材料和许用应力

1.圆柱螺旋弹簧制造

螺旋弹簧的制造工艺包括：①卷制；②挂钩的制作或端面圈的精加工；③热处理；④工艺试验及强压处理。

卷制是把合乎技术条件规定的弹簧丝卷绕在芯棒上。大量生产时，在万能自动卷簧机上卷制；单件及小批生产时，在普通车床或手动卷绕机上卷制。

卷制分冷卷及热卷两种。冷卷用于经预先热处理后拉成的直径d＜10mm的弹簧丝；直径较大的弹簧丝制作的强力弹簧则用热卷。热卷时的温度随弹簧丝的粗细在800～1 000℃的范围内选择。不论采用冷卷还是热卷，卷制后均应视具体情况对弹簧的节距作必要的调整。

弹簧在完成上述工序后，均应进行热处理。热处理后的弹簧表面不应出现显著的脱碳层。冷卷后的弹簧只作回火处理，以消除卷制时产生的内应力。

此外，还须对弹簧进行工艺试验和根据弹簧的技术条件的规定进行精度、冲击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合技术要求。要特别指出的是，弹簧的持久强度和抗冲击强度在很大程度上取决于弹簧丝的表面状况，所以弹簧丝表面必须光洁，没有裂纹和伤痕等缺陷。表面脱碳会严重影响材料的持久强度和抗冲击性能。因此，对脱碳层深度和其他表面缺陷应在验收弹簧的技术条件中作出详细规定。对重要的弹簧还须进行表面保护处理（如镀锌），普通的弹簧一般涂以油或漆。

对重要的弹簧还要进行强压处理。强压处理是使弹簧在极限载荷作用下受载持续6～48h，以便在弹簧丝截面的危险区产生塑性变形和残余应力。由于残余应力与工作应力方向相反，因而强压处理过的弹簧最大工作应力较小，一次强压处理可提高弹簧静载的承载能力25％。若经喷丸处理可提高20％。但用于长期振动、在高温和腐蚀性环境的弹簧，以及一般用途的弹簧不宜采用这种强化工艺。

2.圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力

1）弹簧的材料

要求弹簧材料具有高的弹性极限和疲劳极限，良好的韧性、塑性和热处理性能。常用的弹簧材料有碳素弹簧钢、硅锰弹簧钢、铬钒弹簧钢、不锈钢及铜合金等。碳素弹簧钢价格比较便宜，多用于制造尺寸较小的弹簧或要求不高的大弹簧；重要的弹簧应采用硅锰弹簧钢、铬钒弹簧钢；有耐高温、耐腐蚀、防磁等要求的弹簧，应选用铬钒弹簧钢、不锈钢和铜合金。

2）弹簧的许用应力

碳素弹簧钢价格便宜，供应充足，应用最广。其缺点是弹性极限低，多次重复变形后易失去弹性，不适合在高于120℃的温度下工作；直径＞12mm时，不易淬透，所以适合制造小尺寸的弹簧。碳素弹簧钢丝按用途分为三级：B级——用于低应力弹簧；C级——用于中等应力弹簧；D级——用于高应力弹簧。表14－1列出了不同等级、不同直径的碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。

表14－1 碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限

弹簧按使用寿命分为三类：Ⅰ类——可承受变载荷作用106次以上；Ⅱ类——可承受变载荷作用103～105次，并可承受冲击载荷；Ⅲ类——可承受变载荷作用103次以下。弹簧材料的许用应力与材料强度极限及载荷性质有关。表14－2列出了螺旋弹簧常用材料的许用切应力、特点及应用。

表14－2 螺旋弹簧常用材料的许用切应力、特点及应用

续表