汽車彈簧材料的發(fā)展

今天東莞市彈簧廠家就給大家介紹一下汽車彈簧設計的發(fā)展歷程：汽車彈簧主要向高強度輕量化方向發(fā)展；電子產(chǎn)品彈簧主要向小型化方向發(fā)展；光學器件彈簧主要向高強度和小型化方向發(fā)展。開發(fā)了相應的彈簧設計方法、材料和加工工藝。 隨著彈簧設計的發(fā)展，廣泛應用的彈簧應力和變形計算公式都是從材料力學中推導出來的。沒有一定的實踐經(jīng)驗，高精度彈簧的設計和制造是很困難的。隨著設計應力的增加，以往的許多經(jīng)驗不再適用。例如，當彈簧的設計應力增大時，螺旋角增大，使彈簧的疲勞源由內(nèi)側(cè)向外側(cè)轉(zhuǎn)移。因此，有必要采用精密分析技術(shù)。目前廣泛使用的方法是有限元法。汽車懸架彈簧的特點是除了具有足夠的疲勞壽命外，其永久變形應較小，即抗松弛性能應在規(guī)定的范圍內(nèi)，否則車身重心會發(fā)生偏移。同時，還應考慮環(huán)境腐蝕對其疲勞壽命的影響。隨著車輛維修周期的延長，對車輛的永久變形和疲勞壽命提出了更高的要求。因此，必須采用高精度的設計方法。有限元法能較詳細地預測彈簧應力對疲勞壽命和永久變形的影響，能準確地反映材料與彈簧疲勞壽命和永久變形的關(guān)系。近年來，彈簧的有限元設計方法已進入實用階段，有關(guān)螺旋角對彈簧應力的影響、有限元計算應力與疲勞壽命的關(guān)系等方面的實用報道也層出不窮，此外，在彈簧設計中引入了優(yōu)化設計過程。該彈簧結(jié)構(gòu)簡單，功能簡單，節(jié)省了影響結(jié)構(gòu)和性能的參數(shù)。為此，設計人員采用解析法、圖解法或圖解分析法，及早尋找最優(yōu)設計方案，并取得了一定的效果。隨著計算技術(shù)的發(fā)展，利用計算機進行非線性規(guī)劃的優(yōu)化設計取得了良好的效果?？煽啃栽O計是為保證設計產(chǎn)品的可靠性而采用的一系列分析設計技術(shù)。其任務是在預測和預防產(chǎn)品可能失效的基礎(chǔ)上，使設計產(chǎn)品達到規(guī)定的可靠性目標值。它是對傳統(tǒng)設計方法的補充和改進。彈簧設計在可靠性技術(shù)的應用方面取得了一定的進展，但進一步的改進需要數(shù)據(jù)的開發(fā)和積累。隨著彈簧應用技術(shù)的發(fā)展，許多新的問題需要設計者關(guān)注和解決。例如，材料、強壓和噴丸處理對疲勞和松弛性能的影響在設計中很難準確計算；依賴于試驗數(shù)據(jù)；根據(jù)現(xiàn)行設計公式計算的圈數(shù)，彈簧剛度值小于設計剛度值，因此，為了滿足設計要求，需要減少有效匝數(shù)。

（1）彈簧應用技術(shù)的發(fā)展對材料提出了更高的要求。主要是提高高應力下的疲勞壽命和抗松弛性能；其次，根據(jù)不同用途要求具有耐腐蝕性、非磁性、導電性、耐磨性、耐熱性等。為此，除了開發(fā)新型彈簧材料外，除了嚴格控制化學成分、減少非金屬夾雜物、提高表面質(zhì)量和尺寸精度等方面也取得了有益的效果。

（2）合金鋼彈簧的發(fā)展氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應用于硅鉻合金鋼中。為了提高Si-Cr鋼的疲勞壽命和抗松弛性能，在Si-Cr鋼中添加了V和mo。同時研制了硅鉻拉絲鋼絲。其抗松弛性能優(yōu)于鋼琴鋼絲在高溫下的抗松弛性能。隨著發(fā)動機的快速小型化，鈦合金具有良好的抗顫振性能、重量輕、彈性模量小等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，其強度可達到2000mpa。

（1）奧氏體不銹鋼絲由于表面應用的不斷擴大，其強度優(yōu)于鐵素體組織，耐蝕性也優(yōu)于馬氏體組織。

（2） 低溫拉拔或低溫滲氮拉拔可提高鋼絲的強度。馬氏體組織在加熱時不穩(wěn)定，但在低溫液氮中拉拔可形成隱針狀馬氏體。這種鋼絲在美國和日本已得到廣泛應用，但目前只能處理小于1mm的鋼絲。3） 電子設備中的精密彈簧要求是非磁性的。這種鋼絲在拉拔過程中不能產(chǎn)生隱針馬氏體。為此，應添加氮、錳、鎳等元素。為了滿足這一需求，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含量的增加，在此過程中沒有出現(xiàn)隱針狀馬氏體。固溶處理后強度可達2000mpa，疲勞性能優(yōu)于SUS304。

（3）提高材料的純度。嚴格控制夾雜，提高純度，保證高強度材料的性能。例如，氣門彈簧材料的含氧量已達到20×10×6。

（4）提高材料的表面質(zhì)量對疲勞性能有很大的影響。為保證表面質(zhì)量，對有特殊要求的材料進行0.1mm的剝離。深度為0.5mm的缺陷應采用渦流探傷。電解磨削可使表面粗糙度降低到RA=6.5-3.4μm。

（5）電鍍鋼絲的發(fā)展不僅需要彈簧特性，還需要耐腐蝕性、導電性等附加性能，這些主要是通過電鍍工藝來解決的。一些不銹鋼絲和鋼琴絲的耐蝕性與鍍鋅相當。如果再鍍一層ZnAl（5%）合金，耐蝕性可提高3倍左右。對于電阻性能要求的不銹鋼絲或鋼琴絲，絲徑小于0.4mm可鍍銅，絲徑大于0.4mm可鍍銅，外部可采用不銹鋼材料。鍍5μm厚的鎳可以提高鋼琴鋼絲的導電性。