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(shè)計(jì)的發(fā)展歷程：汽車彈簧主要向高強(qiáng)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(xué)器件彈簧主要向高強(qiáng)度和小型化方向發(fā)展。開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的彈簧設(shè)計(jì)方法、材料和加工工藝。 隨著彈簧設(shè)計(jì)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用的彈簧應(yīng)力和變形計(jì)算公式都是從材料力學(xué)中推導(dǎo)出來(lái)的。沒(méi)有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，高精度彈簧的設(shè)計(jì)和制造是很困難的。隨著設(shè)計(jì)應(yīng)力的增加，以往的許多經(jīng)驗(yàn)不再適用。例如，當(dāng)彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力增大時(shí)，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(diǎn)是除了具有足夠的疲勞壽命外，其永久變形應(yīng)較小，即抗松弛性能應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)，否則車身重心會(huì)發(fā)生偏移。同時(shí)，還應(yīng)考慮環(huán)境腐蝕對(duì)其疲勞壽命的影響。隨著車輛維修周期的延長(zhǎng)，對(duì)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(shè)計(jì)方法。有限元法能較詳細(xì)地預(yù)測(cè)彈簧應(yīng)力對(duì)疲勞壽命和永久變形的影響，能準(zhǔn)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(lái)，彈簧的有限元設(shè)計(jì)方法已進(jìn)入實(shí)用階段，有關(guān)螺旋角對(duì)彈簧應(yīng)力的影響、有限元計(jì)算應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系等方面的實(shí)用報(bào)道也層出不窮，此外，在彈簧設(shè)計(jì)中引入了優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。該彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能簡(jiǎn)單，節(jié)省了影響結(jié)構(gòu)和性能的參數(shù)。為此，設(shè)計(jì)人員采用解析法、圖解法或圖解分析法，及早尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并取得了一定的效果。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行非線性規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計(jì)取得了良好的效果?？煽啃栽O(shè)計(jì)是為保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性而采用的一系列分析設(shè)計(jì)技術(shù)。其任務(wù)是在預(yù)測(cè)和預(yù)防產(chǎn)品可能失效的基礎(chǔ)上，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的可靠性目標(biāo)值。它是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充和改進(jìn)。彈簧設(shè)計(jì)在可靠性技術(shù)的應(yīng)用方面取得了一定的進(jìn)展，但進(jìn)一步的改進(jìn)需要數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)和積累。隨著彈簧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，許多新的問(wèn)題需要設(shè)計(jì)者關(guān)注和解決。例如，材料、強(qiáng)壓和噴丸處理對(duì)疲勞和松弛性能的影響在設(shè)計(jì)中很難準(zhǔn)確計(jì)算；依賴于試驗(yàn)數(shù)據(jù)；根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)公式計(jì)算的圈數(shù)，彈簧剛度值小于設(shè)計(jì)剛度值，因此，為了滿足設(shè)計(jì)要求，需要減少有效匝數(shù)。

（1）彈簧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料提出了更高的要求。主要是提高高應(yīng)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(dǎo)電性、耐磨性、耐熱性等。為此，除了開(kāi)發(fā)新型彈簧材料外，除了嚴(yán)格控制化學(xué)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(mén)彈簧和懸架彈簧已廣泛應(yīng)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(shí)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(dòng)機(jī)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(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，其強(qiáng)度可達(dá)到2000mpa。

（1）奧氏體不銹鋼絲由于表面應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，其強(qiáng)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(qiáng)度。馬氏體組織在加熱時(shí)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(guó)和日本已得到廣泛應(yīng)用，但目前只能處理小于1mm的鋼絲。3） 電子設(shè)備中的精密彈簧要求是非磁性的。這種鋼絲在拉拔過(guò)程中不能產(chǎn)生隱針馬氏體。為此，應(yīng)添加氮、錳、鎳等元素。為了滿足這一需求，美國(guó)開(kāi)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(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)隱針狀馬氏體。固溶處理后強(qiáng)度可達(dá)2000mpa，疲勞性能優(yōu)于SUS304。

（3）提高材料的純度。嚴(yán)格控制夾雜，提高純度，保證高強(qiáng)度材料的性能。例如，氣門(mén)彈簧材料的含氧量已達(dá)到20×10×6。

（4）提高材料的表面質(zhì)量對(duì)疲勞性能有很大的影響。為保證表面質(zhì)量，對(duì)有特殊要求的材料進(jìn)行0.1mm的剝離。深度為0.5mm的缺陷應(yīng)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(dǎo)電性等附加性能，這些主要是通過(guò)電鍍工藝來(lái)解決的。一些不銹鋼絲和鋼琴絲的耐蝕性與鍍鋅相當(dāng)。如果再鍍一層ZnAl（5%）合金，耐蝕性可提高3倍左右。對(duì)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(dǎo)電性。