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常見問題

汽車彈簧材料的發展

本文關鍵詞:汽車彈簧材料的發展來源: 本站時間:2020-03-13
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展曆程:汽車彈簧主要向高強度輕量化方向發展;電子產品彈簧主要向小型化方向發展;光學器件彈簧主要向高強度和小型化方向發展。開發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。沒有一定的實踐經驗,高精度彈簧的設計和製造是很困難的。隨著設計應力的增加,以往的許多經驗不再適用。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側向外側轉移。因此,有必要采用精密分析技術。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,即抗鬆弛性能應在規定的範圍內,否則車身重心會發生偏移。同時,還應考慮環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係。近年來,彈簧的有限元設計方法已進入實用階段,有關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係等方麵的實用報道也層出不窮,此外,在彈簧設計中引入了優化設計過程。該彈簧結構簡單,功能簡單,節省了影響結構和性能的參數。為此,設計人員采用解析法、圖解法或圖解分析法,及早尋找最優設計方案,並取得了一定的效果。隨著計算技術的發展,利用計算機進行非線性規劃的優化設計取得了良好的效果。可靠性設計是為保證設計產品的可靠性而采用的一係列分析設計技術。其任務是在預測和預防產品可能失效的基礎上,使設計產品達到規定的可靠性目標值。它是對傳統設計方法的補充和改進。彈簧設計在可靠性技術的應用方麵取得了一定的進展,但進一步的改進需要數據的開發和積累。隨著彈簧應用技術的發展,許多新的問題需要設計者關注和解決。例如,材料、強壓和噴丸處理對疲勞和鬆弛性能的影響在設計中很難準確計算;依賴於試驗數據;根據現行設計公式計算的圈數,彈簧剛度值小於設計剛度值,因此,為了滿足設計要求,需要減少有效匝數。

一、 彈簧材料的發展

(1)彈簧應用技術的發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鬆弛性能;其次,根據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,除了開發新型彈簧材料外,除了嚴格控製化學成分、減少非金屬夾雜物、提高表麵質量和尺寸精度等方麵也取得了有益的效果。
(2)合金鋼彈簧的發展氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應用於矽鉻合金鋼中。為了提高Si-Cr鋼的疲勞壽命和抗鬆弛性能,在Si-Cr鋼中添加了V和mo。同時研製了矽鉻拉絲鋼絲。其抗鬆弛性能優於鋼琴鋼絲在高溫下的抗鬆弛性能。隨著發動機的快速小型化,鈦合金具有良好的抗顫振性能、重量輕、彈性模量小等優點,得到了廣泛的應用,其強度可達到2000mpa。

二、不鏽鋼絲的發展

(1)奧氏體不鏽鋼絲由於表麵應用的不斷擴大,其強度優於鐵素體組織,耐蝕性也優於馬氏體組織。
(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,但目前隻能處理小於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,美國開發了aus205(0.15c-17cr-1ni-15mn-0.3n)和Yus(0.17c-21cr-5ni-10mn-0.3n)。由於Mn含量的增加,在此過程中沒有出現隱針狀馬氏體。固溶處理後強度可達2000mpa,疲勞性能優於SUS304。
(3)提高材料的純度。嚴格控製夾雜,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)提高材料的表麵質量對疲勞性能有很大的影響。為保證表麵質量,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。電解磨削可使表麵粗糙度降低到RA=6.5-3.4μm。
(5)電鍍鋼絲的發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。一些不鏽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。對於電阻性能要求的不鏽鋼絲或鋼琴絲,絲徑小於0.4mm可鍍銅,絲徑大於0.4mm可鍍銅,外部可采用不鏽鋼材料。鍍5μm厚的鎳可以提高鋼琴鋼絲的導電性。

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