弹簧基本知识

一.弹簧的种类与作用:

1.弹簧的种类:

弹簧的种类很多,也有各种分类的方法,但都不具决定性:依使用材料分类:

依形状分类:

A.螺旋弹簧(圆筒形、圆锤形、鼓形、桶形)

B.迭板弹簧

C.扭杆

D.筒形弹簧

E.滑卷弹簧

F.环形弹簧

G.薄板弹簧

H.盘簧

I.垫圈类(弹簧垫圈:有齿垫圈、波形垫圈)

J.锯齿形弹簧、扣环等

1.1.依构成弹簧的材料所受应力状态分类:

A.压缩螺旋弹簧

B.拉张螺旋弹簧

C.扭转螺旋弹簧

D.其它螺旋弹簧

E.迭板弹簧

F.扭杆

G.滑形弹簧

H.薄板弹簧

I.盘簧

J.弹簧垫圈

K.线细工弹簧

L.扣环

M.环形弹簧

2.弹簧的作用:

弹簧乃机械要素之一,作成适当的形状,充分利用材料的弹性,吸收能量的能力,因而只要是弹性体,即可用为材料,极端而言,轨道、桥梁之类的构造物也可以说是一种弹簧作用,但是,用为一般机械要素的弹簧若用弹性范围少的材料,则会因小外力或变形而超越弹性限度,清除外力后仍残留变形,减少弹簧的作用;因而,弹性材料首须要求弹性越大,——亦即弹性限度高,实用上常用金属弹簧;

二.材料的选择:

弹簧是极度利用弹簧材料的弹性,当然是弹性愈高的材料愈好,不过,在实际使用时,其材料还要求物理、化学机械性性质等条件而取舍,一般其考虑因素:

1.弹性限度:

弹性限度是对材料旋加某力而变形后,消除该力时,不残留变形的最大力所相对的应力,很难测定,但相对抗拉强度高的材料,其弹性限度高,同时可通过热处理或冷间加工来改变弹性限度;

2.弹性系数:

对弹簧材料施力,产生单位应变时的应力称为弹性系数,此值为弹簧设计的基体,弹簧材料的弹性系数主要取决于其化学成分,因热处理、冷间加工而稍有变化,使用温度高时会大减少;

3.疲劳强度:

疲劳强度与材料的抗拉强度有一定关系,但因表面状态、脱碳、冷间加工、热处理而变化,这些条件因材料的制造方法,弹簧的制造方法而变化;

4.淬火性:

大形弹簧为了提高淬火效果,需要淬火性良好的材料,淬火性取决于材料的化学成分;

5.形状尺寸:

弹簧材料的机械性性质因尺寸而异,得不到特殊尺寸,形状,颇受限制;

6.耐热性:

有的弹簧在某种程度的高温使用,通常弹簧材料的各种机械性性质随着温度的上升而减少,在某种温度以上时,弹簧特性减少,耐热性因材料的化学成分,制造方法而异;

7.耐蚀性:

有时弹簧会在腐蚀环境下使用,会腐蚀疲劳的现象,耐蚀性主要取决于其化学成分,但也也会因热处理、冷间加工而有异;

8.电传导度:

电气器具、通信等常兼用为电传导,此时可用黄铜、磷铜、铍铜等铜合金属弹簧材料

9.热膨胀性:

钟表的发簧等等很忌温度变化所致的伸缩,此时要用特殊材料;

10.其他要求:

还有结晶粒的大小、偏析、非磁性、非金属介在物,伤痕,热处理变形,加工性,耐塞性等种问题;

三.弹簧一般用线材:

1.琴钢线:(Piano wire)

是用琴钢线材施行韧化处理,藉强力抽线加工,赋予良好的尺寸精度,

良好的表面肌肤,高度机械性性质,韧化是将高碳钢线在变态点以上的温度连续加热约500℃的熔铅等中冷却,作成富加工性的组织;

A. SWPA——抗拉强度较低

用于重荷重特性的弹簧、耐疲

B. SWPB——抗拉强度较高;

抗拉强度因线径而异,线径细,抗拉强度一般较高;

2.硬钢线:(碳钢线) ——Hard Drawn Steel Wire

使用硬钢线材韧化处理后,借冷间抽线加工制造,素材及加工都没有琴钢线那么严格,良质者有时不亚于琴钢线,不过,其不均度通常大于琴钢线,广用于反复次数不多之弹簧,无冲击荷重的弹簧;

SWC 60C 含碳量较低

SWC 80C 含碳量较高,应用广泛

3.不锈钢线—— Stainless steel wire

不锈钢线有软质线与硬质线,弹簧用者为硬质线,这是将不锈钢线材为火、酸洗、强力冷间线作成,耐蚀性优良,但也有利于需要耐热性,非磁性的场合,为了扩大抗拉强度而增大含碳量,抽线加工度,所以抗拉强度太高则可能有应力腐蚀,易带磁性;

3.1SUS304

3.2SUS316(不带磁性)

3.3不锈钢材有202、205、303、304、308、316、410、420、430

一般用于弹簧: SUS302、SUS304、SUS316

4.铜合金系弹材料——导电性良好,耐蚀性良好,不过耐热性系数小,耐热

性少;

.磷青铜线(C5101W):实用的弹簧用磷青铜为含Sn3~, ~7 7~9%三种Cu合金,为除去氧化物而易伸长起见,加少量P为脱脂剂,加工后的弹簧宜低温退火约250℃.

.黄铜线(C2680W):弹簧用黄铜为Cu70%,Zn30%的7~3黄铜,抗拉强度低;

.白铜线Ni18% Zn27% Cu55%的合金,强度大,弹簧特性良好,加工后约在350℃低温退火;

.铍铜:在铜合金材料中,性能最优良,弹簧弹性好,耐高温;

5.电镀钢线:

视客户需求,其素材有SWC、SWP、SUS

镀锌线镀锡线镀镍线镀金线

BATT线:(素材为SUS)

6.其它线材:

铜包线电热线铁线漆包线

四.热处理(低温退火)——发蓝

弹簧的热处理,可提高材料的弹簧性能或补助性能,消除弹簧的应力,但因弹簧材料种类多,热处理方法随之而异。

热处理是为了改善钢的外观或耐蚀性而暴露于适当温度的空气,水蒸气,化学药品等,在表面形成蓝色氧化物膜的场合,为了提高弹簧的弹性限度,疲劳限度,强度,硬度等,而在200-400℃低温加热的场合。

要提高弹性限度时用200-250℃,要提高疲劳限度时用300-380℃,不过受钢的化学成份,冷间加工度影响。

五.不同材质热处理后的变化:

1. SWC80C. 60C及SWPB. SWPA材质热处理过后:

1.1.颜色转浅咖啡色

1.2.角度内收缩(圈数增加)

1.3.内圈内径变小

1.4.各加工角度微变化

1.5.长度变长(自由长)