凯发国际首页 特殊噴丸工藝在汽車變截面彈簧上的應用

特殊噴丸工藝已應用于生產實際中,這可使板簧的設計應力比傳統設計時提高40%。本文闡述了所采用的噴丸工藝、疲勞壽命的潛力,以及它們和所獲得的 殘余應力之間的關系,研究重點放在實際壽命的研究上。本文由 吊鉤式拋丸機 整理
一、前言
在六十年代初,英國鋼鐵公司就做了基礎研究發展工作,并首先在歐洲使用了變截面彈簧。這種彈簧采用先進的預壓縮(預變形)和應力(應變)噴丸技術,從而大大地提高了疲勞壽命。自1967年以來,用此法生產了30種類型計500萬副以上的彈簧。這些彈簧具有高的耐久性和抗永久變形性及較小的質量,改善了汽車行駛的平順性。彈簧的品種范圍包括從質量約4kg的轎車彈簧,到長2m、質量為10Okg的重型貨車彈簧,也包括用于火車的彈簧。現以圖1中的輕型箱式貨車單片彈簧和圖2中的重型貨車3片彈簧為例來說明這種工藝

圖1輕型箱式貨車單片彈簧

圖2重型貨車3片彈簧

二、制造工藝的主要程序

1、熱軋成拋物線錐形彈簧葉片,以使其在使用中和預壓縮時沿長度方向的受力均勻化;
2、奧氏體化,彎曲成形,油淬,隨后回火;
3、每片彈簧分別進行預壓縮,其變形量至少應為屈服應變的2倍以提高彈性極限(見圖3a);

圖3a彈簧預壓縮到屈服點和屈服應力2倍時的區別

4、應力噴丸。將每一簧片置于專門沒計的傳送裝置上(圖4),在大約2倍屈服應力的預應力下進行應力噴丸。丸粒為S660鑄鋼丸,噴丸強度較低為Almen25C(mm)。

圖3b重型貨車彈簧第3片

圖4在傳統設計的傳送架上進行應力噴丸

預壓縮和應力噴丸后弧高變化
預壓縮和應力噴丸使彈簧弧高下降很多(圖3b),這就要求必須有較大的原始彎曲弧高和專門設計的裝置。必須精確地算出弧高的下降量,然后在制造中加以控制,以便得到較終使用時規定的弧高和承載能力

三、設計應力與殘余應力的大小

上述工藝的優點是,使彈簧能承受較高的工作應力而不下沉,并能提高其耐久性。
設計靜應力通常在700MPa(71kgf/mm²)以下,而動應力極限如圖5所示。

圖5許用設計應力

變截面彈簧在貨車懸掛系統中用得較為普遍。在1-4片的設計結構中,片厚為20-40mm的較為典型。在這種彈簧中,由于所產生的殘余應力的大小和分布深度的影響,對疲勞壽命的提高特別有效。殘余應力測定的典型結果如圖6所示。

圖6通常生產的彈簧受拉面的殘余應力

在彈簧的受拉工作面以下約0.25mm深度處,殘余壓應力高達1700Mpa(173kgf/mm²),實際表面應力減少到75oMpa(76.5kgf/mm²)。表面應力系用x射線法測得,而內部應力則用“剝層技術”測得

6通常生產的彈簧受拉面的殘余應力
預壓縮量大小,不僅要考慮到彈簧的耐下沉性,而且要考慮到在應力噴丸過程中各點應具有幾乎相等的應力水平,以提高其疲勞性能和獲得非常高的使用壽命(約為普通鋼板彈簧的3倍)。比較試驗表明,長壽命與高殘余壓應力間有對應關系。殘余應力隨應變的增加而增加。目前,用日本理學電機生產的tSarin*lFxe型x射線應力儀來測量疲勞試驗用彈簧的表面殘余應力,并以此作為室內質量評定項目之一。一些典型的縱向應力測定結果見表1。另外,在一個例子中,將正常生產工藝與非應力噴丸工藝進行了比較,以說明在疲勞壽命與殘余應力兩個方面二者的區別

表1、彈簧臺架試驗結果與縱向殘余應力

這種臺架試驗較好是一直做到失效為止,以便統計數據和進行斷口分析。理論上,失效應始于表面下的、由預壓縮和外載荷所產生的拉伸應力的和為較大的位置,然而,實際上卻首先發生在冶金缺陷處。
臺架試驗時,彈簧更易于在橫截面的棱角或其附近發生疲勞失效,因此必須注意在噴丸時使整個彈簧片的寬度范圍和棱角處均能很好的“復蓋”。這樣,當其在實際使用中發生失效時,會有更大的疲勞擴展區,并減少在棱角或邊緣處開始失效的情況。

四、鋼的成份
用SAE516o和SAE4161鋼來生產這些板簧。選擇控制淬透性的特定級別的鋼種,是為了確保在正常的油淬情況下,能使板簧較厚部分的心部至少淬成含80%馬氏體的組織。對回火也需加以控制,以便得到HB為415~461的均勻硬度(抗拉強度為1350~1550Mpa)。表面是熱軋狀態,但要控制加熱和軋制條件,以便消除嚴重的缺陷和脫碳,防止它們對疲勞壽命的不良影響。
可以預見,這種彈簧的進一步發展,是繼續減少其質量。目前的研究工作,主要是集中在對噴丸的控制上,以期達到使工藝進一步較佳化,并使彈簧能滿足特定場合下高使用應力的要求的目的。本文由 吊鉤式拋丸機 整理