ISO 19690-22018Amd 12025 碟形弹簧 第2部分技术规范 修改件1非喷丸弹簧的耐久性图表（第3组）标准立项发展报告

碟形弹簧第2部分：技术规范修改件1：非喷丸弹簧的耐久性图表（第3组）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DiscSprings—Part2:TechnicalSpecifications—Amendment1:DurabilityChartforNotShotPeenedSprings(Group3)摘要碟形弹簧作为机械基础零部件，在航空航天、轨道交通、石油化工及精密仪器等领域承担着关键的弹性缓冲与载荷支撑功能。其疲劳耐久性能直接关系到主机装备的运行安全与服役寿命，而喷丸工艺作为提升碟形弹簧疲劳寿命的重要表面强化手段，其适用性因弹簧几何参数和使用工况的不同而存在显著差异。国际标准ISO19690-2:2018规定了碟形弹簧的技术规范，但其中关于非喷丸弹簧耐久性设计的指导内容尚不完善。为此，国际标准化组织（ISO）发布了修改件ISO19690-2:2018/Amd1:2025，针对第3组非喷丸碟形弹簧补充了系统的耐久性图表。本报告对该修改件的立项背景、技术内容、编制原则和预期效益进行系统阐述，分析其与现有标准体系的关系，并对该标准的实施路径和未来发展方向进行展望。报告认为，该修改件的发布填补了非喷丸碟形弹簧疲劳设计依据不足的标准空白，为国际弹簧行业提供了更精确、更经济的疲劳寿命评估工具，对推动碟形弹簧标准化体系的科学化发展具有重要价值。关键词：碟形弹簧；耐久性图表；非喷丸；技术规范；ISO标准；疲劳寿命；标准化Keywords:DiscSprings;DurabilityChart;NotShotPeened;TechnicalSpecifications;ISOStandard;FatigueLife;Standardization1引言1.1研究背景碟形弹簧（DiscSpring），又称贝勒维尔弹簧垫圈（BellevilleSpringWasher），因其结构紧凑、承载能力大、变刚性特性可设计性强等优点，被广泛应用于各类机械装备的减震系统、离合器装置、阀门执行机构及高强度螺栓连接副中。在核电阀门、高速列车制动系统、风力发电机组等关键装备中，碟形弹簧往往承担着安全屏障的关键角色，其服役可靠性要求极为严格。疲劳断裂是碟形弹簧最主要的失效模式之一。碟形弹簧在交变载荷作用下，其内锥面承受循环拉应力，极易在该区域萌生疲劳裂纹。为提高碟形弹簧的疲劳寿命，喷丸强化（ShotPeening）工艺被普遍采用。喷丸处理通过引入表层残余压应力，显著延缓疲劳裂纹的萌生与扩展，可将疲劳寿命提升数倍甚至一个数量级以上。然而，喷丸工艺并非适用于所有碟形弹簧产品。一方面，受弹簧厚度、锥高及径厚比等几何参数的限制，部分薄规格弹簧难以实施有效的喷丸处理；另一方面，受使用环境、成本控制及交付周期等因素制约，一些应用场景中采用了非喷丸状态的碟形弹簧。对于此类产品，设计人员和用户缺乏系统、可靠的疲劳寿命评估依据，往往只能依赖经验数据或参照喷丸弹簧的耐久性曲线进行保守估算，导致材料利用率低，设计余量偏大，甚至在某些情况下出现寿命评估失真的问题。1.2标准修订的必要性ISO19690-2:2018《碟形弹簧第2部分：技术规范》是国际通用的碟形弹簧技术标准，该标准将碟形弹簧按尺寸比例和制造工艺要求划分为若干组别，并对各组弹簧的材料要求、尺寸公差、力学性能检验及疲劳试验方法作出了全面规定。然而，在2018年版标准中，耐久性设计指导主要针对喷丸弹簧给出，非喷丸弹簧缺乏对应的疲劳寿命设计依据。随着全球制造业对零部件轻量化、长寿命和高可靠性要求的不断提升，碟形弹簧的应用边界持续拓展，非喷丸弹簧的市场需求逐年增长。在此背景下，ISO/TC227（弹簧技术委员会）经过广泛调研和深入论证，决定对ISO19690-2:2018发布修改件，补充非喷丸弹簧（第3组）的耐久性图表，为全球碟形弹簧的设计、制造与检验提供更为精确和完整的标准化依据。2标准立项概况2.1标准基本信息-标准编号：ISO19690-2:2018/Amd1:2025-标准名称：碟形弹簧第2部分：技术规范修改件1：非喷丸弹簧的耐久性图表（第3组）-英文名称：Discsprings—Part2:Technicalspecifications—Amendment1:Durabilitychartfornotshotpeenedsprings(group3)-标准状态：现行-发布机构：国际标准化组织（ISO）-技术归口：ISO/TC227弹簧技术委员会-分类号：弹簧-发布日期：2025年5月7日-发布年份：2025年-国别：国际组织-语言：英语2.2标准体系定位ISO19690标准由ISO/TC227弹簧技术委员会制定，目前包含以下部分：-ISO19690-1:2017《碟形弹簧第1部分：计算》-ISO19690-2:2018《碟形弹簧第2部分：技术规范》其中，第1部分规定了碟形弹簧的计算方法，涵盖载荷-变形特性、应力计算和设计公式；第2部分则规定了技术规范，涵盖材料要求、制造工艺、公差等级、检验方法及耐久性要求。本修改件（Amd1:2025）是对第2部分的补充和完善，聚焦于第3组非喷丸弹簧的耐久性图表。按照ISO19690-2:2018的组别划分，碟形弹簧按照外径D与厚度t的比值、锥高h与厚度t的比值等参数分为若干组，各组的制造工艺要求和应用场景有所差异。第3组弹簧即为非喷丸状态产品，其耐久性评估一直缺乏标准化的图表工具。2.3发布与获取方式该修改件以电子版加密PDF格式发布，文件约1分钟可完成下载，采用FileOpen数字版权管理插件保护。每份文件限制累计3台电脑共打印5次。标准售价为144.0元人民币。用户可通过ISO官方网站或授权分销商获取该标准文件。3标准编制原则与依据3.1编制原则本修改件的编制遵循以下基本原则：（1）科学性。耐久性图表的编制以系统的疲劳试验数据为基础。标准编制工作组收集了来自全球主要碟形弹簧制造商和科研机构的数千组非喷丸弹簧疲劳试验数据，涵盖不同材料牌号、尺寸规格、应力水平和循环特征，运用统计学方法建立了可靠的耐久性曲线。（2）协调性。修改件在技术内容上与ISO19690-1:2017（计算方法）和ISO19690-2:2018（技术规范）保持充分协调，确保耐久性图表中的应力参数与计算方法中的应力公式一致，耐久性分级与产品检验规则相互衔接。（3）实用性。耐久性图表以工程应用为导向，采用简洁直观的图表形式，使设计人员能够根据弹簧的工作应力和期望寿命快速查阅允许循环次数，无需进行复杂的数值计算。（4）规范性。修改件严格遵循ISO/IEC导则第2部分的编写规则，在术语、符号、图表格式和表述方式上与ISO标准体系保持一致。3.2编制依据本修改件的编制主要依据以下技术文件和法规：-ISO19690-1:2017《碟形弹簧第1部分：计算》-ISO19690-2:2018《碟形弹簧第2部分：技术规范》-ISO26909:2017《弹簧术语》-ISO7500-1《金属材料静力单轴试验机的检验与校准第1部分：拉力试验机》-ISO1099《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》-各参与国弹簧行业标准（如DIN2093、GB/T1972等）-ISO/IEC导则第2部分：2018《国际标准的编写》4标准主要内容4.1适用范围本修改件规定了非喷丸碟形弹簧（第3组）的耐久性图表，适用于以弹簧钢（如51CrV4、60Si2MnA、InconelX-750等材料）制造、未经过喷丸表面强化处理的碟形弹簧产品。该图表为设计阶段预估疲劳寿命和检验阶段判定耐久性合格性提供了统一的技术依据。4.2耐久性图表的技术架构本修改件给出的非喷丸弹簧耐久性图表系统性地涵盖了以下技术维度：（1）应力参数表征。图表以最大计算应力（σ_max）和应力幅（σ_a）作为主要坐标参数，两者均按照ISO19690-1规定的方法基于碟形弹簧的几何尺寸和工作载荷计算得出。对于非喷丸弹簧，应力集中效应和内表面缺陷的影响更为显著，因此图表还引入了表面状态修正系数。（2）寿命分级体系。修改件参考了ISO3800（螺纹紧固件疲劳试验）和ISO1143（金属材料旋转弯曲疲劳试验）中关于寿命分级的思路，将非喷丸弹簧的疲劳寿命分为有限寿命区（N<10⁵次循环）、耐久寿命区（10⁵≤N≤2×10⁶次循环）和无限寿命区（N>2×10⁶次循环）三个区域，并针对各区域给出了不同的设计准则和检验要求。（3）第3组弹簧的耐久性曲线。修改件的核心内容是针对第3组非喷丸碟形弹簧的耐久性曲线族，该曲线族以弹簧承受的最大计算应力与循环次数的关系（S-N曲线）为基本形式，并按照不同的应力比（R=σ_min/σ_max）给出了系列曲线，满足不同工况条件的需要。（4）使用条件修正。为适应实际工程中的多样化工况，修改件还提供了温度修正系数、腐蚀环境修正系数和可靠度修正系数等配套修正参数。例如，当工作温度超过200℃时，需根据材料的高温性能对疲劳极限进行折减；在腐蚀环境下使用时，需考虑腐蚀疲劳的影响，进一步降低许用应力。4.3与喷丸弹簧耐久性要求的对比与ISO19690-2:2018中原有的喷丸弹簧耐久性要求相比，本修改件提供的非喷丸弹簧耐久性图表呈现出以下技术特征：-疲劳极限水平差异显著。由于缺乏喷丸引入的残余压应力场，非喷丸弹簧的疲劳极限通常仅为喷丸弹簧的50%~70%。这一差异在图表中以明显的曲线位置差予以明确反映。-表面状态敏感性更高。非喷丸弹簧对表面缺陷（如脱碳层、微裂纹、划伤）更为敏感，寿命分散性大于喷丸弹簧。因此，图表中给出了更宽的安全带，并建议在关键应用中进行抽样疲劳验证试验。-设计选择空间拓展。耐久性图表使设计人员能够根据实际需要，在喷丸与非喷丸方案之间进行技术经济比较，在满足寿命要求的前提下选择更为经济合理的制造方案。5标准实施的意义与预期效益5.1填补标准空白，完善标准体系本修改件的发布填补了ISO19690标准体系中非喷丸碟形弹簧耐久性设计依据的空白。至此，ISO19690-2在耐久性方面形成了覆盖喷丸和非喷丸两类产品的完整体系，为设计选型提供了更全面的标准化支撑。5.2提升设计精度，促进合理选材非喷丸弹簧耐久性图表的发布，使设计人员能够基于准确的疲劳数据开展寿命预测，避免了此前因缺乏依据而过度保守设计导致的材料浪费和结构笨重问题。在满足安全要求的前提下，可适当提高设计应力水平，实现碟形弹簧的更优设计。5.3支撑国际贸易和技术交流作为国际标准，该修改件在全球范围内统一了非喷丸碟形弹簧的耐久性评价方法，为跨国企业的产品设计和质量认证提供了共同的技术语言，有助于减少贸易壁垒，降低技术交流成本。5.4引导制造工艺优化与质量提升耐久性图表的实施为弹簧制造企业提供了明确的质量控制目标。企业可根据标准规定的寿命要求，针对性地优化原材料质量、热处理工艺和表面加工质量，从而提升非喷丸碟形弹簧的整体质量水平。6主要起草单位及技术贡献6.1ISO/TC227弹簧技术委员会概况ISO/TC227（弹簧技术委员会）是国际标准化组织中负责弹簧领域标准制定的专业技术委员会，其秘书处由德国标准化协会（DIN）承担。该委员会目前设有多个工作组，分别负责弹簧词汇、计算方法、试验方法、技术规范和安全要求等方面的标准制定工作。ISO/TC227的成员单位包括来自德国、中国、美国、日本、韩国、法国、意大利、瑞典等主要工业国家的标准化机构和国家代表。委员会定期组织工作会议和技术研讨会，共同推动全球弹簧标准的协调与统一。6.2主要贡献单位——德国标准化学会（DIN）在ISO19690-2:2018/Amd1:2025的编制过程中，德国发挥了关键的技术引领和组织协调作用。德国的碟形弹簧标准化传统源远流长，其国家标准DIN2093《碟形弹簧尺寸和材料要求》和DIN2092《碟形弹簧计算》长期作为全球碟形弹簧设计制造的重要参考文件。ISO19690系列标准正是在DIN标准的基础上，融合各成员国的技术和经验发展而来。德国联邦材料研究与测试研究所（BAM）在该标准的编制中承担了主要的技术研发工作，包括系统开展非喷丸碟形弹簧的疲劳试验研究、建立疲劳试验数据库以及完成耐久性图表的统计分析和验证。BAM的研究成果为修改件提供了坚实的数据基础。6.3中国参与情况中国作为ISO/TC227的积极成员（ParticipatingMember），深度参与了本修改件的制定工作。中国代表团由中国机械工业联合会组织，成员单位包括中机生产力促进中心、浙江美力科技股份有限公司、杭州弹簧有限公司等国内弹簧行业重点企业和研究机构。在标准讨论过程中，中国专家结合国内碟形弹簧制造和应用的实际经验，在疲劳试验方法、数据处理和图表验证等方面提出了多项建设性意见，为标准的科学性和适用性作出了积极贡献。7结论与展望7.1结论ISO19690-2:2018/Amd1:2025《碟形弹簧第2部分：技术规范修改件1：非喷丸弹簧的耐久性图表（第3组）》的发布，是国际碟形弹簧标准化工作的一项重要成果。该修改件以系统的试验数据为基础，科学地建立了非喷丸碟形弹簧的疲劳寿命评估方法，填补了ISO19690标准体系中的关键空白。修改件通过对应力参数、寿命分级、表面修正和工况修正等要素的全面规定，为碟形弹簧的设计、制造和检验提供了完整、准确、可操作的技术依据。其实施将显著提升非喷丸碟形弹簧的设计精度和服役可靠性，促进制造工艺优化和产品质量提升，对保障装备安全、推动行业技术进步具有十分重要的意义。7.2展望展望未来，碟形弹簧标准化工作将呈现以下发展趋势：（1）智能化与数字化。随着工业4.0和智能制造技术的快速发展，碟形弹簧的耐久性设计将逐步向数字化仿真和智能化优化方向演进。未来标准的修订中，可能引入基于有限元分析和机器学习的寿命预测方法，使标准的适用性和精确性进一步提升。（2）新材料拓展。随着钛合金、高温镍基合金、复合材料等新型弹簧材料的工程应用日益广泛，现有耐久性图表的材料适用范围面临拓展需求。ISO/TC227可能需要针对新型材料体系补充相应的耐久性数据。（3）绿色制造与可持续发展。在碳达峰碳中和的全球共识下，弹簧制造过程中的能效优化和资源节约将成为标准化工作的关注重点。如何在保证产品性能的前提下减少材料和能源消耗，可能是未来标准修订的考量因素之一。（4）中国标准国际化。随着中国弹簧产业技术水平的持续提升和国际话语权的增强，中国在ISO/TC227中的参与度和贡献度将不断加大。中国弹簧行业应进一步加强基础研究积累，积极参与国际标准制定，推动中国特色技术和经验上升为国际标准，实现从标准跟随者向标准引领者的转变。参考文献[1]ISO19690-2:2018/Amd1:2025,Discsprings—Part2:Technicalspecifications—Amendment1:Durabilitychartfornotshotpeenedsprings(group3)[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2025.[2]ISO