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弹簧技术发展现状

  在机电产品中,弹簧种类繁多,主要有以下类型。
  
  1)以汽车、摩托车、柴油机和汽油机为主的配套弹簧和弹簧。这类弹簧有气门弹簧、悬架弹簧、减震弹簧以及离合器弹簧等,用量较大,约占弹簧生产量的50%左右。同时技术水平要求也高,可以说这些弹簧的技术水平具有代表性,它们主要是向高疲劳寿命和高抗松弛方向发展,从而减轻质量。
  
  2)以铁道机车车辆、载重汽车和工程机械为主的大型弹簧和板弹簧,这些弹簧以热卷成型为主,是弹簧制造业的一个重要方面。随着高速铁道的发展,车辆减震系统的升级,作为车辆悬架的热成型弹簧技术有较大的提高,这类弹簧主要向高强度和高精度方向发展以稳定产品质量。
  
  3)以仪器仪表为主的电子电器弹簧,典型产品如电动机电刷弹簧、开关弹簧、摄像机和照相机弹簧,以及计算机配件弹簧、仪器仪表配件弹簧等。这类弹簧中片弹簧、异性弹簧占较大的比例,不同产品对材质和技术要求差别较大。这类弹簧主要向着既高强度化又小型化的方向发展。
  
  4)以日用机械和电器为主的五金弹簧,如床垫、沙发、门铰链、玩具、打火机等,这类弹簧需求量较大,但技术含量不高,给小型的弹簧企业提高了发展机会,这类弹簧主要是向小型化方向发展。
  
  5)以满足特殊需要为主的特种弹簧,如纺织机械用摇架弹簧,要求有高的抗松弛性能;钢包滑水口用弹簧,要求有高的耐热性;矿山振动筛用悬架弹簧,不但要求有高的疲劳性能,而且要求有高的抗腐蚀性,因而采用橡胶金属复合弹簧:为了满足车辆行驶时的舒适度,所采用的空气弹簧等。
  
  对于目前出现的异性截面悬架弹簧和气门弹簧,从轻量化、节省空间,提高舒适性和改善弹簧应力分布考虑,比圆截面弹簧更为合理,但是这类弹簧材料价格高,弹簧制造工艺复杂,使得弹簧成本要高于圆截面弹簧。因此目前还看不出异性截面弹簧取代圆截面弹簧的迹象。
  
  1    弹簧设计的发展
  
  目前,广泛应用的弹簧应力和变形的计算公式是根据材料力学推导出来的。若无一定的实际经验,很难设计和制造出高精度的弹簧,随着设计应力的提高,以往的很多经验不再适用。例如,弹簧的设计应力提高后,螺旋角加大,会使弹簧的疲劳源由簧圈的内侧转移到外侧。为此,必须采用弹簧精密的解析技术,当前应用较广的方法是有限元法(FEM)。
  
  车辆悬架弹簧的特征是除足够的疲劳寿命外,其永久变形要小,即抗松弛性能要在规定的范围内,否则由于弹簧的不同变形,将发生车身重心偏移。同时,要考虑环境腐蚀对其疲劳寿命的影响。随着车辆保养期的增大,对永久变形和疲劳寿命都提出了更严格的要求,为此必须采用高精度的设计方法。有限元法可以详细预测弹簧应力疲劳寿命和永久变形的影响,能准确反映材料对弹簧疲劳寿命和永久变形的关系。
  
  近年来,弹簧的有限元设计方法已进入了实用化阶段,出现了不少有实用价值的报告,如螺旋角对弹簧应力的影响;用有限元法计算的应力和疲劳寿命的关系等。
  
  图1-8所示为用现行设计方法计算和有限元法解析应力的比较。对相同结构的弹簧,在相同载荷作用下,从图中可以看出,有效圈少的或螺旋角大的高应力弹簧的应力,两种方法得出的结果差别比较大。这是因为随着螺旋角的增大,加大载荷偏心,使弹簧外径或横向变形较大,因而应力比较大。用现行的设计计算方法不能确切地反映,而有限元法则能较为确切地反应出来。
  
  弹簧有限元分析方法,在弹簧技术水平较高的国家虽已进入实用化,我国虽有这方面的技术开发,但尚未形成实用模型。
  
  另外,在弹簧的设计进程中还引进了优化设计。弹簧的结构较为简单,功能单纯,影响结构和性能的参变量少,所以设计者很早就运用解析法、图解法或图解分析法寻求最优设计方案,并取得了一定成效。随着计算技术的发展,利用计算机进行非线性规划的优化设计取得了成效(见第10章11节)。
  
  可靠性设计是为了保证所设计的产品的可靠性而采用的一系列分析与设计技术,它的功能是在预测和预防产品可能发生故障的基础上,使所设计的产品达到规定的可靠性目标值,是传统设计方法的一种补充和完善。弹簧设计在利用可靠性技术方面取得了一定的进展(见第10章12节),但要进一步完善,需要数据的开发和积累。
  
  随着计算机技术的发展,在国内外编制出各种版本的弹簧设计程序,为弹簧技术人员提供了开发创新的便利条件。应用设计程序完成了设计难度较大的弧形离合器弹簧和鼓形悬架弹簧的开发等。
  
  随着弹簧应用技术的开发,也给设计者提出了很多需要注意和解决的新问题。如材料、强压和喷丸处理对疲劳性能和松弛性能的影响,设计时难以确切计算,要靠实验数据来定。又如按现行设计公式求出的圈数,制成的弹簧刚度均比设计刚度值小,需要减小有效圈数,方可达到设计要求。当前大批量生产产品的设计趋势,以最大工作切应力和疲劳寿命要求为例,列于表1-5。
  
  表1-5   当前大批量生产弹簧的设计趋势
  
  产品类型    最大工作切应力    相关重要要求
  
  一般机械结构弹簧    静载900~1200MPa
  
  动载900~1000MPa    开始拥有疲劳寿命要求
  
  螺旋扭转簧    900~1000MPa
  
  发动机气门弹簧
  
  油汞油嘴弹簧    950~1200MPa
  
  (一般1100 MPa)    疲劳寿命要求2.3× ,可靠度﹥90%
  
  汽车变速箱、离合器弹簧    1100~1200MPa
  
  (一般1100 MPa)    有松弛要求,疲劳寿命要求(3~10)× 次
  
  卡车驻动器弹簧    静载1100~1200MPa    有松弛要求
  
  悬架弹簧
  
  1100~1200MPa    腐蚀疲劳寿命要求
  
  (3~5)× 次
  
  新高速机车悬架弹簧    1000~1200MPa
  
  注:上述数据来自当前国际上主要世界级领导性专业公司的产品图样、信息
  
  2   弹簧材料的发展
  
  随着弹簧应用技术的发展,对弹簧材料提出了更多的要求。主要是在高应力下的提高疲劳寿命和抗松弛性能方面;其次是根据不同的用途,要求具有耐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等方面。为此,弹簧材料除开发了新品种外,另从严格控制化学成分,降低非金属夹杂,提高表面质量和尺寸精度等方面取得了有益的成效。
  
  (1)弹簧钢生产工艺的发展  为了提高弹簧钢的质量,工业发达国家已普通采用炉外精炼技术、连铸工艺、新型轧制和在线自动检测及控制设备等。
  
  为了保证钢的化学成分,降低气体和各种非金属加夹物的含量,采用大容量电炉或转炉熔炼,采用炉外钢包精炼,使氧含量(质量分数)降至(0.0021~0.0010)%,生产出超纯净钢,从而大大提高了弹簧的设计和工作应力。
  
  连铸生产工艺在弹簧钢生产中已被广泛采用。连铸可通过电磁搅拌、低温铸造等技术减小钢的偏析,减小二次氧化,改善表面脱碳,使组织和性能稳定、均匀。
  
  采用分列式全连续轧机,可提高尺寸精度,表面质量,同时也可使钢材沿长度显微组织均匀。在轧制过程中为了保证产品的表面质量采用在线自动检测和控制。为了适合变截面弹簧扁钢生产而开发了奥氏体轧制成形新工艺,即先将钢加热到奥氏体区再急冷至亚稳奥氏体区进行塑性加工并淬火处理。这种工艺可使钢在不降低塑性的同时提高强度。此外还有通过轧后在线热处理和表面硬化处理来提高弹簧钢的性能等。
  
  (2)合金钢的发展  合金元素的主要作用是提高力学性能,改善工艺性能及赋予某种特殊性能。气门弹簧和悬架弹簧已广泛应用SiCr钢。Si是抗应力松弛最好的合金元素,在SiCr钢中添加V、Mo形成SiCrV和SiCrMo钢,可以提高疲劳寿命和抗松弛性能。同时SiCr拉拔钢丝,其在高温下工作时的抗松弛性能,比琴钢丝和重要用途碳素弹簧钢丝要好。随着发动机高速小型化,抗颤振性能好、质量轻、弹性模量小的Ti合金得到了较为广泛的应用,其强度可达2000 MPa。
  
  (3)低碳奥氏体钢的发展  低碳奥氏体钢38SiMnB是我国自主研发的一种新型的高性能弹簧钢,在此基础上开发的38SiMnVBE更具优越性,具有高强韧性、高淬透性、高应用性和高性能比。在进行超细晶粒控制轧制后,其抗拉强度 =(2030~2140)MPa,屈服强度 =(900~2010)MPa,伸长率 =(12~15)%,面缩率 =(48~55)%。为少片变截面板弹簧提供了高性能的材料。
  
  (4)不锈钢的发展  我国是生产不锈钢的大国,随着不锈钢的生产发展,自然也开发了不少品种,目前已达50多种,,基本满足了国内生产发展的需要,对当前开发的一些新品种作简要说明。
  
  1)奥氏体不锈钢体系的初步形成。为了消除碳元素造成的不锈钢晶界腐蚀疲劳,开发出低碳奥氏体不锈钢0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。为了提高其特殊性能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等元素。
  
  2)含氮不锈钢的发展。 在不锈钢中以氮代碳取得了成果。在奥氏体不锈钢中N和C有许多共同特性。N稳定奥氏体的作用比Ni大,与C相当。N与Mn结合能取代比较贵的Ni。
  
  在奥氏体中N也是最有效的固溶强化元素之一。N与Cr的亲和力要比C与Cr的亲和力小,奥氏体钢很少见到Cr2N的析出。因此N能在不降低耐蚀性能的基础上,提高不锈钢强度。
  
  3)超强铁素体不锈钢的发展。 铁素体不锈钢具有良好的腐蚀性能和抗氧化性能,其抗应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢。价格比奥氏体不锈钢便宜。但存在可焊性差、脆性倾向比较大的缺点,生产和使用受到限制。通过降低钢中的碳和氮的含量,添加Ti、Nb、Zr、Ta等稳定化元素,添加Cu、AI、V等焊缝金属韧化元素三种途径,可以改善铁素体钢的可焊性和脆性。
  
  4)超级奥氏体钢的发展。 超级奥氏体钢指Cr、Mo、N含量显着高于常规不锈钢的奥氏体钢。其中比较着名的是含6% Mo的钢(245S Mo)。这类钢具有非常好的耐局部腐蚀性能,在海水、充气、存在缝隙、低速冲刷条件下,有良好的抗点蚀性能(PI 40)和较好的抗应力腐蚀性能,是Ni基合金和钛合金的代用材料。
  
  5)超马氏体不锈钢的发展。 传统的马氏体不锈钢2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足够的延展性,在冷顶锻变形过程中对应力十分敏感,冷加工成形比较困难。加之钢的可焊性比较差,使用范围受到限制。为克服马氏体钢的上述不足,近来已找到一种有效途径,就是通过降低钢的C、Ti含量,增加Ni含量,开发一个新系列合金钢——超马氏体钢。这类钢抗拉强度高,延展性好,焊接性能也得到改善,因此超马氏体钢又称为软马氏体钢或可焊接马氏体钢。
  
  (5)弹簧钢丝的发展  弹簧钢丝经过100多年的发展,工艺技术经历了由铅淬火到油淬火,现又发展到感应加热淬火。再加上工艺技术装备不断创新和完善,品种质量不断更新。近来开发的阀门用弹簧钢丝感应加热淬火和回火处理工艺,试验证明,由于感应加热时间短,淬火组织细小,钢丝表面几乎没有脱碳层,所以其塑性、韧性、抗松弛性、断裂韧性、延迟断裂抗力、疲劳寿命等都比油淬火回火钢丝有较大提高。
  
  另一种研究取得成效的超细晶粒形变热处理钢丝已能实地应用,超细晶粒形变热处理是组织超细化与形变热处理相结合的一种复合强韧化工艺。它既可提高钢丝的力学性能,同时又能改善钢丝的表面质量。材料表面质量对疲劳性能影响很大。为了保证表面质量,对有特殊要求的材料采用剥皮工艺,将表层去掉0.1mm。对0.5mm深度的缺陷采用涡流探伤。对拔丝过程表面产生的凹凸不平,可用电解研磨,使表面粗糙度降到 =(6.5~3.4) m。
  
  (6)不锈钢丝的发展  近年来国外不锈弹簧钢丝生产发展较快。国内需求量增大的品种主要为1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。
  
  先进的钢丝生产工艺流程特点是盘条首先剥皮处理,去除热加工在表面造成的缺陷,除第一次固溶处理后要进行酸洗外,整个冷加工过程均保持光亮表面。
  
  随着工艺的发展,不绣钢丝生产流程进一步简化,将部分原属金属制品行业质量控制简化,转换为对盘条质量的要求。在粗拉丝机后,应用清洁球擦拭和水中清洗,去除表面涂层和残余润滑膜。在光亮热处理前配备电解酸洗、碱中和、水冲洗和烘干装置,彻底去除钢丝表面油污,改善表面质量。
  
  (7)形状记忆合金的开发  目前在弹簧方面有应用前途的单向形状记忆合金,以50Ti和50Ni性能最好。形状记忆合金制成的弹簧,受温度的作用可伸缩。主要用于恒温、恒载荷、恒变形量的控制系统中。由于是靠弹簧伸缩推动执行机构,所以弹簧的工作应力变化较大。
  
  (8)陶瓷的应用  陶瓷的弹性模量高,断裂强度低,适用于变形不大的地方。目前正在开发的有耐热、耐磨、绝缘性好的陶瓷,应用的有超塑性锌合金(SPZ),在常温下具有高的强度。另外,还有高强度的氮化硅,能耐高温,可达1000℃。但陶瓷弹簧不适用于在冲击载荷下工作。
  
  (9)纤维增强塑料在弹簧中应用  玻璃纤维增强塑料(GFRP)板簧在英、美和日本等国已广泛应用,除用于横置悬架外,还可用于特殊轻型车辆,如赛车的纵置悬架。目前又研制成功了碳素纤维增强塑料(GFRP)悬架弹簧,比金属板簧要轻20%。
  
  3   弹簧加工技术的发展
  
  目前,机械弹簧的加工设备和加工生产线向着数控(NC)和计算机控制(CNC)化的深度和广度发展。但随着弹簧材料和几何新状的变化,加工工艺亦有发展。
  
  1)变弹簧外径、变节距和变钢丝直径(三变)悬架弹簧实现了无模塑性加工。自三变弹簧开发以来,一直采用锥形钢棒在数控车床上卷绕加工,但成品率和价格均不理想。现改为加热状态下通过卷簧机,控制轧辊速度和拉拔力,获得所需要的锥体形状,并用加工余热进行淬火。
  
  2)中空稳定弹簧杆采用低碳硼钢板卷制焊接成形。
  
  3)扭杆采用高纯度的45钢,经高频淬火获得表面的高硬度和较大的剩余压缩应力,从而提高疲劳寿命和抗松弛能力。
  
  4)电子产品广泛应用的片弹簧基本上采用冲压和自动弯曲加工成形。目前主要是发展复合材料的接合技术。
  
  (1)弹簧的冷成形工艺
  
  1)冷成形工艺一次性自动化能力。冷成形机目前已发展到12爪。在(0.3~14)mm范围内的钢丝,基本上在8爪成形机能一次成形。目前成形工艺设备的发展方向:①提高成形速度,主要发展趋势是提高设备的成形速度,即生产效率;②通过提高设备零件的精密性和强化热处理效果来提高设备耐久性;③增加长度传感器和激光测距仪,给CNC成形机进行自动闭环控制制造过程。
  
  2)冷成形工艺范围能力。目前大线径弹簧卷簧机,最大规格可达 20mm, =2000MPa,旋绕比5。变径或等径料Minic-Block弹簧和偏心弹簧的冷成形工艺还是有局限性。
  
  (2)弹簧的热成形工艺
  
  1)热成形工艺速度能力。目前我国在 (9~25)mm规格上的成形仅有CNC2轴热卷簧机,最大速度每分钟17件。与发达国家相比之下差距较大。
  
  2)大弹簧热成形工艺控制能力。由于仅有CNC2轴热卷簧机,因此形状控制少三个方向作用,精度差;而且都无自动棒料旋转控制和调整机构,所以热卷弹簧成形工艺水平和能力较低。因而弹簧的精度水平和表面氧化脱碳水平也较低。
  
  4   弹簧的强化工艺技术
  
  (1)弹簧的热处理强化工艺技术
  
  1)保护气氛热处理。在我国,线材小于 15mm的弹簧、油淬火回火钢丝及韧化处理钢的热处理都采用了保护气氛热处理。保护气氛热处理能够消除表面脱碳和氧化,提高材料的表面质量。
  
  2)感应加热或保护气氛感应加热热处理。这项工艺一般在螺旋弹簧成形前的线材上进行,有些弹簧工厂把线材料热处理和弹簧制作放在一起以降低成本。感应加热处理具有较好的强化效果,感应加热速度快,有助细化晶粒和减少表面脱碳,可以充分发挥和提高材料的强度和韧性。
  
  3)表面氮化热处理工艺技术。近年来,高应力气门弹簧或其他高应力离合器弹簧为了达到可靠的疲劳寿命,也采用表面氮化工艺技术,现在比较先进的工艺是低温气体氮化技术,一般氮化温度为(450~470)℃,气体氮化时间为(5~20)h。
  
  (2)弹簧的喷丸强化工艺
  
  1)组合喷丸工艺技术。组合喷丸,一般也称多次喷丸工艺。大多数经济的工艺是采用二次喷丸。通过采用不同直径的丸粒喷丸来实现。第一次采用较大丸粒来获得残余压应力和表面光洁度。
  
  2)应力喷丸工艺。应力喷丸工艺也是一项比较经典的喷丸工艺,只是因为难以应用于大批量生产,但近年来由于应力喷丸设备的快速发展,在高应力汽车悬架弹簧大批量生产中得到了较大发展。特别是应力强化喷丸与其他喷丸工艺的组合应用具有很好的强化效果。应力喷丸的预应力一般设定在(700~800)MPa,经应力抛丸后,残余应力的峰值可以达到(1200~1500)MPa,从而得到高的抗疲劳强度。
  
  (3)弹簧的热强压工艺  热强压工艺主要应用在要求高的抗永久变形量的螺旋弹簧上,是作为高级的防永久变形的稳定化处理工艺。热强压工艺除可以显着提高抗永久变形外,还可以提高疲劳寿命。
  
  5   弹簧的表面保护工艺
  
  弹簧的表面保护工艺,主要有:工序中的表面防锈、成品的发黑(发蓝)、磷化、油漆上防锈油、电泳漆、电镀、静电粉末喷涂等,特别后四种表面处理工艺得到广泛的应用和发展。
  
  部分不锈钢丝和重要用途碳素弹簧钢丝的耐蚀性能相当于镀锌的耐蚀性能,若再镀一层ZnAI(5%)的合金,则耐蚀性可提高约3倍。
  
  对电阻性能有要求的不锈钢丝或重要用途碳素弹簧钢丝,钢丝直径小于0.4mm可镀铜,大于0.4mm的可采用内部是铜,外部是不锈钢材料。一般钢丝镀5 n厚的Ni,可提高其导电性。
  
  一般来说,能使材料表面硬化形成剩余应力的工艺(如喷丸强化和表面氮化等)均可提高疲劳寿命强度。目前正在研究非电解镀Ni,通过加热(300~500)℃,可将7%的P以PNi析出,可提高维氏硬度500HV,喷丸后,若在300℃以下加热镀Ni,亦可提高硬度10%。
  
  达克罗(Dqcromet)涂覆新技术,具有很多的优点,无氢脆,高的抗腐性、高的耐温性、高渗碳性、附着力强而且环保性能好。目前已有应用,但需注意质量。
  
  随着信息时代的发展,弹簧行业建立了一些相关的网站,其中有代表性的是888弹簧网,在传播信息、交流技术方面发挥了一定的作用。
  
  我国弹簧的标准化
  
  我国弹簧的标准化工作在全国弹簧标准化技术委员会领导和组织下,已完成弹簧及弹簧制品标准52个(表1-6),初步形成了体系。另外报批和正在制定的有:橡胶—金属螺旋复合弹簧、弹簧的疲劳试验大纲等。
  
  表1-6 我国弹簧及弹簧制品标准名称和标准号
  
  序号    标准代号    标准名称    备注
  
  1    GB/T1239.1—2008    冷卷圆柱螺旋拉伸弹簧  技术条件
  
  2    GB/T1239.2—2008    冷卷圆柱螺旋压缩弹簧  技术条件
  
  3    GB/T1239.3—2008    冷卷圆柱螺旋扭转弹簧  技术条件
  
  4    GB/T1239.4—2008    热卷圆柱螺旋弹簧  技术条件
  
  5    GB/T1239.6—1989    圆柱螺旋弹簧  技术计算
  
  6    GB/T1973.1—1989    小型圆柱螺旋弹簧  技术条件
  
  7    GB/T1973.2—1989    小型圆柱螺旋拉伸弹簧  尺寸及参数
  
  8    GB/T1973.3—1989    小型圆柱螺旋压缩弹簧  尺寸及参数
  
  9    GB/T2087—2001    圆柱螺旋拉伸弹尺寸及参数(半圆钩环型)    修订,已报批
  
  10    GB/T2088—1997    圆柱螺旋拉伸弹(圆钩环压中心型)
  
  尺寸及参数    修订,已报批
  
  11    GB/T2089—1994    圆柱螺旋压缩弹簧(两端并紧磨平或锻平型)尺寸及参数    修订,已报批
  
  12    GB/T4142—2001    圆柱螺旋拉伸弹尺寸及参数(圆钩环型)    修订,已报批
  
  13    JB/T10591—2007    内燃机气门弹簧  技术条件
  
  14    GB/T2940—1982    柴油机用喷油汞、调速器、喷油器弹簧  技术条件
  
  15    GB/T4036—1983    手表发条
  
  16    GB/T4037—1983    手表游丝
  
  17    GB/T1972—2005    蝶形弹簧
  
  18    GB/T10867—1989    弹簧减震器
  
  19    GB/T13828—1992    多股圆柱  螺旋弹簧
  
  20    GB/T9296—1988    地弹簧
  
  21    GB/T1805—2001    弹簧术语
  
  22    GB/T1358—1993    圆柱螺旋弹簧  尺寸系列    修订,已报批
  
  23    JB/T6655—1993    耐高温弹簧  技术条件
  
  24    JB/T10416—2004    汽车悬架用螺旋弹簧  技术条件
  
  25    JB/T10417—2004    摩托车减震弹簧  技术条件
  
  26    JB/T10418—2004    气弹簧  技术计算
  
  27    JB/T6653—1993    扁钢丝圆柱螺旋  压缩弹簧
  
  28    JB/T6654—1993    平面涡卷弹簧  技术条件
  
  29    JB/T7366—1994    平面涡卷弹簧  技术计算
  
  30    JB/T8584—1997    橡胶—金属螺旋  复合弹簧
  
  31    JB/T9129—2000    60Si2Mn钢螺旋弹簧  金相检验
  
  32    JB/T10802—2008    弹簧喷丸强化  技术规范
  
  33    JB/T3338.1—1993    液压件圆柱螺旋压缩弹簧  技术条件
  
  34    JB/T3338.2—1993    液压件圆柱螺旋压缩弹簧  技术计算
  
  35    JB/T8046.1—1996    压缩气弹簧
  
  36    JB/T8046.2—1996    可锁定气弹簧
  
  37    JB/T7367.1—2000    圆柱螺旋压缩弹簧超声波  探伤方法
  
  38    JB/T7757.1—1995    机械密封用圆柱螺旋弹簧
  
  39    JB/T7283—1994    农业机械钢板弹簧  技术条件
  
  40    JB/T5002—1994    农业机械钢板弹簧产品质量分等
  
  41    JB/T3383—1983    汽车钢板弹簧台架  试验方法
  
  42    JB/T3782—1984    汽车钢板弹簧金相检验标准
  
  43    JB/T539—1984    汽车钢板弹簧销和吊耳  技术条件
  
  44    ZB T06001—1988    汽车钢板弹簧喷丸处理规范
  
  45    QC/n29035—1991    汽车钢板弹簧  技术条件
  
  46    QC/T29103—1992    汽车钢板弹簧质量分等规定
  
  47    JB/T53394—2000    蝶形弹簧   产品质量分等
  
  48    JB/T3396—2000    液压件圆柱螺旋压缩弹簧  产品质量分等
  
  49    JB/T58700—2000    弹簧  产品质量分等总则
  
  50    JB/T58701—2000    小型圆柱螺旋弹簧  产品质量分等
  
  51    JB/T58702—2000    圆柱螺旋弹簧  产品质量分等
  
  52    JB/T7944—2000    圆柱螺旋弹簧 抽样检查
  
  弹簧除国家标准和机械工业部行业标准外,尚有国家军用标准(GJB)、航天行业标准(QJ)、航空行业标准(HB)、兵器工业部行业标准(WJ)、船舶总公司行业标准(CB)、冶金工业标准(YB)、铁道行业标准(TB)等。
  
  国外弹簧标准化
  
  弹簧虽然用途广泛,但是从品种、规格方面来看,基本上是非标准化,从属于不同主机产品而设计,互换性较差。所以长期以来,在国际标准化组织中未设立有关弹簧标准化的相应技术委员会,弹簧的标准化工作开展有限。近些年来,由于弹簧技术的发展和工业技术发展的要求,围绕弹簧的国际统一标准工作有所加强。由中国和日本等国共同发起于2005年成立了国际弹簧标准化技术委员会(ISO/TC 227)组织。主席国为德国,秘书处设在日本国。目前有11个正式成员国。正在审核中的国际标准提案有弹簧术语和弹簧喷丸两个标准,均为日本国提出。
  
  在国际弹簧标准化技术委员会成立之前,由国际技术标准委员会ISO/TC 10制订了和弹簧相关的技术文件:
  
  ISO 2162 生产技术文件—弹簧,包括三部分:
  
  ISO 2162.1  第1部分:弹簧画法
  
  ISO 2162.2  第2部分:圆柱螺旋压缩弹簧应具备的数据
  
  ISO 2162.3  第3部分:弹簧术语汇编
  
  我国参照上述国际标准ISO 2162.1制定了GB/T4459.4《机械制图画法》。
  
  模具用矩形截面压缩弹簧应用日渐广泛,出于互换性要求,国际标准组织制定了ISO/DIS 10243《模具用矩形截面压缩弹簧的安装尺寸和颜色标志》。我国参照此标准已制定了JB/T 6653《扁钢丝圆柱螺旋压缩弹簧》。
  
  我国全国弹簧技术标准化委员会秘书处于2007年6月向国际弹簧技术标准化委员会(ISO/TC 227)提出了热卷圆柱弹簧压缩弹簧和汽车板弹簧设计、技术要求及试验方法的国际标准提案。于2007年10月29日在北京召开的第三届(ISO/TC 227)12个委员国出席的大会上,一致通过了我国弹簧技术标准化委员会秘书处交付的热卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件的国际标准提案。这标志着我国弹簧技术向国际水平迈进了一大步。板弹簧提案需进一步完善,待后讨论。
  
  英国弹簧标准,主要是圆柱螺旋压缩、拉伸和扭转弹簧设计标准,其中也包括了对弹簧的技术条件。这三个标准,对指导弹簧设计来说,规定的比较详细,也比较明确。被欧洲共同体标准化委员会在2001年等同采用,共代号和名称为
  
  BS EN 13906.1  圆截面材料圆柱螺旋压缩弹簧设计指南
  
  BS EN 13906.2  圆截面材料圆柱螺旋拉伸弹簧设计指南
  
  BS EN 13906.3  圆截面材料圆柱螺旋扭转弹簧设计指南
  
  日本、德国、美国、英国和原苏联等均制定了不少弹簧标准。但衡量这些国家的弹簧质量水平,仅从相应的标准着眼是不够的。订入这些国家标准的主要是一般弹簧的质量要求。重要的、高质量的弹簧的要求往往反映在各有关公司标准及图样上。
  
  日本标准的制订工作由日本工业技术院归口,该院设有标准部。弹簧标准的制定由工业技术院委托日本弹簧协会提出草案,再由该院组织专门委员会进行审议。订有国家标准的主要是量大面广而便于专业化生产的品种,如圆柱螺旋压缩、拉伸、扭转弹簧,蝶形弹簧,扭杆弹簧和板弹簧等几类,见表1-7。设计计算标准和技术条件标准并重。
  
  表1-7 日本弹簧标准名称和标准号
  
  序号    标准代号    标准名称        序号    标准代号    标准名称
  
  1    JIS B 2701    叠板弹簧        6    JIS B 2707    冷卷螺旋
  
  压缩弹簧
  
  2    JIS B 2702    热卷螺旋弹簧        7    JIS B 2708    冷卷螺旋
  
  拉伸弹簧
  
  3    JIS B 2704    螺旋压缩拉伸弹簧设计标准        8    JIS B 2709    螺旋扭转弹簧设计标准
  
  4    JIS B 2705    扭杆弹簧        9    JIS B 2710    叠板弹簧设计标准
  
  5    JIS B 2706    蝶形弹簧        10    JIS B 0103    弹簧术语
  
  德国弹簧标准化工作开展得较好。在德国标准委员会下设有弹簧委员会主管弹簧标准化工作。具体负责制定标准的是德国标准化研究所,相关的试验工作是组织有关企业进行的。
  
  德国弹簧标准(表1-8)的组成与日本标准相近,以圆柱螺旋弹簧为主,另外扭杆弹簧、蝶形弹簧、板弹簧等也均订有国家标准。对设计计算标准也十分重视。
  
  表1-8  德国弹簧标准名称和标准号
  
  序号    标准代号    标准名称
  
  1    DIN 2088    圆线材和圆棒材制圆柱形螺旋弹簧:扭转弹簧的计算及设计
  
  2    DIN 2089 T1    圆线材和圆棒材制圆柱形螺旋弹簧:计算与结构
  
  3    DIN 2090    方钢制圆柱螺旋压缩弹簧的计算
  
  4    DIN 2091    圆形截面扭杆弹簧:计算与结构
  
  5    DIN 2092    蝶形弹簧:计算
  
  6    DIN 2093    蝶形弹簧:尺寸、材料、性能
  
  7    DIN 2094    公路车辆用板簧:质量要求
  
  8    DIN 2095    圆弹簧丝制圆柱螺旋弹簧:冷卷压缩弹簧的质量规范
  
  9    DIN 2096 T1    圆线材和圆棒材制圆柱形螺旋弹簧:热成型压缩弹簧的质量要求
  
  10    DIN 2096 T2    圆棒材制圆柱形螺旋压缩弹簧:大量生产质量要求
  
  11    DIN 2097    圆钢丝制圆柱螺旋弹簧:冷卷拉伸弹簧的质量要求
  
  12    DIN 2098 T1    圆弹簧丝制圆柱螺旋弹簧:圆丝直径大于或等于0.5mm的冷卷压缩弹簧尺寸
  
  13    DIN 2098 T2    圆弹簧丝制圆柱螺旋弹簧:圆丝直径小于0.5mm的冷卷压缩弹簧尺寸
  
  14    DIN 2099 T1    圆丝及圆条制圆柱螺旋弹簧:压缩弹簧的数据、表格
  
  15    DIN 2099 T2    圆形钢丝制圆柱形螺旋弹簧:拉伸弹簧的数据、表格
  
  16    DIN 4621    叠层板簧、弹簧夹
  
  17    DIN 9835 T1    冲孔技术工具用弹性体压缩弹簧:尺寸和计算
  
  18    DIN 9835 T1 T2    冲压技术工具用弹性体压缩弹簧:弹簧特性曲线
  
  19    DIN 9835 T2    冲孔技术工具用弹性体压缩弹簧:配件
  
  20    DIN 9835 T3    冲压技术工具用弹性体压缩弹簧;要求和检验
  
  21    DIN ISO 2162    技术制图:弹簧的表示法
  
  美国国家标准(ANSI)目录中没有弹簧方面的标准。在美国动力机械工程师协会制定的标准(SAE)中有14项弹簧标准,其中部分标准包括了弹簧钢丝和弹簧的标准,但对弹簧的要求比较简略。另外美国军用规范(MIL)有五项弹簧标准。美国有关弹簧标准见表1-9
  
  表1-9  美国弹簧标准名称和标准号
  
  序号    标准代号      标准名称
  
  1    SAE J 113    冷拔机械弹簧丝及弹簧
  
  2    SAE J 132    油回火铬钒合金气门弹簧金属丝及弹簧
  
  3    SAE J 157    油回火铬硅合金钢丝及弹簧
  
  4    SAE J 172    冷拔碳素气门弹簧钢丝及弹簧
  
  5    SAE J 217    17—7PH不锈钢弹簧丝及弹簧
  
  6    SAE J 230    SAE 30302 不锈钢弹簧丝及弹簧
  
  7    SAE J 271    特种高强度冷拔机制弹簧丝及弹簧
  
  8    SAE J 310    油回火碳素弹簧钢丝及弹簧
  
  9    SAE J 351    油回火碳素气门弹簧钢丝及弹簧
  
  10    SAE J 507    一般汽车用热卷螺旋弹簧
  
  11    SAE J 508    一般汽车用冷卷螺旋弹簧
  
  12    SAE J 509    汽车用悬架螺旋弹簧
  
  13    SAE J 510    汽车用悬架板弹簧
  
  14    SAE J 511    空气弹簧术语
  
  15     HS-7 (J-788)    板簧的设计与应用指南
  
  16     HS-9 (J-795)    螺旋弹簧、涡卷弹簧的设计与应用指南
  
  17     TR-135 (J-782)    座垫弹簧指南
  
  18     HS-26 (J-796)    扭杆弹簧的设计与应用指南
  
  19     MIL-STD-29    弹簧(材料、设计、制造)
  
  20     MIL-S-13334    大炮用高应力螺旋压缩弹簧
  
  21     MIL-S-13475    涡卷弹簧(装甲车用)
  
  22     MIL-S12133    蝶形弹簧
  
  23     MIL-S-13572A    压缩、拉伸螺旋弹簧
  
  24     MS-35142    螺旋弹簧
  
  25     M-114-51    热处理钢螺旋弹簧
  
  如前所述,各国列入国家标准的弹簧,仅是弹簧品种的一部分,如要切实考查某一国家弹簧产品质量的实际水平,除了解该国家标准之外,也要注意相应的公司标准、企业标准。
  
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