彈簧片應(yīng)用

依材料之特性應(yīng)用于不同環(huán)境之作動(dòng)機(jī)構(gòu)，彈簧片廣泛用于各類接觸裝置中，而用的最多的是形狀最簡(jiǎn)單的直懸臂式片彈簧。接觸片的電阻必須小，因此用青銅制造。

測(cè)量用片彈簧的作用是轉(zhuǎn)變力或者位移。如果固定結(jié)構(gòu)和承載方式能保證彈簧的工作長(zhǎng)度不變，則片彈簧的剛度在小變形范圍是恒定的，必要時(shí)也可以得到非線性特征，例如將彈簧壓落在限位板或調(diào)整螺釘上，改變其工作長(zhǎng)度即可。

彈簧片的特點(diǎn)是，只在一個(gè)方向——最小剛度平面上容易彎曲，而在另一個(gè)方向上具有大的拉伸剛度及彎曲剛度。因此，片彈簧很適宜用來(lái)做檢測(cè)儀表或自動(dòng)裝置中的敏感元件、彈性支承、定位裝置、撓性連接等。

彈簧片因用途不同而有各種形狀和結(jié)構(gòu)。按外形可分為直片彈簧和彎片彈簧兩類，按板 片的形狀則可以分為長(zhǎng)方形、梯形、三角形和階段形，異形等。

1.彎曲加工部分的半徑。彈簧片在成型時(shí)，大多數(shù)要進(jìn)行彎曲加工。若彎曲部分的曲率半徑相對(duì)較小，則這些部分要產(chǎn)生很大的應(yīng)力。因此，如要避免彎曲部分產(chǎn)生較大的應(yīng)力，則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使彎曲半徑至少是板厚的五倍。

2.缺口處或孔部位的應(yīng)力集中。彈簧片常會(huì)有階梯部分以及開(kāi)孔，在尺寸急劇變化的階梯處，將產(chǎn)生應(yīng)力集中?？椎闹睆皆叫“鍖捲酱?，則這一應(yīng)力集中系數(shù)越大。

3.彈簧片形狀和尺寸公差。片彈簧多用沖壓加工，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮選擇適宜沖壓加工的形狀和尺寸，同時(shí)，還要充分考慮彈簧片在彎曲加工時(shí)的回彈及熱處理時(shí)產(chǎn)生的變形等尺寸公差。

應(yīng)該根據(jù)使用性能要求提出對(duì)彈簧片熱處理的要求，熱處理后的硬度一般可以在36~52HRC之間確定。

彈簧片可以選用磷青銅、錫青銅、65mn、55Si2Mn、60Si2MnA、55SiMnVB、55SiMnMoV、60CrMn、60CrMnB、302、316等牌號(hào)的扁鋼帶。

彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性，而專門用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現(xiàn)永久變形。

彈簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能(特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。為了滿足上述性能要求，彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量(高的純潔度和均勻性)、良好的表面質(zhì)量(嚴(yán)格控制表面缺陷和脫碳)、精確的外形和尺寸。

根據(jù)GB/T 13304《鋼分類》標(biāo)準(zhǔn)，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼；按照質(zhì)量等級(jí)，屬于特殊質(zhì)量鋼，即在生產(chǎn)過(guò)程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼。按照我國(guó)習(xí)慣，彈簧鋼屬于特殊鋼，制作彈簧鋼的時(shí)候技術(shù)要求比較高，技術(shù)的過(guò)硬直接決定品質(zhì)的高低。

分類

按照化學(xué)成分分類

根據(jù)GB/T 13304 標(biāo)準(zhǔn)，彈簧鋼按照其化學(xué)成分分為非合金彈簧鋼(碳素彈簧鋼)和合金彈簧鋼。

1.碳素彈簧鋼

碳素彈簧鋼的碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (0.50%~0.80%)如65、70、85和較高錳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (0.90~1.20%)，如65Mn兩類。

2.合金彈簧鋼

合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)適當(dāng)加入一種或幾種合金元素來(lái)提高鋼的力學(xué)性能、淬透性和其他性能，以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼。

合金彈簧鋼的基本組成系列有，硅錳彈簧鋼、硅鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎(chǔ)上，有一些牌號(hào)為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、釩或硼等合金元素。

此外，還從其他鋼類，如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼，選擇一些牌號(hào)作為彈簧用鋼。

按照生產(chǎn)加工方法分類

1. 熱軋 (鍛)鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板，鍛制圓鋼、方鋼。

2.冷拉(軋) 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 (冷拉圓鋼)。

按照鋼材交貨狀態(tài)分類

1. 熱軋 (鍛) 鋼材

A.以熱軋 (鍛) 狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)熱成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。

B.以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。

以上均應(yīng)符合相應(yīng)的交貨狀態(tài)硬度的規(guī)定。

2. 冷拉 (軋) 鋼材

A.鋼絲

① 鉛浴等溫淬火冷拉鋼絲(又稱派登脫處理冷拉鋼絲) 鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行低溫回火，以消除應(yīng)力。

② 油淬火和回火鋼絲 冷拉成所需尺寸后，進(jìn)行連續(xù)加熱、連續(xù)油淬火和鉛回火。鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行底溫火，以消除應(yīng)力。

③ 冷拉鋼絲 (即不經(jīng)淬火和回火處理的鋼絲)

a. 以冷拉狀態(tài)交貨。

b. 以退火、正火或回火處理狀態(tài)交貨。

以上兩種狀態(tài)交貨的鋼絲制成彈簧后均需進(jìn)行淬火和回火處理。

B.鋼帶

① 冷軋狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以消除應(yīng)力。

② 淬火和回火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以削除應(yīng)力。

③ 退火火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行淬火和回火處理

C.冷拉鋼材

以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。

其他分類方法

除以上所述外，還有一些其他分類方法，例如：

按交貨條件要求不同可分為按化學(xué)成分(力學(xué)性能)交貨和按淬透性交貨。

按彈簧工作條件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高(低)溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。

彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來(lái)，結(jié)合我國(guó)資源，并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量

性能要求

彈簧在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來(lái)，結(jié)合我國(guó)資源，并根據(jù)汽車、拖拉機(jī)設(shè)計(jì)新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長(zhǎng)了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。

生產(chǎn)工藝

一般彈簧鋼可用電爐、平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)；質(zhì)量較好或具有特殊性能的優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，用電渣爐或真空爐煉制。彈簧鋼中碳、錳、硅等主要元素的規(guī)定含量范圍較窄，冶煉時(shí)必須嚴(yán)格控制化學(xué)成分。硅含量較高時(shí)容易形成氣泡等缺陷，鋼錠鍛軋后冷卻不當(dāng)時(shí)易產(chǎn)生白點(diǎn)。因此，冶煉用的原材料必須干燥，盡量除去氣體及夾雜物，而且要避免鋼水過(guò)熱。

彈簧鋼在軋制加工中須特別注意脫碳和表面質(zhì)量。鋼材表面嚴(yán)重脫碳時(shí)，會(huì)顯著降低鋼的疲勞極限。對(duì)于高硅彈簧鋼如70Si3MnA，應(yīng)注意避免石墨化。因此，在熱加工時(shí)停軋溫度不應(yīng)過(guò)低(≥850℃),避免在石墨化較易形成的溫度范圍(650～800℃)內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

彈簧制成后經(jīng)噴丸處理能使彈簧表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以抵銷表層上的部分工作應(yīng)力，抑制表層裂縫的形成，這可顯著提高彈簧的疲勞極限。

熱處理規(guī)范

鋼號(hào)淬火溫度淬火介質(zhì)硬度要求 回火溫度 冷卻介質(zhì) 硬度要求 應(yīng)用范圍

65 780-830 水或油 400-600 線徑小于12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈

65Mn 810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧

50CrV 850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧

50CrV 850-870 油 >58 370-420 45-52 300C以下工作的高溫彈簧

60Si2MnA 860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片

1. 65 、70 、85：可得到很高強(qiáng)度、硬度、屈強(qiáng)比，但淬透性小，耐熱性不好，承受動(dòng)載和疲勞載荷的能力低 應(yīng)用非常廣泛，但多用于工作溫度不高的小型彈簧或不太重要的較大彈簧。如汽車、拖拉機(jī)、鐵道車輛及一般機(jī)械用的彈簧

65Mn 成分簡(jiǎn)單，淬透性和綜合力學(xué)性能、脫碳等工藝性能均比碳鋼好，但對(duì)過(guò)熱比較敏感，有回火脆性，淬火易出裂紋 價(jià)格較低，用量很大。制造各種小截面扁簧、圓簧、發(fā)條等，亦可制氣門彈簧、彈簧環(huán)，減振器和離合器簧片、剎車簧等。

2. 55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA硅含量(Wsi)高(上限達(dá)2.00%)，

強(qiáng)度高，彈性好。抗回火穩(wěn)定性好。易脫碳和石墨化。淬透性不高 。

主要的彈簧鋼類，用途很廣。制造各種彈簧，如汽車、機(jī)車、拖拉機(jī)的板簧、螺旋彈簧，汽缸安全閥簧及一些在高應(yīng)力下工作的重要彈簧，磨損嚴(yán)重的彈簧 。