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:長虹彈簧廠家時間:2021-08-15 12:36:24
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歷程:
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制造是很困難的。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,即抗松弛性能應在規定的范圍內,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系。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系等方面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,并取得了一定的效果。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??煽啃栽O計是為保證設計產品的可靠性而采用的一系列分析設計技術。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面取得了一定的進展,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松弛性能的影響在設計中很難準確計算;依賴于試驗數據;根據現行設計公式計算的圈數,彈簧剛度值小于設計剛度值,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松弛性能;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,除了嚴格控制化學成分、減少非金屬夾雜物、提高表面質量和尺寸精度等方面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于硅鉻合金鋼中。為了提高Si-Cr鋼的疲勞壽命和抗松弛性能,在Si-Cr鋼中添加了V和mo。同時研制了硅鉻拉絲鋼絲。其抗松弛性能優于鋼琴鋼絲在高溫下的抗松弛性能。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、不銹鋼絲的發展
(1)奧氏體不銹鋼絲由于表面應用的不斷擴大,其強度優于鐵素體組織,耐蝕性也優于馬氏體組織。
(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,但目前只能處理小于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)。由于Mn含量的增加,在此過程中沒有出現隱針狀馬氏體。固溶處理后強度可達2000mpa,疲勞性能優于SUS304。
(3)提高材料的純度。嚴格控制夾雜,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)提高材料的表面質量對疲勞性能有很大的影響。為保證表面質量,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。電解磨削可使表面粗糙度降低到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。一些不銹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。對于電阻性能要求的不銹鋼絲或鋼琴絲,絲徑小于0.4mm可鍍銅,絲徑大于0.4mm可鍍銅,外部可采用不銹鋼材料。鍍5μm厚的鎳可以提高鋼琴鋼絲的導電性。
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