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弹簧加工工艺
.亨特弹簧

我们在日常生活中会使用到很多的弹簧产品，弹簧表面上看是很简单的产品。在教科书里也是一笔带过的部分。但是大家所不知的是弹簧的生产其实并不容易！很多产品的设计者常常把所有的机构全部设计完成了后再让弹簧加工商来生产所需的弹簧。殊不知在设计时由于没有提前把弹簧考虑进去所以造成了之前的所有设计全部报废。因为弹簧他是在一根钢丝上产生的机械性能！他可调性很差！只有材料、外径、圈数、总长这几大项可调。但由于提前把机构就已设计死，这样就限制了弹簧的多项的不可调性。那么下面我就以我在东莞市亨特五金制品公司里里多年生产弹簧的经验和大家做一个简单的分享吧。
现在我就以常见的压缩弹簧的加工及每部分所产生的功能来介绍：

一.弹簧加工卷制：
弹簧主要性能的产品主要就是这个部份产生。这几个部份在弹簧生产过程中是必须有的，少一项都不能生产出一个合格的弹簧.目前弹簧的卷制使用的均为CNC电脑数控弹簧机

1.材料. 需要知道材质及材料的大小也就是线径。材质一般常见分类为钢丝、琴钢、不锈钢及合金钢。选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。
为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。
弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。

碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低；
低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹
硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好；
铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。

2.外径. 外径、内径及中径在知道线径的大小的前提下可以只提供其中的任意一项！但如不知线径就必须要提供最少两项。
他们的关系式为：
1． 外径-线径=中径
2． 外径-中径=线径
3． 中径+线径=外径

3.总长. 标准称之为自由长度。自由长和圈数的比值不能相差太大！如过大生产出来的弹簧会有很大的变化量。

4.圈数. 圈数包含有两端的支撑圈及有效圈数。支承圈根据产品要求可选支撑圈一定要与簧身垂直，这个值很多厂家有很严格的要求。支承圈与有效圈应有效接触，间隙不得超过圈间公称间隙的10%。

5.表面处理. 弹簧表面处理一般进行磷化处理即可，也可进行其它处理。各种弹簧加工完成后的表面处理。弹簧在加工完后需要进行表面的处理，电镀加工处理只是其中的一种。 弹簧经电镀后具有防腐且有美丽的外观，一般电镀有镀锌也有镀镍，在电镀中有一种原料为光亮剂，目前光亮剂镀镍溶液中大多使用有机化合物作为光亮剂。通常将这些光亮剂分成两类，即初级光亮剂与次级光亮剂。初级光亮剂能使镍层产生一定程度的、均匀的光泽，并使镍镀层具有压应力。弹簧加工中使用电镀的次级光亮剂能使镍镀层达到全光亮，它使阴极极化的增加比初级光亮剂大，但所得镀层多数有脆性，且在高电流和低电流密度区镀层不够光亮。在电镀中，这两类光亮剂通常要配合使用，配合得当，可以增大光亮电镀范围。 弹簧加工中使用中比较广泛的初级光亮剂是糖精与萘二磺酸钠、对甲苯磺酰胺等；用的较广泛的次级光亮剂是1，4—丁炔2醇、甲醛、香豆素等。混合光亮剂，如791、BE、BP、BN、—816、BN9000等，能提高镀层的光亮度和任性，且具有可用电流密度范围较宽，分解产物少，能减少杂质的影响，套铬性能好，添加量幅度大等优点。凡要进行镀层为锌与镉时，电 镀后应进行除氢处理，除氢后抽3%（不少于3件）复试立定处理，复试中不得有断裂。弹簧应清除表面脏物、盐痕、氧化皮，方法可采用吹砂或汽油清洗的办法，但不能采用酸洗。

二. 弹簧热处理：
弹簧热处理后质量好坏的判据主要是弹簧的寿命，从性能的角度考虑时需要调整弹性参数与韧性参数的平衡。性能好坏与材料成分及淬透性有密切的关系。
目前弹簧成形常采用两种方法，其一是热处理后冷成形，其二为成形后进行热处理。对第一种成形方法成分的弹簧叫做冷成形弹簧，一般钢丝直径＜8mm，板材厚度h＜5mm，先对材料实施淬火+中温回火，获得回火屈氏体组织，成形后进行低于150℃去除应力退火。第二种热成形后的弹簧，可于830~870℃加热后油淬，420~450℃回火，亦获得回火屈氏体组织。如果弹簧钢丝直径太大（＞15mm），板材太厚（h＞8mm），会出现淬不透现象，结果弹性极限下降，疲劳强度降低。所以弹簧钢材的淬透性必须和弹簧选材直径尺寸相适应。
弹簧的工作状态承受的弯曲应力、扭转应力在表面处最高，因而它的表面状态非常重要。热处理时的氧化脱碳是最忌讳的，加热时要严格控制炉内气氛，尽量缩短加热时间。弹簧经热处理后，一般进行喷丸处理，使表面强化并在表面产生残余压应力，以提高疲劳强度。
在热处理时还应注意其变形问题，考虑是否穿芯轴且应注意摆放方式，选用适宜的热处理设备。在可进行修复条件下，可进行多次回火和热压以达到目的。

附表：

表20-2 主要弹簧材料及其许用应力
类别
代号
许用扭应力[τT]
许用弯曲应力[σb]/MPa
切变模量G/GPa
弹性模量E/GPa
推荐硬度范围
HRC
推荐使用温度
°C
特性及用途
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
Ⅲ类弹簧
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
钢丝
碳素弹簧钢丝
Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ
0.3σb
0.4σb
0.5σb
0.5σb
0.625σb
81.5～78.5
204～202
-
-40～120
强度高，性能好，适于做小弹簧
60Si2Mn
60Si2MnA
471
627
785
785
981
78.5
197
45～50
-40～200
弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧
65Si2MnWA
60Si2CrVA
560
745
931
931
1167
47～52
-40～250
强度好，耐高温，弹性好
30W4Cr2VA
442
588
735
735
920
43～47
-40～350
高温强度好，淬透性好。
50CrVA
45～50
-40～210
高疲劳强度，淬透性和回火稳定性好
不锈钢
1Cr18Ni9Ti
324
432
540
540
677
71.5
193
-
-250～300
耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧
4Cr13
442
588
735
735
920
75.5
215
48～53
-40～300
耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧
Co40CrNiTiMo
500
666
834
834
1000
76.5
197
=
-40～500
耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性
青铜丝
Qsi-3
265
353
442
442
550
40.2
93
HB90～120
-40～120
耐腐蚀，防磁好
QSn4-3
39.2
Qbe2
353
442
550
550
735
42.2
129.5
37～40
耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好
注：1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：Ⅰ类N>106；Ⅱ类N=103～105以及受冲击载荷的场合；Ⅲ类N<103。
　　　　　2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组，Ⅰ组强度最高，依次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。
　　　　　3.弹簧的工作极限应力τlim：Ⅰ类≤1.67[τ]；Ⅱ类≤1.25[τ]；Ⅲ类≤1.12[τ]。
　　　　　4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。
　　　　　5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5～4mm直径有效，>4mm取下限。

类别
代号
许用扭应力[τT]
许用弯曲应力[σb]/MPa
切变模量G/GPa
弹性模量E/GPa
推荐硬度范围HRC
推荐使用温度°C
特性及用途
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
Ⅲ类弹簧
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
钢丝
碳素弹簧钢丝
Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ
0.3σb
0.4σb
0.5σb
0.5σb
0.625σb
81.5～78.5
204～202
-
-40～120
强度高，性能好，适于做小弹簧
60Si2Mn
60Si2MnA
471
627
785
785
981
78.5
197
45～50
-40～200
弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧
65Si2MnWA
60Si2CrVA
560
745
931
931
1167
47～52
-40～250
强度好，耐高温，弹性好
30W4Cr2VA
442
588
735
735
920
43～47
-40～350
高温强度好，淬透性好。
50CrVA
45～50
-40～210
高疲劳强度，淬透性和回火稳定性好
不锈钢
1Cr18Ni9Ti
324
432
540
540
677
71.5
193
-
-250～300
耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧
4Cr13
442
588
735
735
920
75.5
215
48～53
-40～300
耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧
Co40CrNiTiMo
500
666
834
834
1000
76.5
197
=
-40～500
耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性
青铜丝
Qsi-3
265
353
442
442
550
40.2
93
HB90～120
-40～120
耐腐蚀，防磁好
QSn4-3
39.2
Qbe2
353
442
550
550
735
42.2
129.5
37～40
耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好

表20-2 主要弹簧材料及其许用应力
注：
1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：Ⅰ类N>106；Ⅱ类N=103～105以及受冲击载荷的场合；Ⅲ类N<103。
2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组，Ⅰ组强度最高，依次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。
3.弹簧的工作极限应力τlim：Ⅰ类≤1.67[τ]；Ⅱ类≤1.25[τ]；Ⅲ类≤1.12[τ]。
4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。
5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5～4mm直径有效，>4mm取下限。

弹簧的常用材料
（摘自GB/T1239.6-92）
标准号
标准名称
牌号
直径规格(mm)
剪切模量 G（MPa）
推荐硬度HRC
推荐使用温度 ℃
性   能
GB
4357
碳素弹簧钢丝
25～80
40Mn～70Mn
B级：0.08～13.0
C级：0.08～13.0
D级：0.08～6.0
79000
-
-40～130
  强度高，性能好。B级、C级和D级分别用于低、中和高应力弹簧。
GB
4358
琴钢丝
60～80
T8MnA～T9A
60Mn～70Mn
G1组：0.08～6.0
G2组：0.08～6.0
F组：2.0～5.0
79000
-
-40～130
  强度高，韧性好。用于重要的小弹簧，G2组较G1 组强度高，F组主要用于阀弹簧。
GB
4359
阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝
65Mn
70
2.0～6.0
79000
-
-40～150
  强度高，性能好。用于内燃机阀门弹簧或类似用途弹簧。
GB
4360
油淬火回火碳素弹簧钢丝
55、60、60Mn、
65、65Mn、70、
70Mn、75、80
A类、B类
2.0～12.0
79000
-
-40～150
  强度高，性能好。适用于普通机械用弹簧。B类比A类强度高。
GB
4361
油淬火回火硅锰弹簧钢丝
60Si2MnA
A类、B类、C类
2.0～14.0
79000
-
-40～200
  强度高，弹性好。易脱碳，用于叫高负荷的弹簧。A类和B类用于一般用途的弹簧，B类和C类用于汽车悬挂弹簧。
GB
4362
阀门用油淬火回火铬硅弹簧钢丝
55CrSi
1.6～8.0
79000
-
-40～250
  有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。
GB
2271
阀门用油淬火回火铬钒弹簧钢丝
50CrVA
1.0～10.0
79000
-
-40～210
  有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。
GB
5218
硅锰弹簧钢丝
60Si2MnA
65Si2MnWA
70SI2MnA
1.0～12.0
79000
45～50
-40～200
  强度高，较好的弹性、易脱碳。用于普通机械的较大弹簧。
GB
5219
铬钒弹簧钢丝
50CrVA
0.8～12.0
79000
45～50
-40～210
  高温时强度性能稳定，用于较高温度下的弹簧，如内燃机阀门弹簧等。
GB
5220
阀门用铬钒弹簧钢丝
50CrVA
0.5～12.0
79000
45～50
-40～210
  高温时强度性能稳定，用于较高温度下的弹簧，如内燃机阀门弹簧等。
GB
5221
铬硅弹簧钢丝
55CrSiA
0.8～6.0
79000
45～50
-40～250
  高温时强度性能稳定，用于较高温度下的高应力弹簧。
YB(T)
11
弹簧用不锈钢丝
      A组：
1Cr18Ni9、    0Cr19Ni10、0Cr17NI12Mo2
     B组：
1Cr18Ni9、
0Cr18Ni10
    C组：
0Cr17Ni8Al
全部
0.8～12.0
71000

-200～300
  耐腐蚀、耐高、低温，用于腐蚀或高、低温条件下工作的小弹簧。
GB
3121
硅青铜线
QSi3-1
0.1～6.0
41000
HB90～100
-40～120
  有较高的耐腐蚀和防磁性能。用于机械和仪表等用弹性元件。
GB
3124
锡青铜线
QSn4-3
QSN6.5-0.1
QSn6.5-0.4
QSn7-0.2
0.1～6.0
40000
HB90～100
-250～120
  有较高的耐磨损、耐腐蚀和防磁性能。用于机械和仪表等用弹性元件。
GB
3134
铍青铜线
QBe2
0.03～6.0
44000
37～40
-200～120
  有较高的耐磨损、耐腐蚀、防磁和导电性能。用于机械和仪表等用精密弹性元件。
GB
1222
热扎弹簧钢
65Mn
5～80
78000
45～50
-40～120
  弹性好。用于普通机械用弹簧。
55Si2Mn
55Si2Mn8
60Si2Mn
60Si2MnA
5～80
78000
45～50
-40～200
  较高的疲劳强度，弹性好，广泛用于各种机械、交通工具等用弹簧。
55CrMnA
60CrMnA
5～80
78000
47～52
-40～250
  弹性好，抗高温，用于承受较重负荷的较大弹簧。
50CrVA
5～80
78000
45～50
-40～210
  高的疲劳强度，抗高温。用于较高工作温度下的较大弹簧。

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