紧固件技术交流

冷成形弹簧的常用材料，以成形后热处理工艺方法的不同可分为以下几种类型。
第一种类型为不需要淬火，弹簧成形后只需去应力退火的材料。这类材料主要为强化钢丝，有碳素钢丝、琴钢丝、弹簧用不锈钢丝和各种油淬火回火钢丝。
第二种类型为弹簧成形后只需时效处理的材料，有铍青铜丝、弹簧元件用合金等。
第三种类型为须经淬火和回火处理的材料。这类主要为退火和热轧材料，如热轧弹簧钢丝、硅锰弹簧钢丝、铬钒弹簧钢丝、铬硅弹簧钢丝等。
    随着冶金工业的发展和弹簧性能要求的不断提高，为了减少设备投资、降低生产成本，缩短生产周期，提高产品质量和经济效益，从设计和制造上应选用成形后只需进行去应力退火的材料来制造弹簧，即第一种类型。卷绕成形后须经淬火、回火的材料，即第三种类型尽可能不要使用。
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弹簧在工作时材料截面的应力分布是不均匀的，最大应力都出现在材料的表面，弹簧若发生疲劳断裂，其疲劳源亦大都起源于材料的表面，尤其是材料表面的缺陷部位，它往往是首先形成疲劳源的位置。故材料表面质量对弹簧的工作寿命影响很大。弹簧材料的质量标准中对表面质量均有规定和要求。但为确保弹簧质量，在投料前应对原材料的表面进行复检。

1．弹簧钢丝表面常见缺陷  钢丝表面常见缺陷有下列数种。
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一、冷成型弹簧钢丝分类

弹簧钢丝

1)冷拔钢丝：JISG3522琴钢丝(SWP－A、SWP－B、SWP－C、)

JISG3521高碳钢丝(SWA、SWB、SWC、)
JISG4314 弹簧用不锈钢丝(sus302－WPA、WPB、sus304－WPA、WPB、sus316－WPA、su3631J1－WPC)

2)热处理钢丝：JISG3560 弹簧用碳素油淬火钢丝SWD－A、SWD－B

JISG3561 阀门弹簧用碳素油淬火钢丝SWD－V
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1982年，英国帝国化学公司的Ｊ．Ｄ．Ｂｉｒｃｈａｌｌ发表了题为《水泥弹簧》的论文，立刻引起全世界水泥混凝土材料科学工作者的关注。水泥混凝土历来被认为是一种脆性材料，其弹性很小，不可能做成弹性要求很高的弹簧。Ｊ．Ｄ．Ｂｉｒｃｈａｌｌ 所用的水泥就是ＭＤＦ水泥（无宏观缺陷水泥）。 ＭＤＦ水泥具有良好的吸音性、抗静电性以及低温下的抗裂性等。但尚存在水稳定性差、后期强度有下降趋向等问题。
   与ＭＤＦ相类似的先进水泥基复合材料还有ＤＳＰ（均布超细颗粒的致密体系）。1982年丹麦国家实验室的Ｂａｃｈｅ第一次报道了此种材料。该材料的主要缺点是断裂韧性与普通水泥相比提高幅度不大，并且抗弯强度也只是抗压强度的1/10左右。
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弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的形变量(伸长或压缩值)成正比。写作：

F=k·x

其中：“F”，表示弹簧的弹力，弹力是弹簧发生形变时对施力物的作用力。

“x”，是弹簧伸长或缩短的长度，注意“x”是以弹簧无形变时的长度为基准，即x=x’-x0或x=x0-x’。

“k”，叫弹簧的劲度系数，它描述单位形变量时所产生弹力的大小，k值大，说明形变单位长时需要的力大，或者说弹簧“硬”。k跟弹簧材料、长短、粗细等都有关系。k的国际单位是牛／米。

弹簧钢是用生20产各种板簧和螺旋弹簧或类似零件（如轧辊等），弹簧是一种能产生大量弹性变形的结构零件，通过弹簧的弹性变形，可以吸收冲击能量、缓和冲击和震动的作用，因此对弹簧钢的要求必须有高的强度，特别是高的屈服强度和疲劳强度；要不易脱碳，有良好的表面质量，具有一定的淬透性和良好的工艺性能。有的弹簧还要求耐热、耐腐蚀等。

因此弹簧钢含碳较高，弹簧钢有合金和非合金，65、70、75、80 等碳素弹簧钢淬透性能较差，多用于直径或厚度小于12毫米的弹簧；65Mn 淬透性能较好，可用于制造截面尺寸为15~20毫米的弹簧，应用广泛。尺寸较大，用热轧成型法制造的弹簧大多采用55Si2Mn、60Si2Mn，如铁道车厢、汽车、拖拉机上的钢板弹簧和螺旋弹簧等；大截面、重载荷的弹簧通常用50CrVa 60Si2CrVa、50CrMn 65Si2MnWa、等制造。

弹簧在冲击、振动或长期交变应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等。

　　碳素弹簧钢即含碳量ωc在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢（包括正常和较高含锰量的），合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的合碳量稍低，主要靠增加硅含量ωsi（1.3%-2.8%）提高性能，另外还有铬、钨、钒的合金弹簧钢。

　　近年来，结合我国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼、等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量
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A——弹簧材料截面面积（ｍm²）；当量弯曲刚度（N/mm）；系数
a——距形截面材料垂直于弹簧轴线的边长（mm）；系数
B——平板的弯曲刚度（N/mm）；系数
b——高径比；距形截面材料平行于弹簧轴线的边长（mm）；系数
C——螺旋弹簧旋绕比；碟簧直径比；系数
D——弹簧中径（mm）
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弹簧的原始长度就是弹簧在不受任何外力作用时的长度，在地面上做实验，要创造这样一种环境是不容易的。如将弹簧挂起来，弹簧会因本身重力而伸长，如将弹簧放置在水平桌面上，则会因摩擦力的影响而造成很大的误差。所以，我们可以用外推的方法来测量弹簧原始长度。

根据胡克定律可知，弹簧长度 L=L0+F/k

L0为弹簧的原始长度，F是弹簧所受的外力，k是弹簧的倔强系数，改变外力F就能得到一系列相应的L0。作出L~F图，将图线外推到F=0的情况，就可以得到弹簧的原始长度。

[实验用具]

弹簧秤
弹簧秤又叫弹簧测力计，是利用弹簧的形变与外力成正比的关系制成的测量作用力大小的装置。

弹簧秤分压力和拉力两种类型，压力弹簧秤的托盘承受的压力等于物体的重力，秤盘指针旋转的角度指示所受压力的数值。拉力弹簧秤的下端和一个钩子连在一起（这个钩子是与弹簧下端连在一起的），弹簧的上端固定在壳顶的环上。将被测物挂在钩上，弹簧即伸长，而固定在弹簧上的指针随着下降。由于在弹性限度内，弹簧的伸长与所受之外力成正比，因此作用力的大小或物体重力可从弹簧秤的指针指示的外壳上的标度数值直接读出。

标准弹簧：经过热处理的弹簧，使用寿命延长，弹性韧性特佳。
  
    六环弹簧：强韧弹簧具有极佳之弹性，采取纵向串联方法，依据人体躺卧方向，使人体脊椎与弹簧结构以水平姿势平行排列，帮助弹簧顺应人体各种动作，产生平行回弹力，可保持睡眠中人体脊椎的水平延展姿势，保护您的脊椎。
    独立桶A型弹簧：2.2mm高炭钢线制成之橄榄型弹簧粒装入布袋中，防臭、防潮、防霉、防虫蛀，拉力更强，可长久保持弹簧弹力的最佳状况。
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1.问：什么是弹簧的特性曲线？它与弹簧的刚度有什么关系？定刚度弹簧和变刚度弹簧的特性曲线有何区别？
　　答：弹簧所受载荷与其变形的关系曲线称为弹簧特性曲线。该特性曲线的斜率值反映弹簧的刚度。定刚度弹簧的特性曲线为直线，而变刚度弹簧的特性曲线为曲线。
2 问：弹簧强度计算和刚度计算的目的是什么？影响圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧强度和刚度的主要因素有哪些？
　　答：弹簧强度计算的目的是保证弹簧在工作时不出现塑性变形和疲劳破坏。弹簧刚度计算的目的是保证弹簧具有要求的弹性。
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汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。
 
    典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。
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制作簧件的材料都属脆性敏感件，这些件在电镀、尤其在酸蚀过程中极易渗氢而导致氢脆。为此，在整个电镀工艺过程中尽可能避免或缩短浸蚀时间，杜绝采用阴极电化学的除油方法，成品后必须通过验氢处理，以减轻氢对材料的危害程度。

验氢方法可在200～220℃的炉内进行，时间为90～120mm。
 

 某厂弹簧钢片镀铬后严重渗氢，稍加用力即断裂，原认为是热处理问题，后经进一步了解方知是由退铬引起。

    操作者硬铬镀成后发现工件的铬层厚度没有达到图纸要求，尤其是工件的中间部位。他们没有采取补镀方法加厚镀层，而是采取退除后重新镀铬方法。结果由于工件的四角与中间部位的镀层厚度相差悬殊，在盐酸中退除时，工件的中间部位由于镀层较薄，很快被退净，而四角由于镀铬时尖端放电，铬层很厚，迟迟退不净。同时未曾注意到此时酸正在向已退除铬层部位的钢铁的晶格之间渗氢，待工件的四个角上的铬层全退净，重新镀铬后即发现了稍加用力即断裂的现象。

角钢：每米重量=0.00785*（边宽+边宽-边厚）*边厚
圆钢：每米重量=0.00617*直径*直径(螺纹钢和圆钢相同)
扁钢：每米重量=0.00785*厚度*边宽

管材：每米重量=0.02466*壁厚*（外径-壁厚）
板材：每米重量=7.85*厚度
黄铜管：每米重量=0.02670*壁厚*（外径-壁厚）
紫铜管：每米重量=0.02796*壁厚*（外径-壁厚）
铝花纹板：每平方米重量=2.96*厚度
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我们知道，乘用车独立悬挂的弹性元件多用螺旋弹簧，非独立悬挂的弹性元件多用钢板弹簧。由于钢结构简单，使用可靠，钢板弹簧使用很广泛，例如一些越野车、皮卡或面包车。而大客车、货车则大多数是使用钢板弹簧。

顾名思义，钢板弹簧就是用钢板做弹簧，它又称为叶片弹簧。为了充分利用材料，钢板弹簧做成接近于应力梁的形式。它有两种类型，一种是等厚度，宽度呈现两端狭，中间宽。传统的多片迭成的钢板弹簧就是这一类型，这种钢板弹簧是由多片长度不等，宽度一样的钢片所迭成，现在的大客车、货车多数使用这种钢板弹簧。 另一种是等宽度，厚度呈现两端薄，中间厚。现在常见的少片钢板弹簧就是这一类型，少片钢板弹簧是指只有1～4片的变截面钢板弹簧，变截面钢板弹簧是指沿钢板长度方向中心较厚向两端逐渐变薄，或者片宽和片厚均渐变化的钢板弹簧。多用于轻型汽车，现在一些大中型客车也趋向于使用这一类钢板弹簧。

  随着纳米技术的发展，科学家们发明了“扫描隧道显微镜加工技术”等纳米加工方法，能对逐个原子进行加工，精度极高。利用这些技术加工出的纳米齿轮、纳米弹簧、纳米喷嘴、纳米轴承、微型传感器、微型执行机构等零部件，能够制成一系列新产品。据报道，日本已组装出一种只有米粒大小的汽车；德国则研制出了长24毫米、高8毫米、重量只有400毫克的微型直升机；而美国研制的微型发动机，在微小的空间中能装下1000台。所以，纳米技术能够使武器的体积和重量大大减小，难怪人们对此格外关注。据悉，用纳米量子器件取代大规模集成电路，可使武器系统的重量和功耗成千倍地降低，甚至可以把现代作战飞机上的全部电子系统集成在一块小小芯片上，使目前需车载机载的电子战系统缩小至单兵携带；用纳米技术制造的“袖珍军团”，可以遂行各种军事任务。
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弹簧秤垫塑料 就能“缺斤短两”？

　　“买菜时明明看到菜市场菜贩的弹簧秤已经归零，没动手脚，可找到‘公平秤’一称一斤居然能少出二两去……”一位热心读者给本报发来电子邮件称，她发现只要弹簧秤的支撑面垫上地毯或塑料泡沫这样的“软物”，不管是称人还是称物都会立刻加重分量。

　　“软垫”弹簧秤

　　一斤只等于八两

由于受产品结构限制，多股簧一般具有强度高、性能好的特点。要求其材料在强度和韧性上对最终性能予以保证。故其材料通常选用弹性模量E=206×103N/mm2的碳素弹簧钢丝（GB4357）或碳素弹簧钢丝（GB4360）。钢丝的具体规格，应根据产品结构特点和载荷要求来确定。

根据钢丝股数不同，多股簧可分为三股和四股，其中以三股常见。

多股簧绕制方法有两种：一种是拧钢绳与绕簧同时绕制；另一种是拧钢绳与绕簧分步进行，即：先拧钢绳，然后再绕簧。可分别在车床上拧钢绳和绕制，也可同时在带有自动拧钢绳机构的机床上绕制。