弹簧的强化处理

弹簧的稳定化处理

弹簧在理想的情况下应符合胡克定律。但由于实际弹簧钢是多相多晶体材料,必然存在成分、组织、弹性等的不一致性,在弹性范围内应力和应变偏离线性关系,产生弹性失效、弹性滞后、应力松弛、弹性模量降低等现象。弹簧回火后进行稳定化处理,可以减少这些现象的发生。

将强化热处理的弹簧压缩到工作极限负荷下的高度hj或压并高度Hb(拉伸弹簧拉伸到工作极限负荷下的长度L1,扭转弹簧扭转到工作极限扭转角Ψj),一次或多次短暂压缩(拉伸、扭转),以达到稳定弹簧几何尺寸的目的,这种方法叫立定处理。

弹簧立定处理的另外一种方法是:将弹簧拉伸(压缩、扭转)到试验负荷(转矩)下的高度(长度、扭转变形角)并讯速卸载,依次循环,连续3-8次。弹簧的试验负荷P2(试验转矩Ms)可以按照弹簧设计的相关计算公式计算。

在应用中,一般只针对有精度要求或用在比较重要场合的弹簧做立定处理。

这里介绍压缩、拉伸弹簧的试验负荷Ps和扭转弹簧的实验转矩Ms的计算方法:


一般碳素弹簧钢丝制造的压缩弹簧的许用试验应力为(0.5-0.55)σb;一般碳素弹簧钢丝制造的拉伸弹簧的许用试验应力为(0.4-0.45)σb。


一般碳素弹簧钢丝制造的压缩弹簧的许用试验应力为0.8σb。

对于压缩弹簧,当试验负荷计算值大于压并负荷时,应以压并负荷作为试验负荷。按照试验负荷下的高度(长度、扭转角)对弹簧进行立定处理时,弹簧的变形量一般不会太大,并且每批弹簧的变形量过大,可能由于弹簧在制造过成中的消应力回火温度过高或者过低、淬火回火后的硬度偏低,或者原材料强度出现问题等。因此,立定处理也可以作为检查弹簧质量的一种方法。

经过立定处理后的弹簧,在经过运输或者长期储存后,其尺寸可能会产生部分回弹,可在弹簧成品检查前再做一次立定处理。

在高于弹簧工作温度下的立定处理,叫加温立定处理。它能保证弹簧在高温下正常工作。各种弹簧加温立定处理的高度(扭转角)。温度和时间都应该根据弹簧的使用条件专门设定,并且要求经过反复认真的试验才能确定。

经过立定处理后,弹簧的初拉力会减少或消失,所以对于有初拉力的拉伸弹簧一般不能做加温立定处理

弹簧的强压处理

1、强压(扭)处理:

将弹簧压缩(扭转)至弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力,以达到提高弹簧承载能力和稳定几何尺寸的目的,这种方法叫强压(扭)处理。

通过强压(拉、扭)处理来提高弹簧的承载能力是有条件的。在强求压处理过程中,只有使弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力,才能获得强压的效果,并且只有在强压(拉、扭)处理时,使得弹簧材料产生的残余应力及塑性变形越大,弹簧材料的弹性极限提高的才越大。但是一旦超过材料的弹性极限,材料不仅会产生塑性变形,各种材料屈服极限值也有差异,许多弹簧在强压(拉)到材料的(0.6-0.8)σb就已经(完全屈服)变形了。因此必须先对弹簧进行强压设计,以确定该弹簧是否适合做强压(扭)处理。

对圆形截面材料的螺旋弹簧强压(扭)处理的应力τoY或者σoY,应满足以下计算式的要求:


当τoY/σb≤0.5时,弹簧的强压效果很微小,弹簧的变形也很小,这种强压处理不能提高它的承载能力,仅仅起到稳定弹簧几何尺寸的作用。

当τoY/σb>0.85时,也不能取得理想的强化效果,反而使得材料出现某种程度的损伤,甚至出现裂纹。因此进行强压处理时的压(扭)应力应推荐为:τoY=(0.50-0.85)σb;σoY=(0.85-1.10)σb

强压(扭)的时间应该根据弹簧的重要程度、强压处理后要求弹簧达到的负荷大小来确定。一般情况下,τoY/σb越大、弹簧的重要程度较大、弹簧工作时承受负荷的时间越长,强压(扭)的时间也应该越长。针对一种弹簧产品,可根据试验结果来最终确定其强压(扭)的时间。

为了达到弹簧的设计尺寸,在强压处理前要预先留出弹簧在强压处理时的永久变形量。影响强压处理永久变形的的因素很多,例如材料的抗拉强度和弹簧的旋绕比等。所以弹簧强压处理的预制高度很难计算,可以根据经验公式进行初步估算后,再进行小批量试验,以便最后确定预制高度。

强压(扭)处理一般都安排在表面处理的最后一道工序。

应注意的是,对于各种具有变刚度特性的弹簧,不可采用强压处理来提高其承载能力。

2、加温强压(扭)处理

加温强压(扭)处理是指在高于弹簧工作温度条件下进行强压(扭)的处理方法。该种处理方法可以稳定弹簧的几何尺寸,并使弹簧能在高温下正常工作。各种弹簧加温强压(扭)处理时的高度(扭转角)温度和时间都应该根据弹簧的使用条件,结合常温弹簧的强压(扭)处理方法专门设定,并且要经过反复认真的试验后才能确定。对于比较重要的、长时间在恶劣环境条件下工作的弹簧,如安全阀、航空航天器上工作的弹簧都可以采用热强压的方法来获得弹簧使用时的稳定性。

弹簧的喷丸处理

喷丸处理的目的:弹簧喷丸处理又称喷丸强化,它是以高速运动的弹丸向弹簧表面喷射,使弹簧表面产生压缩应力,以提高弹簧的疲劳强度,改善弹簧的松弛性能,延长弹簧的使用寿命并改善弹簧耐应力腐蚀性能的一种工艺手段。另外,弹簧在制造过程中出现的一些不可避免的轻微划伤、压痕或比较轻微的脱碳等,也可以在喷丸处理中得到消除或改善,从而消除或减少了疲劳源。对重要的、工作应力较高的拉伸弹簧钩环转接处进行喷丸处理,可以提高他的使用寿命。