弹簧知识培训课件

• 耐高温弹簧材料如0Cr15Ni25Ti2MoVB等，一般在牌号 前面冠以高温合金的拼音字母“GH”，“G”为“高”的第一 个拼音字头，“H”为“合”的第一个拼音字头，如上述合 金可写成GH132，其中数字为顺序编号。
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常 用 碳 素 钢 成 分
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不 锈 钢 牌 号 对 照 表
其
用于化工、石油和船舶等工业部门所用的弹簧通常
在潮湿或腐蚀介质的情况下工作，要求弹簧材料应具
它
有较高的抗腐蚀能力，此时可采用耐腐蚀性能较好的
铜合金材料或不锈钢材料。
特
用于原子能、航天航空、兵器等工业部门的一些弹 簧，要求能在较高的工作温度下服役，例如:内燃气
殊
轮机中的喷油器弹簧，其工作温度高达200～500℃。 航空发动机和核反应堆某些关键部位的弹簧，工作温
铁基弹性材料 镍基弹性材料
钴基弹性材料
钛基弹性材料
非金属材料 — 橡胶 ; 塑料 ; 玻璃钢 ; 碳素纤维
; 空气 、 陶瓷
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弹簧是一种利用材料弹性特点、用于现代各种机器和仪表
中的重要零件，它广泛被用于工业、交通运输、国防、石油化
弹
工、科研等方面，它的性能与材料的关系十分密切。
好
在弹簧制造过程中材料需经受不同程度的加工变形，
的
因此要求材料具有一定的塑性。例如形状复杂的拉伸弹
塑
簧和扭转弹簧的钩环和扭臂，当曲率半径很小时，对端
性
部钩环或扭臂进行绕制或冲压弯曲成型时，弹簧材料均
和 韧
不能出现裂纹、折损等缺陷 。同时弹簧在承受冲击载荷 或交变载荷时，材料应具有良好的韧性，这样对提高弹 簧疲劳寿命会有很大的益处。
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• 钼（Mo）的作用和钨类似，钼还能消除硅锰钢中的 第二类回火脆性。近年来，我国新发展的一些弹簧钢， 如55SiMnMoV、55SiMnMoVNb都含有钼。
• 硼(B) 能大大提高弹簧淬透性，加入极微量的硼（十 万分之几），作用就极为明显。在硅锰弹簧钢的基础 上加入微量的硼以后淬透性明显提高，在某些耐高温 的合金弹簧材料中加入硼，能增加材料的持久强度。
构
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拉
伸
弹
簧
LⅨ 长小圆钩环
端
部
结
构
LⅩ 连接式圆钩环
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• 扭转弹簧
扭转弹簧主要承受扭矩，根据不同的安装要求其端部
结构不同，常见的有：外臂扭转、内臂扭转、中心扭转、
三
平列双扭、直臂扭转及单臂弯曲扭转等弹簧。
扭 转 弹 簧
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扭
转
弹
NⅠ 外臂扭转
簧
端
部
结
NⅢ 中心臂扭转
簧
为使弹簧能适用于各种工作环境及性能要求，可靠的工作，
的
我们对制造弹簧的材料提出以下基本要求：
工 作
• 高的抗拉强度
条
弹簧材料必须具有高的屈服强度（ ）与弹性极限（ ），
件 对
尤其要有高的屈强比（
），以避免弹簧在高载荷下产生
永久变形。弹簧材料的的屈服强度、弹性极限均随材料的抗拉
强度增高而增高，如冷拔碳素钢丝的屈服强度约为抗拉强度的
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序号 1 2
3 4 5
材料名称 碳素弹簧钢丝
重要用途碳素弹簧钢丝
硬钢丝 琴钢丝
铅淬火冷拉非合金钢丝
6
油淬火回火弹簧钢丝
7
弹簧用不锈钢丝
8
不锈弹簧钢丝
9
不锈弹簧钢丝
材料标准 GB/T 4357 GB/T 4358
JIS G 3521 JIS G 3522 EN 10270-1
常用牌号 65Mn/70 T8A/T9A
的
数字“2”，表示元素平均含量为2%左右。以此类推，如
命 名
50CrVA表示合金元素铬和钒的平均含量均小于1.5%， 60Si2MnA表示合金元素Si的平均含量为2%左右，Mn的平均 含量为1%左右。
方
法
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• 弹簧用的不锈钢，合金元素的命名方法同上，但含碳量 是以平均含量的千分之几来表示的如：1Cr18Ni9Ti的平 均含碳量为千分之一左右，而不是万分之一。当含碳量 小于0.09%时，前面标以阿拉伯数字“0”，如0Cr17Ni7Al。
及 疲
采用剥皮常常用于制造要求较高的弹簧，如气门弹簧、油 泵弹簧等。
劳
性
能
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• 严格的尺寸精度
许多弹簧对负荷精度有较高的要求，例如
气门弹簧的负荷偏差不得大于规定负荷的5～6%。
严
以具有圆截面的拉、压弹簧为例，如果钢丝直径
格
偏差为1%，负荷就会产生4%左右的偏差。由此可
的
见，严格的尺寸精度对保证弹簧的质量也是十分
簧
材料，则是在碳素钢的基础上添加了一定量的合金元素，
材
从而使材料能满足弹簧的工作环境及性能要求。如高的
料
弹性极限、良好的淬透性、耐腐蚀性及耐高温性等等。
的
各种合金元素在弹簧材料中的作用如下所述：
化
学
成
分
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碳（C）是钢中重要的化学元素。弹簧钢的含碳范
合
围是0.3-1.25%，碳素弹簧钢的含碳量在0.6～0.9%之间，
一 压 缩 弹 簧
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• 拉伸弹簧
拉伸弹簧受力方向与压缩弹簧相反，两端结构较 压缩弹簧复杂。
二 拉 伸 弹 簧
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拉
伸
弹
LⅠ 半圆钩环
LⅡ 长臂半圆钩环
簧
端
部
结 构
LⅢ 圆钩环扭中心
LⅢ 长臂偏心半圆钩环
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拉
伸
弹
LⅤ 偏心圆钩环
LⅥ 圆钩环压中心
簧
端
部
结
LⅦ 可调式
LⅧ 可转式钩环
的
参数的离散性，严重的材料不均匀性甚至会造成废品。
匀 质
在实际生产时，不论用车床进行有芯卷绕或是用自 动卷簧机绕，都希望同一批材料卷绕出的弹簧几何尺寸 稳定，长度、直径、节距偏差很小。因此要求材料软硬
性
要一致，卷制弹簧后的回弹量相同（回弹是指卷绕后放
松时所产生的直径增大现象）。
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• 具有耐腐蚀耐高温性能
性
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优
• 优良的表面状态及疲劳性能
良 的
作为弹簧材料对表面质量要求非常严格，绝对不允许 材料表面存在，如裂缝、折迭、鳞皮、锈蚀、凹坑、划痕、
表 面
压痕及脱碳等缺陷，这些缺陷都易使弹簧在工作过程中产 生应力集中。其应力集中的部位常常是造成疲劳破坏的疲 劳源。
状 态
为了提高弹簧材料的表面质量可以采用多种方法，如对 材料的表面进行磨光或抛光，在钢丝拉拔前采用剥皮工艺 剥除一层材料的表皮，这样可以将大部分的表面平列双扭
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扭
转
弹
NⅤ 直臂扭转
簧
端
部
结
构
NⅥ 单臂弯曲扭转
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弹 簧 材 料
• 弹簧材料分类(按化学成分分)
弹簧材 料
碳素弹簧钢
弹 簧
钢
合金弹簧钢
锡磷青铜
金属材料
弹簧用铜合金材料
硅锰青铜
铍青铜
铝青铜
弹簧用不锈钢
特殊用途弹性材料
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• 铝(Al)、钛(Ti)、铌(Nb)主要添加在弹簧用不锈钢或 其它特殊用途的弹簧材料中，主要目的是提高材料的 耐腐蚀性能或与镍、钼等组成沉淀硬化相，起到沉淀 强化作用。
• 钴(Co) 是恒弹簧性材料，钴在3J21、3J32中作为主 要添加元素，能使弹簧材料获得高的弹性极限，并且 弹性模量温度系数也很小。但钴是贵重合金元素，除 非必要，一般不轻易使用。
钒(V) 是强碳化物元素，和碳能结合成熔点很高的碳 化钒，合金弹簧钢中加入少量的钒，则细化晶粒的作用就 已十分明显，如50CrVA的含钒量仅为0.1～0.2%。弹簧钢中 加入了钒细化了晶粒、降低了过热敏感性、提高疲劳强度 。 钨（W）主要作用是提高钢的淬透性和耐热性能，使 弹簧在较高的温度下仍能保持高的强度及弹性，钨还能细 化晶粒，如常用的弹簧材料65Si2MnWA,其淬透性、耐热性 能都优于50CrVA.
• 钢中除了以上这些有益元素外，还不可避免地存 在一些有害的杂质。如硫(S)、磷(P)等。这些杂质 会降低钢的塑性和韧性，增加脆性，形成夹杂物严 重地降低弹簧的寿命，所以要求这两种有害元素在 钢中的含量越少越好。
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• 碳素弹簧钢及合金弹簧钢牌号命名的方法
根据钢的命名原则，碳素弹簧钢和合金弹簧钢前面的
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• 特殊用途的弹簧材料一般不标出含碳量，仅标出其主 要合金元素的含量，如Ni36CrTiAl只标出主要合金元素 镍的平均含量为36%，虽然铬的平均含量在12%左右， 但不标出其含量的多少。为方便起见，常把它们的牌 号如Ni36CrTiAl称为3J1，Co40NiCrMo称为3J2等等。
要
度可高达到300～500℃。在这种条件下工作的弹簧材 料往往要求具有低弹性模量温度系数和高的持久强度。
这时，需采用特殊用途的弹簧材料。
求
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常用弹簧材料中大部分是碳素弹簧钢，其化学成分
常
中除含有铁以外还有一定量的碳以及其它杂质，还有一
用
部分碳素弹簧钢具有较高的含锰量，称为高锰碳素弹簧
弹
钢，典型的有65Mn。合金弹簧钢和一些特殊用途的弹簧
弹簧知识介绍
弹簧技术培训
弹簧知识培训
1
• 弹簧类型
• 弹簧材料
• 制造弹簧的工艺过程
内
• 弹簧基本设计计算方法
容
• 弹簧图纸审核 • 弹簧失效模式
提
• 有关弹簧标准
要
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• 按承载形式分类
弹
1. 压缩弹簧
簧
2. 拉伸弹簧
类
3. 扭转弹簧
型
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• 压缩弹簧
压缩弹簧是所有弹簧种类中最被广泛运用的一种， 产品，涉及到的行业有：机械制造、航天航空、电子电 器、化工机械、汽机车、计算机、自行车、五金工具、 玩具、国防工业等。
其他
72A/82B SWPB /
很少用过
GB/T 18983 55CrSi/60Si2Mn
的
高钢的淬透性和耐热性能。但弹簧钢中的含硅量不能
作
过高，否则会造成钢晶粒粗化，增加石墨化倾向。
用
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铬（Cr）能提高钢的淬透性，细化晶粒，是制造高疲劳 性能的弹簧所用合金钢中的重要元素之一，当铬的含量达 到13%以上时，具有很好的防腐蚀能力，是制造弹簧所用不 锈钢中的主要添加元素。
镍(Ni) 是我国资源较少的元素，一般弹簧钢中很少 使用，它是奥氏体不锈钢中的主要成分之一。镍主要 用于形成稳定奥氏体组织，铬镍奥氏体的组织稳定， 高温下长期使用也不会脆化 。
弹
二位数字为含碳量，表示这种材料平均含碳量的万分之几。
簧
例如70钢，它的平均含碳量是万分之70即0.70%，50CrVA，
钢 牌
它的平均含碳量是万分之50即0.50%，以此类推，钢的合 金元素是以该元素的化学符号表示，当这种元素的平均含 量小于1.5%时，只标出该元素的符号，不标数字。含量大
号
于或等于1.5%而小于2.5%时，除标出合金元素符号外还标
弹
90%左右。由于抗拉强度比屈服强度容易测得，在材料交货中
簧
提供的都是抗拉强度，故在设计和制造时一般都用抗拉强度作
材
为依据。但材料的抗拉强度并不是越高越好，强过高会降低材
料
的
要
求
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的塑性和韧性，增加脆性倾向所以在设 计弹簧时，根据 弹簧使用情况适当选择材料的抗拉强度以满足使用要求。
良
• 良好的塑性和韧性
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• 铜(Cu) 常作为铜合金中的基体元素，与其它添加的 元素组成铜合金弹性材料。如与锡(Sn)、磷(P)、组 成锡磷青铜，与硅、锰组成硅青铜，与铝组成铝青 铜，与铍(Be)组成铍青铜等，铍青铜有优良的弹性 性能。但铍有毒，且价格也很贵，以铜镍为主的 弹性合金有很好的耐腐蚀性能。
铍（Be）主要是加入铜中组成铍青铜，铍青铜有优 良的弹性性能。但铍有毒，且价格也很贵。
金
合金弹簧钢的含碳量在0.45～0.75%之间，含碳量越高，
元
钢的硬度和强度越高，但是塑性降低，淬性增加。
素
锰（Mn） 在弹簧钢中一般进入量为1%左右。优点
在 弹 簧 材 料 中
是淬透性好、强度较高、脱碳倾向较小，缺点是有过 热敏感性和回火脆性倾向，淬火时开裂倾向较大。
硅（Si）在碳素钢中的含量通常不超过0.37%，它 是作为冶炼过程中的脱氧剂而加入钢中的。含硅的合 金弹簧钢其硅钢含量在0.7～2.8%之间。由于硅能溶于 铁素体中，从而能提高钢的强度和屈强比。硅还能提
• 铜合金弹簧材料的命名方法是青铜以“Q”表示，“Q”后面 的化学符号表示主要的添加元素名称，后面一组或二组 数字中，前面一组数字表示主要添加元素的平均百分比 含量，如QSn6.5-0.1表示锡青铜，主要添加元素锡的平 均含量6.5%，其它添加元素磷的平均含量为0.1%。QBe2 则表示铍青铜，主要添加元素铍的平均含量为2%。
尺
重要的。
寸
精
度
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• 弹簧材料应具有良好的均匀一致性
对材料的均匀性要求是指对材料的化学成分，机械性
能，尺寸偏差等各项指标要求均匀和稳定一致。对一批
材料或一捆钢丝，要求它的化学成分、物理、力学性能
良
变化很小。如果材料各方面性能不一致，会给弹簧生产
好
带来很大的困难，造成产品的几何尺寸、硬度、负荷等