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弹簧如何选材和制造
 
更新时间:2012.07.18 浏览次数:
 
1 弹簧材料

为了保障弹簧能够可靠地工作,其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外,还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢,其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。

类别代号许用扭应力[tT]许用弯曲应力[σb]/MPa切变模量G/GPa弹性模量E/GPa

推荐硬度范围HRC推荐使用温度°C特性及用途

Ⅰ类弹簧Ⅱ类弹簧Ⅲ类弹簧Ⅰ类弹簧Ⅱ类弹簧

钢丝碳素弹簧钢丝

Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ0.3σb0.4σb0.5σb0.5σb0.625σb81.5~78.5204~202--40~120强度高,性能好,适于做小弹簧

60Si2Mn

60Si2MnA47162778578598178.519745~50-40~200弹性好,回火稳定,易脱碳,适于做受大载荷的弹簧

65Si2MnWA

60Si2CrVA560745931931116747~52-40~250强度好,耐高温,弹性好

30W4Cr2VA44258873573592043~47-40~350高温强度好,淬透性好。

50CrVA45~50-40~210高疲劳强度,淬透性和回火稳定性好

不锈钢1Cr18Ni9Ti32443254054067771.5193--250~300耐腐蚀,耐高温,适于做小弹簧

4Cr1344258873573592075.521548~53-40~300耐腐蚀,耐高温,适于做大弹簧

Co40CrNiTiMo500666834834100076.5197=-40~500耐腐蚀,高强度,无磁,低后效,高弹性

青铜丝Qsi-326535344244255040.293HB90~120-40~120耐腐蚀,防磁好

QSn4-339.2

Qbe235344255055073542.2129.537~40耐腐蚀,防磁,导电性及弹性好

注:

1.按受力循环次数N不同,弹簧分为三类:Ⅰ类N>106;Ⅱ类N=103~105以及受冲击载荷的场合;Ⅲ类N<103。

2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组,Ⅰ组强度最高,依次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。

3.弹簧的工作极限应力tlim:Ⅰ类£1.67[t];Ⅱ类£1.25[t];Ⅲ类£1.12[t]。

4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。

5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5~4mm直径有效,>4mm取下限。

2 材料选择

弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件,以及加工、热处理和经济性等因素,以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时,可以采用有色金属。此外,还有用非金属材料制做的弹簧,如橡胶、塑料、软木及空气等。

3 弹簧制造

螺旋弹簧的制造工艺过程如下:

①绕制;

②钩环制造;

③端部的制作与精加工;

④热处理;

⑤工艺试验等,对于重要的弹簧还要进行强压处理。

弹簧的绕制方法分冷卷法与热卷法两种。

(1)冷卷法:簧丝直径d≤8mm的采用冷卷法绕制。冷态下卷绕的弹簧常用冷拉并经预先热处理的优质碳素弹簧钢丝,卷绕后一般不再进行淬火处理,只须低温回火以消除卷绕时的内应力。

(2)热卷法:簧丝直径较大(d>8mm)的弹簧则用热卷法绕制。在热态下卷制的弹簧,卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。

对于重要的弹簧,还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。为提高弹簧的承载能力,可将弹簧在超过工作极限载荷下进行强压处理,以便在簧丝内产生塑性变形和有益的残余应力,由于残余应力的符号与工作应力相反,因而弹簧在工作时的最大应力(见图所示)比未经强压处理的弹簧小。

 
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