彈簧的強化處理

彈簧的穩定化處理

彈簧在理想的情況下應符合胡克定律。但由於實際彈簧鋼是多相多晶體材料,必然存在成分、組織、彈性等的不一致性,在彈性範圍內應力和應變偏離線性關係,產生彈性失效、彈性滯後、應力鬆弛、彈性模量降低等現象。彈簧回火後進行穩定化處理,可以減少這些現象的發生。

將強化熱處理的彈簧壓縮到工作極限負荷下的高度hj或壓並高度Hb(拉伸彈簧拉伸到工作極限負荷下的長度L1,扭轉彈簧扭轉到工作極限扭轉角Ψj),一次或多次短暫壓縮(拉伸、扭轉),以達到穩定彈簧幾何尺寸的目的,這種方法叫立定處理。

彈簧立定處理的另外一種方法是:將彈簧拉伸(壓縮、扭轉)到試驗負荷(轉矩)下的高度(長度、扭轉變形角)並訊速卸載,依次循環,連續3-8次。彈簧的試驗負荷P2(試驗轉矩Ms)可以按照彈簧設計的相關計算公式計算。

在應用中,一般只針對有精度要求或用在比較重要場合的彈簧做立定處理。

這裡介紹壓縮、拉伸彈簧的試驗負荷Ps和扭轉彈簧的實驗轉矩Ms的計算方法:


一般碳素彈簧鋼絲製造的壓縮彈簧的許用試驗應力為(0.5-0.55)σb;一般碳素彈簧鋼絲製造的拉伸彈簧的許用試驗應力為(0.4-0.45)σb。


一般碳素彈簧鋼絲製造的壓縮彈簧的許用試驗應力為0.8σb。

對於壓縮彈簧,當試驗負荷計算值大於壓並負荷時,應以壓並負荷作為試驗負荷。按照試驗負荷下的高度(長度、扭轉角)對彈簧進行立定處理時,彈簧的變形量一般不會太大,並且每批彈簧的變形量過大,可能由於彈簧在製造過成中的消應力回火溫度過高或者過低、淬火回火後的硬度偏低,或者原材料強度出現問題等。因此,立定處理也可以作為檢查彈簧質量的一種方法。

經過立定處理後的彈簧,在經過運輸或者長期儲存後,其尺寸可能會產生部分回彈,可在彈簧成品檢查前再做一次立定處理。

在高於彈簧工作溫度下的立定處理,叫加溫立定處理。它能保證彈簧在高溫下正常工作。各種彈簧加溫立定處理的高度(扭轉角)。溫度和時間都應該根據彈簧的使用條件專門設定,並且要求經過反覆認真的試驗才能確定。

經過立定處理後,彈簧的初拉力會減少或消失,所以對於有初拉力的拉伸彈簧一般不能做加溫立定處理

彈簧的強壓處理

1、強壓(扭)處理:

將彈簧壓縮(扭轉)至彈簧材料表層產生有益的與工作應力反向的殘餘應力,以達到提高彈簧承載能力和穩定幾何尺寸的目的,這種方法叫強壓(扭)處理。

通過強壓(拉、扭)處理來提高彈簧的承載能力是有條件的。在強求壓處理過程中,只有使彈簧材料表層產生有益的與工作應力反向的殘餘應力,才能獲得強壓的效果,並且只有在強壓(拉、扭)處理時,使得彈簧材料產生的殘餘應力及塑性變形越大,彈簧材料的彈性極限提高的才越大。但是一旦超過材料的彈性極限,材料不僅會產生塑性變形,各種材料屈服極限值也有差異,許多彈簧在強壓(拉)到材料的(0.6-0.8)σb就已經(完全屈服)變形了。因此必須先對彈簧進行強壓設計,以確定該彈簧是否適合做強壓(扭)處理。

對圓形截面材料的螺旋彈簧強壓(扭)處理的應力τoY或者σoY,應滿足以下計算式的要求:


當τoY/σb≤0.5時,彈簧的強壓效果很微小,彈簧的變形也很小,這種強壓處理不能提高它的承載能力,僅僅起到穩定彈簧幾何尺寸的作用。

當τoY/σb>0.85時,也不能取得理想的強化效果,反而使得材料出現某種程度的損傷,甚至出現裂紋。因此進行強壓處理時的壓(扭)應力應推薦為:τoY=(0.50-0.85)σb;σoY=(0.85-1.10)σb

強壓(扭)的時間應該根據彈簧的重要程度、強壓處理後要求彈簧達到的負荷大小來確定。一般情況下,τoY/σb越大、彈簧的重要程度較大、彈簧工作時承受負荷的時間越長,強壓(扭)的時間也應該越長。針對一種彈簧產品,可根據試驗結果來最終確定其強壓(扭)的時間。

為了達到彈簧的設計尺寸,在強壓處理前要預先留出彈簧在強壓處理時的永久變形量。影響強壓處理永久變形的的因素很多,例如材料的抗拉強度和彈簧的旋繞比等。所以彈簧強壓處理的預製高度很難計算,可以根據經驗公式進行初步估算後,再進行小批量試驗,以便最後確定預製高度。

強壓(扭)處理一般都安排在表面處理的最後一道工序。

應注意的是,對於各種具有變剛度特性的彈簧,不可採用強壓處理來提高其承載能力。

2、加溫強壓(扭)處理

加溫強壓(扭)處理是指在高於彈簧工作溫度條件下進行強壓(扭)的處理方法。該種處理方法可以穩定彈簧的幾何尺寸,並使彈簧能在高溫下正常工作。各種彈簧加溫強壓(扭)處理時的高度(扭轉角)溫度和時間都應該根據彈簧的使用條件,結合常溫彈簧的強壓(扭)處理方法專門設定,並且要經過反覆認真的試驗後才能確定。對於比較重要的、長時間在惡劣環境條件下工作的彈簧,如安全閥、航空航天器上工作的彈簧都可以採用熱強壓的方法來獲得彈簧使用時的穩定性。

彈簧的噴丸處理

噴丸處理的目的:彈簧噴丸處理又稱噴丸強化,它是以高速運動的彈丸向彈簧表面噴射,使彈簧表面產生壓縮應力,以提高彈簧的疲勞強度,改善彈簧的鬆弛性能,延長彈簧的使用壽命並改善彈簧耐應力腐蝕性能的一種工藝手段。另外,彈簧在製造過程中出現的一些不可避免的輕微劃傷、壓痕或比較輕微的脫碳等,也可以在噴丸處理中得到消除或改善,從而消除或減少了疲勞源。對重要的、工作應力較高的拉伸彈簧鉤環轉接處進行噴丸處理,可以提高他的使用壽命。


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