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彈簧的強壓處理

作者:admin 文章來源: 日期:2014-03-03 09:20:58 人氣: 標簽:
作用在彈簧上的應力:螺旋壓縮、拉伸彈簧主要是切應力;螺旋扭轉彈簧、板彈簧和片彈簧主要是彎曲應力,但不論是受切應力還是彎曲應力或兩者合成應力的彈簧,都是在材料的表層產生最大的應力。
    彈簧材料中的剩余應力如果與工作應力方向相反,則可提高彈簧的承載能力;如果與工作應力方向相同,則降低彈簧的承載能力。在彈簧的制作過程中,由于卷制和冷加工所產生的剩余應力,即內應力多為后一種情況,因此,要采用去應力退火處理來消除這種內應力,這在前面已經闡明。在彈簧制造中所采用的強壓(拉、扭)處理、噴丸處理和滾壓處理等機械強化工藝,使彈簧材料表面內產生有利的剩余應力,從而可提高彈簧的承載能力。
    強壓(強拉、強扭)處理  對壓縮彈簧是把彈簧壓至材料層的應力超過屈服點,使表面產生負剩余應力,心部產生正剩余應力。
其工藝方法有兩種,一種是靜強壓,把彈簧壓至要求高度,停放6—48h,然后放開。
這種方法占用工藝裝置及設備較多,占用場地也較大。但性能較穩定,宜用于一些小彈簧。
另一種方法是用較慢速度(約1min)把彈簧壓至規定高度,然后緩慢放開(約1min),使彈簧產生塑性變形。隨后在該高度下進行立定處理。這種方法與靜強壓有同樣效果,適用于各類大彈簧。
  圖5—3為在強壓處理過程中,螺旋壓縮彈簧材料橫截面上的應力分布情況。圖5-3a是彈簧處于自由狀態(即強壓處理前),材料截面應力為零。圖5-3b是彈簧受到載荷F1作用,此載荷小于材料的彈性極限,材料內受到不均勻的切應力,其最大值在材料的表面處,材料中心應力為零。圖5-3c是對彈簧繼續加載荷至F2,把彈簧壓并,這時材料表面應力如超過材料的彈性極限則產生了塑性變形,在靠近材料心部所受的力逐漸增加,達到材料彈性極限,應力分布改變了線性關系。圖5-3d當彈簧上的載荷F2卸掉后,材料內層的彈性變形部分開始恢復,但由于受材料外層塑性變形的影響,不能完全恢復。這樣在材料的內外層留下剩余切應力,剩余應力的方向是:材料外表層處與工作切應力方向相反;靠近材料心部處與工作切應力方向相同。圖5-3e是再次將彈簧加載荷至額定工作載荷F(低于強壓載荷) 時,材料受切應力的情況,此時材料心部工作切應力和剩余切應力相加后應力增大,表層工作應力與剩余切應力方向相反,切應力減小。這種應力分布的變化,充分發揮了材料心部的潛力。
  不同類型的彈簧其強壓處理的方法也不一樣。扭桿彈簧是將扭桿聲工作載荷的方向,加以超過扭桿切變彈性極限的扭矩。壓縮和拉伸彈簧分別加以超過彈簧材料切變彈性極限的壓縮和拉伸載荷。扭轉彈簧加以超過彈簧材料彈性極限的扭矩。總之,在處理時所加的載荷與彈簧所受的工作載荷類型和方向應一致。剩余應力是由剩余變形的程度來確定的,而剩余變形使得彈簧的尺寸公差難以控制,所以處理載荷的大小,必須在設計時考慮,計算方法見各種彈簧的設計和第10章8節。
    如果強壓處理適當,在同樣的工作條件下,彈簧的疲勞壽命可以提高5%—35%。反之,如果處理不當,如預加載荷過大,反而會使疲勞壽命下降;另外,彈簧經過一定時間的工作之后,隨著剩余變形和彈簧性能的變化,會使彈簧的正常工作遭到破壞。
    在高溫條件下工作的彈簧,為了防止蠕變和松弛,應進行加溫強壓處理或蠕變回火。加溫強壓處理是將彈簧在高于工:作溫度的條件下進行的強壓處理。在加載荷的狀態下(一般為工作時的變形狀態或并圈狀態)進行低溫回火的工藝叫蠕變回火。兩者的主要區別在于應力和保溫時間,它們都具有強化和去應力退火的雙重作用。這對于在溫度稍高的環境工作的彈簧是有利的,一方面可以防止彈簧的松弛,另一方面可提高疲勞強度。
    加溫強壓處理和蠕變回火,主要使用在冷加工成形的螺旋彈簧上。它們的處理條件(溫度、應力、時間)根據彈簧的設計要求來選擇。一般常用的鋼質彈簧,溫度多在200—400℃,蠕變回火時間為30rain左右,加溫強壓處理的保持時間可為2—6h。對于耐熱彈簧材料,溫度可再高一些,時間可再長一些;強壓處理后,如進行低溫回火將起到與立定處理后進行低溫回火同樣的效果。其低溫回火工藝參照立定處理后低溫回火工藝。
    彈簧經過強壓處理后自由高度要降低,為了達到圖樣規定的要求,在卷簧時對自由高度要留出此變形量,也就是預制高度。有關預制高度的估算參見上節立定處理預制高度的計算方法。