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弹簧的强压处理

作者:admin 文章来源: 日期:2013-11-13 08:45:35 人气: 标签:
作用在弹簧上的应力:螺旋压缩、拉伸弹簧主要是切应力;螺旋扭转弹簧、板弹簧和片弹簧主要是弯曲应力,但不论是受切应力还是弯曲应力或两者合成应力的弹簧,都是在材料的表层产生最大的应力。
    弹簧材料中的剩余应力如果与工作应力方向相反,则可提高弹簧的承载能力;如果与工作应力方向相同,则降低弹簧的承载能力。在弹簧的制作过程中,由于卷制和冷加工所产生的剩余应力,即内应力多为后一种情况,因此,要采用去应力退火处理来消除这种内应力,这在前面已经阐明。在弹簧制造中所采用的强压(拉、扭)处理、喷丸处理和滚压处理等机械强化工艺,使弹簧材料表面内产生有利的剩余应力,从而可提高弹簧的承载能力。
    强压(强拉、强扭)处理  对压缩弹簧是把弹簧压至材料层的应力超过屈服点,使表面产生负剩余应力,心部产生正剩余应力。
其工艺方法有两种,一种是静强压,把弹簧压至要求高度,停放6—48h,然后放开。
这种方法占用工艺装置及设备较多,占用场地也较大。但性能较稳定,宜用于一些小弹簧。
另一种方法是用较慢速度(约1min)把弹簧压至规定高度,然后缓慢放开(约1min),使弹簧产生塑性变形。随后在该高度下进行立定处理。这种方法与静强压有同样效果,适用于各类大弹簧。
  图5—3为在强压处理过程中,螺旋压缩弹簧材料横截面上的应力分布情况。图5-3a是弹簧处于自由状态(即强压处理前),材料截面应力为零。图5-3b是弹簧受到载荷F1作用,此载荷小于材料的弹性极限,材料内受到不均匀的切应力,其最大值在材料的表面处,材料中心应力为零。图5-3c是对弹簧继续加载荷至F2,把弹簧压并,这时材料表面应力如超过材料的弹性极限则产生了塑性变形,在靠近材料心部所受的力逐渐增加,达到材料弹性极限,应力分布改变了线性关系。图5-3d当弹簧上的载荷F2卸掉后,材料内层的弹性变形部分开始恢复,但由于受材料外层塑性变形的影响,不能完全恢复。这样在材料的内外层留下剩余切应力,剩余应力的方向是:材料外表层处与工作切应力方向相反;靠近材料心部处与工作切应力方向相同。图5-3e是再次将弹簧加载荷至额定工作载荷F(低于强压载荷) 时,材料受切应力的情况,此时材料心部工作切应力和剩余切应力相加后应力增大,表层工作应力与剩余切应力方向相反,切应力减小。这种应力分布的变化,充分发挥了材料心部的潜力。
  不同类型的弹簧其强压处理的方法也不一样。扭杆弹簧是将扭杆声工作载荷的方向,加以超过扭杆切变弹性极限的扭矩。压缩和拉伸弹簧分别加以超过弹簧材料切变弹性极限的压缩和拉伸载荷。扭转弹簧加以超过弹簧材料弹性极限的扭矩。总之,在处理时所加的载荷与弹簧所受的工作载荷类型和方向应一致。剩余应力是由剩余变形的程度来确定的,而剩余变形使得弹簧的尺寸公差难以控制,所以处理载荷的大小,必须在设计时考虑,计算方法见各种弹簧的设计和第10章8节。
    如果强压处理适当,在同样的工作条件下,弹簧的疲劳寿命可以提高5%—35%。反之,如果处理不当,如预加载荷过大,反而会使疲劳寿命下降;另外,弹簧经过一定时间的工作之后,随着剩余变形和弹簧性能的变化,会使弹簧的正常工作遭到破坏。
    在高温条件下工作的弹簧,为了防止蠕变和松弛,应进行加温强压处理或蠕变回火。加温强压处理是将弹簧在高于工:作温度的条件下进行的强压处理。在加载荷的状态下(一般为工作时的变形状态或并圈状态)进行低温回火的工艺叫蠕变回火。两者的主要区别在于应力和保温时间,它们都具有强化和去应力退火的双重作用。这对于在温度稍高的环境工作的弹簧是有利的,一方面可以防止弹簧的松弛,另一方面可提高疲劳强度。
    加温强压处理和蠕变回火,主要使用在冷加工成形的螺旋弹簧上。它们的处理条件(温度、应力、时间)根据弹簧的设计要求来选择。一般常用的钢质弹簧,温度多在200—400℃,蠕变回火时间为30rain左右,加温强压处理的保持时间可为2—6h。对于耐热弹簧材料,温度可再高一些,时间可再长一些;强压处理后,如进行低温回火将起到与立定处理后进行低温回火同样的效果。其低温回火工艺参照立定处理后低温回火工艺。
    弹簧经过强压处理后自由高度要降低,为了达到图样规定的要求,在卷簧时对自由高度要留出此变形量,也就是预制高度。有关预制高度的估算参见上节立定处理预制高度的计算方法。
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