处理适当 在同样的工作条件下弹簧的疲劳寿命可以提高5 35 反之如果处理不当 如预加加温强压处理主要使用冷加工成形的螺旋弹簧 他们处理条件根据弹簧设计要求来定 一般常用的钢质弹簧 温度多在200 400 C 回火时间约30分钟 加温强压处理的保持时间可为2 6小时 对于耐热弹簧材料 温度可再高一些 时间可再长一些 电镀技术要求 渗碳 渗碳概念为了增加工件表层的碳质量分数及形成一定的碳质量分数梯度 将工件放在渗碳介质中加热并保温 使碳原子渗入表层的化学热处理工艺称为渗碳 渗碳是目前机械制造工业中应用最广泛的一种化学热处理 低碳钢渗碳后 表层变成高碳 而内部仍旧为低碳 经淬火及低温回火后使表层有足够高的硬度 耐磨性及疲劳抗力 而心部仍旧保持足够的强度和韧性 因此 机械零件为获得高的表面硬度 高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度 高的冲击韧性等 通常采用渗碳工艺 根据渗碳的介质状态 一般渗碳方法为固态渗碳 液体渗碳 气体渗碳 和特殊渗碳四种 当前生产中大量使用的是气体 固态渗碳 是把工件埋在装有固体渗碳剂的箱子中 密封后将箱子放在炉内加热到900 950 C 保温一定时间后出炉 随箱子冷却或打开箱盖取出工件直接淬火 渗碳 液体渗碳 所谓液体渗碳是将零件放入能分解出活性炭原子的熔盐液体中进行渗碳的一种工艺方法 液体渗碳的方法有 含有氰盐的盐液渗碳 原料无毒的盐液渗碳 电解盐液渗碳 液体放电盐液渗碳 超声波盐液渗碳和通入气体的盐液渗碳等 滴注式气体渗碳 将工件放在气体介质中加热并进行渗碳的工艺称为气体渗碳 气体渗碳一般由富化剂 渗剂 及稀释气体组成 气体渗碳炉内应保持一定的正压 并装有风扇 使炉内气氛均匀 以便正确地控制碳势 保证渗碳质量 通气式气体渗碳 通气式气体渗碳介质由富化气及稀释气两部分组成 富化气常用天然气 液化石油气 城市煤气以及有机液体 丙酮 乙丙酮 醋酸乙脂 甘油等 的 弹簧设计计算方法 圆钢丝圆柱螺旋拉伸 压缩弹簧设计计算公式1 刚度计算公式 N mm 1 式中 G 钢丝的切变模量 Mpa d 钢丝的直径 mm D 弹簧中径 mm n 弹簧有效圈数 圈 设计续页 2 切应力计算公式 Mpa 2 式中 F 作用在弹簧上的轴向负荷 N K 曲度系数 计算式为 C为旋绕比 C D d 弹簧承受静负荷时 K 1 设计续页 3 圆钢丝圆柱螺旋拉伸弹簧初拉力计算式 N 3 式中 初拉应力 Mpa 由下图查得 设计续页 圆钢丝圆柱螺旋扭转弹簧计算公式1 扭转刚度计算公式 N mm 3 式中 E 材料弹性模量 Mpa 2 弯曲应力计算公式 Mpa 4 式中 T 扭矩 N mm 应力曲度系数即 弹簧图纸审核 圆钢丝圆柱螺旋压缩弹簧1 按压缩量标注负荷 2 按压到高度标注负荷 拉伸弹簧图纸审核 圆钢丝圆柱螺旋拉伸弹簧1 按拉伸量标注负荷 2 按拉到高度标注负荷 扭转弹簧图纸审核 圆钢丝圆柱螺旋扭转弹簧1 扭转弹簧一般均按扭转角度标注扭矩 弹簧失效及失效模式 弹簧失效定义 弹簧产品丧失了其规定性能的现象称为失效 弹簧失效模式 弹簧材料受到外部各种因素 主要是 应力 温度及介质 作用下 发生了物理或化学作用后 产生了形态与性能改变的过程 或者说弹簧在使用过程中发生了塑性变形或断裂 引起弹簧失效的原因 1 设计不合理 材料选择不当 设计应力过大 2 材料缺陷 如裂纹 夹杂 表面损伤等 3 制造过程控制不当 绕制时 工装不当造成材料表面划伤 热处理 抛丸工艺不当 表面处理不当等 4 使用不当 安装不合理 超载使用 使用环境与最初设计不符 冷卷圆柱螺旋弹簧技术条件 简述冷卷圆柱螺旋弹簧标准 GB1239 X 起草于1976年 当时标准包括两部分 一部分是设计 一部分是技术条件 到1989年对这个标准进行了修订 把这个标准分成四个标准即 圆柱螺旋弹簧设计计算标准 GB1239 6 89 冷卷圆柱螺旋拉伸弹簧技术条件 GB1239 1 89 冷卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件 GB1239 2 89 冷卷圆柱螺旋扭转弹簧技术条件 GB1239 3 89 到2007年又进行第二次修订并于2009年正式颁布 这一次修订从整体内容上无大的变化 从格式上把三个技术条件标准的标题均改写为 冷卷圆柱螺旋弹簧技术条件 再根据承受负荷形 续页 式不同分别分为三部分 第一部分 拉伸弹簧 第二部分压缩弹簧 第三部分 扭转弹簧 下面就这三部分标准作总体介绍 这三个标准的内容均有八条款 即 1 范围2 规范性引用文件3 术语和符号4 结构形式5 技术要求6 试验方法7 检验规则8 包装 标志 运输 贮存 冷卷圆柱螺旋弹簧技术条件 第一部分 拉伸弹簧 GB1239 1 2009 5 技术条件产品应按经规定程序批准的产品图样及技术文件制造 5 1材料5 1 1弹簧一般采用表2所规定的材料 若需用其他材料时 由供需双方商定 拉伸弹簧技术要求 5 1 2弹簧材料的质量应符合相应材料标准的有关规定 必须备有材料制造商的质量证明书 并经复验合格后方可使用 5 2极限偏差等级弹簧尺寸与特性的极限偏差分为1 2 3三个等级 各项目等级应根据使用需要 分别独立选定 5 3尺寸参数及极限偏差5 3 1内径或外径 表3 拉伸弹簧技术要求 5 3 2自由长度弹簧自由长度H0 两钩环内侧之间的长度 的极限偏差 按表4的规定 当弹簧有特性要求时 自由长度作为参考 对于无初拉力的弹簧 自由长度的极限偏差由供需双方商定 拉伸弹簧技术条件 5 3 3总圈数总圈数作为参考 当钩环位置有要求时 应保证钩环位置 5 4弹簧特性及极限偏差5 4 1特性弹簧特性应符合5 4 1 1条或5 4 1 2条的规定 一般不同时选用 特殊需要时由供需双方商定 5 4 1 1指定长度的负荷 弹簧变形量应在试验负荷下变形量的20 80 之间 弹簧要求1级精度时 指定长度下负荷的变形量在4mm以上 在最大变形量下的负荷应不大于试验负荷 5 4 1 2测量弹簧刚度时 其变形量应在试验负荷下变形量的30 70 之间 拉伸弹簧技术要求 5 4 2特性的极限偏差5 4 2 1有效圈数大于3的弹簧 其指定长度时的负荷极限偏差按公式 1 计算 必要时可以不对称使用 其公差值不变 系数 系数 按照表8 表9的规定 负荷极限偏差 初拉力F0 指定长度时负荷F 初拉力F0 拉伸弹簧技术条件 5 4 2 2弹簧刚度F 的极限偏差 按表10规定 冷卷圆柱螺旋弹簧技术条件 第二部分 压缩弹簧 GB1239 2 2009 5 技术条件产品应按经规定程序批准的产品图样及技术文件制造 5 1材料5 1 1弹簧一般采用表2所规定的材料 若所需用其他材料时由供需双方商定 压缩弹簧技术条件 5 1 2弹簧材料的质量在符合相应材料标准内容的有关规定 必须备有制造商的质量证明书 并经复检合格后方可使用 5 2极限偏差等级弹簧尺寸与特性的极限偏差分为1 2 3三个等级 各项目等级在根据使用需要 分别独立选定 5 3尺寸参数及极限偏差5 3 1内径或外径弹簧内径或外径的极限偏差按表3的规定 压缩弹簧技术积极条件 5 3 2自由高度弹簧自由高度H0的极限偏差按表4规定 当图样要求测量两点或两点以上负荷时 自由高度作为参考 5 3 3总圈数总圈数的极限偏差按表5规定 当弹簧有特性要求时 总圈数作为参考 压缩弹簧技术条件 5 3 4垂直度两端面经过磨削的弹簧 在自由状态下 弹簧轴心对两端面的垂直度按表6的规定 5 4弹簧特性及极限偏差5 4 1特性弹簧特性应符合5 4 1 1条或5 4 1 2条规定 一般不同时选用 特殊需要时 由供需双方商定 压缩弹簧技术条件 5 4 1 1在指定高度或变形量下的负荷 弹簧变形量应在试验负荷下变形量的20 80 之间 弹簧要求1级精度时 指定高度下负荷的变形量应在4mm以上 但在最大变形量下的负荷应不大于试验负荷 5