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彈簧的材料、選材與制造1 彈簧材料
為了保障彈簧能夠可靠地工作,其材料除應(yīng)滿足具有較高的強度極限和屈服極限外,還必須具有較高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性、塑性和良好的熱處理工藝性等。表20-2列出了幾種主要彈簧材料及其使用性能。實踐中應(yīng)用最廣泛的就是彈簧鋼,其品種又有碳素彈簧鋼、低錳彈簧鋼、硅錳彈簧鋼和鉻釩鋼等。圖20-2給出了碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限。
類別 | 代號 | 許用扭應(yīng)力[tT] | 許用彎曲應(yīng)力[σb]/MPa | 切變模量G/GPa | 彈性模量E/GPa
| 推薦硬度范圍HRC | 推薦使用溫度°C | 特性及用途 | |||
Ⅰ類彈簧 | Ⅱ類彈簧 | Ⅲ類彈簧 | Ⅰ類彈簧 | Ⅱ類彈簧 | |||||||
鋼絲 | 碳素彈簧鋼絲 | 0.3σb | 0.4σb | 0.5σb | 0.5σb | 0.625σb | 81.5~78.5 | 204~202 | - | -40~120 | 強度高,性能好,適于做小彈簧 |
60Si2Mn | 471 | 627 | 785 | 785 | 981 | 78.5 | 197 | 45~50 | -40~200 | 彈性好,回火穩(wěn)定,易脫碳,適于做受大載荷的彈簧 | |
65Si2MnWA | 560 | 745 | 931 | 931 | 1167 | 47~52 | -40~250 | 強度好,耐高溫,彈性好 | |||
30W4Cr2VA | 442 | 588 | 735 | 735 | 920 | 43~47 | -40~350 | 高溫強度好,淬透性好。 | |||
50CrVA | 45~50 | -40~210 | 高疲勞強度,淬透性和回火穩(wěn)定性好 | ||||||||
不銹鋼 | 1Cr18Ni9Ti | 324 | 432 | 540 | 540 | 677 | 71.5 | 193 | - | -250~300 | 耐腐蝕,耐高溫,適于做小彈簧 |
4Cr13 | 442 | 588 | 735 | 735 | 920 | 75.5 | 215 | 48~53 | -40~300 | 耐腐蝕,耐高溫,適于做大彈簧 | |
Co40CrNiTiMo | 500 | 666 | 834 | 834 | 1000 | 76.5 | 197 | = | -40~500 | 耐腐蝕,高強度,無磁,低后效,高彈性 | |
青銅絲 | Qsi-3 | 265 | 353 | 442 | 442 | 550 | 40.2 | 93 | HB90~120 | -40~120 | 耐腐蝕,防磁好 |
QSn4-3 | 39.2 | ||||||||||
Qbe2 | 353 | 442 | 550 | 550 | 735 | 42.2 | 129.5 | 37~40 | 耐腐蝕,防磁,導(dǎo)電性及彈性好 |
注:
1.按受力循環(huán)次數(shù)N不同,彈簧分為三類:Ⅰ類N>106;Ⅱ類N=103~105以及受沖擊載荷的場合;Ⅲ類N<103。
2.碳素彈簧鋼絲按機械性能不同分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四組,Ⅰ組強度最高,依次為Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ組。
3.彈簧的工作極限應(yīng)力tlim:Ⅰ類£1.67[t];Ⅱ類£1.25[t];Ⅲ類£1.12[t]。
4.軋制鋼材的機械性能與鋼絲相同。
5.碳素鋼絲的切變模量和彈性模量對0.5~4mm直徑有效,>4mm取下限。
2 材料選擇
彈簧材料選擇必須充分考慮到彈簧的用途、重要程度與所受的載荷性質(zhì)、大小、循環(huán)特性、工作溫度、周圍介質(zhì)等使用條件,以及加工、熱處理和經(jīng)濟性等因素,以便使選擇結(jié)果與實際要求相吻合。鋼是最常用的彈簧材料。當(dāng)受力較小而又要求防腐蝕、防磁等特性時,可以采用有色金屬。此外,還有用非金屬材料制做的彈簧,如橡膠、塑料、軟木及空氣等。
3 彈簧制造
螺旋彈簧的制造工藝過程如下:
①繞制;
②鉤環(huán)制造;
③端部的制作與精加工;
④熱處理;
⑤工藝試驗等,對于重要的彈簧還要進行強壓處理。
彈簧的繞制方法分冷卷法與熱卷法兩種。
(1)冷卷法:簧絲直徑d≤8mm的采用冷卷法繞制。冷態(tài)下卷繞的彈簧常用冷拉并經(jīng)預(yù)先熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼絲,卷繞后一般不再進行淬火處理,只須低溫回火以消除卷繞時的內(nèi)應(yīng)力。
(2)熱卷法:簧絲直徑較大(d>8mm)的彈簧則用熱卷法繞制。在熱態(tài)下卷制的彈簧,卷成后必須進行淬火、中溫回火等處理。
對于重要的彈簧,還要進行工藝檢驗和沖擊疲勞等試驗。為提高彈簧的承載能力,可將彈簧在超過工作極限載荷下進行強壓處理,以便在簧絲內(nèi)產(chǎn)生塑性變形和有益的殘余應(yīng)力,由于殘余應(yīng)力的符號與工作應(yīng)力相反,因而彈簧在工作時的最大應(yīng)力(見圖所示)比未經(jīng)強壓處理的彈簧小。