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彈簧設計、材料及加工
發(fā)布時間： 2013-11-4 【關閉窗口】 |
1.不銹鋼絲的發(fā)展
(1)奧氏體組織不銹鋼絲強度比鐵素體組織的好，其耐蝕性也優(yōu)于馬氏體組織，因面應用范圍不斷擴大。
(2)低溫拔絲或低溫氮化拔絲可提高鋼絲強度。馬氏體受熱時組織不穩(wěn)定，而在低溫液體氮中拔絲能形成隱針狀馬氏體，可獲得熱態(tài)高強度。此種鋼絲在美國和日本已有不少應用，但目前只能處理1mm以下的鋼絲。
(3)電子設備中的精密彈簧要求非磁性，此種鋼絲在拉拔加工時，不能生成隱針狀馬氏體。為此要添加N、Mn、Ni等元素。為了滿足這方面的需求，美國開發(fā)了AUS205(0.15C-17Cr-1Ni-15Mn-0.3N)和YUS(0.17C-21Cr-5Ni-10Mn-0.3N)。由于Mn的含量增加，加工中不會生成隱針狀馬氏體。經(jīng)固溶處理，強度可達2000Mpa，疲勞性能高，優(yōu)于SUS304。
2.提高材料純度對高強度材料，嚴格控制夾雜，提高純度以保證其性能。如氣門彈簧材料的含氧量，目前已達20×10ˉ6發(fā)展。
3.改善表面質(zhì)量材料表面質(zhì)量對疲勞性能影響很大。為了保證表面質(zhì)量，對有特殊要求的材料采用剝皮工藝將表層0.1mm。對0.5mm深度的缺陷采用渦流探傷。對拔絲過程表面產(chǎn)生的凹凸不平，可用電解研磨，使表面粗糙降到Ra=6.5～3.4μm。
4.電鍍鋼絲的發(fā)展在特殊情況下，除要求彈簧特性外，還要求耐蝕、導電等附加性能，大多均采用電鍍工藝解決。部分不銹鋼絲和琴鋼絲的耐蝕性能相當于鍍鋅的耐蝕性能，若再鍍一層ZnAl(5%)的合金，則耐蝕性可提高約3倍。對電阻性能有要求的不銹鋼絲或琴鋼絲，鋼絲直徑小于0.4mm的可鍍銅，大于0.4mm的可采用內(nèi)部是銅，外部是不銹鋼材料。一般琴鋼絲鍍5μm厚的Ni，可提高其導電性。
一般來說，能使材料表面硬化形成剩余應力的工藝(如噴丸強化和表面氮化等)均可提高疲勞強度。目前正在研究非電解鍍Ni，通過加熱(300～500℃)可將7%的P以PNi析出,可提高維氏硬度達HV500。噴丸后，若在300℃以下加熱鍍Ni，亦可提高硬度10%。
5.形狀記憶合金的開發(fā)目前在彈簧方面有應用前途的單向形狀記憶合金，以50Ti-50Ni性能最好。形狀記憶合金制成的彈簧，受溫度的作用可伸縮。主要用于恒溫、恒載荷、恒變形量的控制系統(tǒng)中。由于是靠彈簧伸縮推動執(zhí)行機構(gòu)，所以彈簧的工作應力變化較大。
6.陶瓷的應用陶瓷的彈性模量高，斷裂強度低，適用于變化不大的地方。目前正在開發(fā)的有耐熱、耐磨、絕緣性好的陶瓷；應用的有超塑性鋅合金(SPZ)，在常溫下具有高的強度。另外，還有高強度的氮化硅，能耐高溫，可達1000℃。但陶瓷彈簧不適用于在沖擊載荷下工作。
7.纖維增強塑料在彈簧中的應用玻璃纖維增強塑料(GFRP)板彈簧在英、美和日本等國已廣泛應用，除用于橫置懸架外，還可用于特殊輕型車輛，如賽車的縱置懸架。目前又研制成功了碳素纖維增強塑料(CFRP)懸架彈簧，比金屬板簧要輕20%。
彈簧加工技術的發(fā)展
目前，機械彈簧的加工設備和加工生產(chǎn)線向著數(shù)控(NC)和計算機控制(CNC)化的深度和廣度發(fā)展。但隨著彈簧材料和幾何形狀的變化，加工工藝亦有發(fā)展。
(1)變彈簧外徑、變節(jié)距和變鋼絲直徑(三變)懸架彈簧實現(xiàn)了無模塑性加工。自三變彈簧開發(fā)以來，一直采用錐形鋼棒在數(shù)控車床上卷繞加工，但成品北和價格均不理想。現(xiàn)必為加熱狀態(tài)下通過卷簧機，控制軋輥速度和拉拔力，獲得所需要的錐體形狀，并用加工余熱進行淬火。
(2)中空穩(wěn)定彈簧桿采用低碳硼鋼板，卷制焊接成形。
(3)扭桿采用高純度的45鋼，經(jīng)高頻淬火獲得表面的高硬度和較大的剩余壓縮應力，從而提高疲勞壽命和抗松弛能力。
(4)電子產(chǎn)品廣泛應用的片彈簧基本上采用沖壓和自動彎曲加工成形。目前主要是發(fā)展復合材料的接合技術。
(5)氣門彈簧主要發(fā)展多級噴丸和液體氮化工藝，以改善表面剩余壓應力，提高疲勞壽命。 |
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