1、弹簧的基本知识 共 12 页 1KS-训-P.T-001 A0一.弹簧的种类与作用:1.弹簧的种类:弹簧的种类很多,也有各种分类的方法,但都不具决定性:1.1 依使用材料分类:碳钢弹簧钢弹簧合金钢弹簧铜合金弹簧镍合金弹簧金属弹簧非铁金属弹簧其它橡胶弹簧空气弹簧流体弹簧液体弹簧合成树脂弹簧 积层材弹簧非金属弹簧其它1.2 依形状分类:A. 螺旋弹簧(圆筒形、圆锤形、鼓形、桶形)B. 迭板弹簧C. 扭杆D. 筒形弹簧E. 滑卷弹簧F. 环形弹簧G. 薄板弹簧H. 盘簧I. 垫圈类(弹簧垫圈:有齿垫圈、波形垫圈)J. 锯齿形弹簧、扣环等1.1. 依构成弹簧的材料所受应力状态分类:A. 压缩螺旋弹簧B
2、. 拉张螺旋弹簧C. 扭转螺旋弹簧D. 其它螺旋弹簧E. 迭板弹簧F. 扭杆弹簧的基本知识 共 12 页 2KS-训-P.T-001 A0G. 滑形弹簧H. 薄板弹簧I. 盘簧J. 弹簧垫圈K. 线细工弹簧L. 扣环M. 环形弹簧2.弹簧的作用:弹簧乃机械要素之一,作成适当的形状,充分利用材料的弹性,吸收能量的能力,因而只要是弹性体,即可用为材料,极端而言,轨道、桥梁之类的构造物也可以说是一种弹簧作用,但是,用为一般机械要素的弹簧若用弹性范围少的材料,则会因小外力或变形而超越弹性限度,清除外力后仍残留变形,减少弹簧的作用;因而,弹性材料首须要求弹性越大,亦即弹性限度高,实用上常用金属弹簧;二.
3、材料的选择:弹簧是极度利用弹簧材料的弹性,当然是弹性愈高的材料愈好,不过,在实际使用时,其材料还要求物理、化学机械性性质等条件而取舍,一般其考虑因素:1.弹性限度:弹性限度是对材料旋加某力而变形后,消除该力时,不残留变形的最大力所相对的应力,很难测定,但相对抗拉强度高的材料,其弹性限度高,同时可通过热处理或冷间加工来改变弹性限度;2.弹性系数:对弹簧材料施力,产生单位应变时的应力称为弹性系数,此值为弹簧设计的基体,弹簧材料的弹性系数主要取决于其化学成分,因热处理、冷间加工而稍有变化,使用温度高时会大减少;3.疲劳强度:疲劳强度与材料的抗拉强度有一定关系,但因表面状态、脱碳、冷间加工、热处理而变
4、化,这些条件因材料的制造方法,弹簧的制造方法而变化;4.淬火性:弹簧的基本知识 共 12 页 3KS-训-P.T-001 A0大形弹簧为了提高淬火效果,需要淬火性良好的材料,淬火性取决于材料的化学成分;5.形状尺寸:弹簧材料的机械性性质因尺寸而异,得不到特殊尺寸,形状,颇受限制;6.耐热性:有的弹簧在某种程度的高温使用,通常弹簧材料的各种机械性性质随着温度的上升而减少,在某种温度以上时,弹簧特性减少,耐热性因材料的化学成分,制造方法而异;7.耐蚀性:有时弹簧会在腐蚀环境下使用,会腐蚀疲劳的现象,耐蚀性主要取决于其化学成分,但也也会因热处理、冷间加工而有异;8.电传导度:电气器具、通信等常兼用为
5、电传导,此时可用黄铜、磷铜、铍铜等铜合金属弹簧材料9.热膨胀性:钟表的发簧等等很忌温度变化所致的伸缩,此时要用特殊材料;10.其他要求:还有结晶粒的大小、偏析、非磁性、非金属介在物,伤痕,热处理变形,加工性,耐塞性等种问题;三.弹簧一般用线材:1.琴钢线:(Piano wire)是用琴钢线材施行韧化处理,藉强力抽线加工,赋予良好的尺寸精度,良好的表面肌肤,高度机械性性质,韧化是将高碳钢线在变态点以上的温度连续加热约500的熔铅等中冷却,作成富加工性的组织;A. SWPA抗拉强度较低B. SWPB抗拉强度较高;用于重荷重特性的弹簧、耐疲劳弹簧的基本知识 共 12 页 4KS-训-P.T-001
6、A0抗拉强度因线径而异,线径细,抗拉强度一般较高;2.硬钢线:(碳钢线) Hard Drawn Steel Wire使用硬钢线材韧化处理后,借冷间抽线加工制造,素材及加工都没有琴钢线那么严格,良质者有时不亚于琴钢线,不过,其不均度通常大于琴钢线,广用于反复次数不多之弹簧,无冲击荷重的弹簧;2.1 SWC 60C 含碳量较低2.2 SWC 80C 含碳量较高,应用广泛3.不锈钢线 Stainless steel wire不锈钢线有软质线与硬质线,弹簧用者为硬质线,这是将不锈钢线材为火、酸洗、强力冷间线作成,耐蚀性优良,但也有利于需要耐热性,非磁性的场合,为了扩大抗拉强度而增大含碳量,抽线加工度,
7、所以抗拉强度太高则可能有应力腐蚀,易带磁性; 3.1 SUS3043.2 SUS316(不带磁性)3.3 不锈钢材有 202、205、303、304、308、316、410、420、430一般用于弹簧: SUS302、SUS304、SUS3164.铜合金系弹材料导电性良好,耐蚀性良好,不过耐热性系数小,耐热性少;4.1.磷青铜线(C5101W):实用的弹簧用磷青铜为含 Sn35.5, 5.57 79%三种 Cu 合金,为除去氧化物而易伸长起见,加少量 P 为脱脂剂,加工后的弹簧宜低温退火约 250.4.2.黄铜线(C2680W):弹簧用黄铜为 Cu70%,Zn30%的 73 黄铜,抗拉强度低;
8、4.3.白铜线 Ni18% Zn27% Cu55%的合金,强度大,弹簧特性良好,加工后约在350低温退火;4.4.铍铜:在铜合金材料中,性能最优良,弹簧弹性好,耐高温;5.电镀钢线:视客户需求,其素材有 SWC、SWP、SUS镀锌线 镀锡线 镀镍线 镀金线弹簧的基本知识 共 12 页 5KS-训-P.T-001 A0BATT 线:(素材为 SUS)6.其它线材:铜包线 电热线 铁线 漆包线四.热处理(低温退火) 发蓝弹簧的热处理,可提高材料的弹簧性能或补助性能,消除弹簧的应力,但因弹簧材料种类多,热处理方法随之而异。热处理是为了改善钢的外观或耐蚀性而暴露于适当温度的空气,水蒸气,化学药品等,在
9、表面形成蓝色氧化物膜的场合,为了提高弹簧的弹性限度,疲劳限度,强度,硬度等,而在 200-400低温加热的场合。要提高弹性限度时用 200-250,要提高疲劳限度时用 300-380,不过受钢的化学成份,冷间加工度影响。五.不同材质热处理后的变化:1. SWC80C. 60C 及 SWPB. SWPA 材质热处理过后:1.1. 颜色转浅咖啡色1.2. 角度内收缩(圈数增加)1.3. 内圈内径变小1.4. 各加工角度微变化1.5. 长度变长(自由长)1.6. 力量一般变强(视弹簧结构而定)2.SUS 材料热处理过后:2.1 颜色一般不变化,也有变黄现象2.2 角度外扩张,圈数减少2.3 肉身内径
10、变大2.4 各加工角度微变化2.5力 量 一 般 减 弱 (视 弹 簧 结 构 而 有 异 )2.6 自由长变短六.防锈油、脱脂剂、汽油的目的与用途:弹簧的基本知识 共 12 页 6KS-训-P.T-001 A01.防锈油:目的:防止热处理后的弹簧氧化生锈;用途:凡是热处理后而勿须电镀碳钢线产品,表面均须做防锈处理,用喷枪将适量的 防锈油均匀的喷施在制品表面;2.脱脂剂:目的:清理弹簧表面油污;用途:平 衡 杆 及 表 面 油 污 较 多 的 弹 簧 均 须 用 脱 脂 剂 清 洗 ,清 洗 后 的 弹 簧 干 凈 且 有光 泽 ;注意:脱脂剂清洗后之弹簧须赶紧热处理或烘干,若洗后置入太久则弹
11、簧反而会生 锈。3.汽油:目的:清理弹簧表面柴油及其它杂物;用途:主要用来清洗镀镍线制弹簧,因镀镍线制弹簧用脱脂剂清洗会容易生锈,而且 经汽油清洗后增强了导电性,并易于焊接。注意:汽油清洗后,遇高温会着火,最好使其自然挥发后再热处理。七.热处理流程图:收 料需振动研磨料 需热处理料弹簧的基本知识 共 12 页 7KS-训-P.T-001 A0说 明 :1.振 动 须 切 口 圆 满 无 毛 刺 ,角 度 、 长 度 与 图 面 符 合 ;2.试 温 按 图 面 要 求 ,用 光 标 卡 尺 、 投 影 机 、 拉 力 测 试 机 测 量 ; 3.试 温 发 现 异 常 ,呈 报 上 级 核 准
12、 后 热 处 理 。八.弹簧的认识:1.压簧:因压缩而产生反弹力2.拉簧:因拉伸而产生力量,一般都是密合的3.扭簧:因扭转而产生反弹力4.勾簧:因弯曲而产生反弹力5.其它类:九.弹簧专业名词解释及术语:1.线径:(Wire Diameter),英文缩写 WD:记号 d,制作弹簧时所用材料的圆径(外径),称之 为线径,一般指线型圆径材料；2.内径:( Inside Diameter)英文缩写 ID,记号 D1,线材径加工卷成圆环之形状,其圆内围之直径,不包括两端线在内,单位 M/M；振动研磨铬 金烘 干分层试温分层热处理防锈处理待 检弹簧的基本知识 共 12 页 8KS-训-P.T-001 A0
13、3.外径(Outside Diameter),英文缩写 OD,记号 D2,如上述其圆外围之直径,包括两端线在 内,OD=ID+2 WD；4.中心径(Diameter),英文缩写 D,又称平均径，平心径、内径与外径的平均值(ID+OD)/2,即线圈一端的中心点,通过圆心至另一端中心点之间的距离,单位M/M；5.有效圈数(Active coils),英文缩写 AC,记号 Na,弹簧有效作用的圈数，不包括座圈在内;6.总圈数(Totac coils),英文缩写 T.C,记号 Nt,从弹簧的一端到另一端的圈数的总和,称为总圈数,总圈数=有效圈数+座圈;7.座圈:压缩弹簧两接触支持面部分与接着其相邻螺旋
14、线的部分,且无弹力作用的圈 数，称之为座圈；8.旋向:弹簧旋转之方向,分左、右向,左向:Left hand,右向:Right hand；9.自由长(L)自由高(H):弹簧在未受外力作用时，原有制作的长(高)度,单位M/M；10.密着高(Hs):弹簧作用至无自由圈数,完全密接的高度,称为密着高,单位M/M;11.直角度:弹簧(一般指压缩弹簧)成型后，其端面通常无法完全成平面,其切断处均 含高出,故置于平面上略呈倾斜状态,其与平面所成的三角度，称之为直角度，一般直角度要求 9093之间时,须研磨,修理两端高出部分;12.荷重(P):指螺旋弹簧加外力于某一作用长度后,所需要的力量称之为荷重,单位克
15、(kgf),或者 牛顿(N);13.表面处理(Finish):为达到美观目的或者为防止生锈,防止氧化,或者为提高焊接能 力而采取的一种工艺; 弹簧的基本知识 共 12 页 9KS-训-P.T-001 A014.螺距:记号 P 又称节距(压缩弹簧中一圈到另一圈中心径距离)；15.初张力:记号 Pi 单位 kgf;16.初应力:记号 Vi,单位 kgf/mm217.扭转力距即扭距,记号 M,单位:kgf-mm;18.扭转角度:记号 (d),单位度(rad);19.常用化学元素符号:Zn 锌 Fe 铁 O 氧 Ni 镍 Na 钠 C 碳 Au 金 Pb 铅 B 硼 Ag 银 P 磷 I 碘 Cr 铬
16、 Li 锂 W 钨 Cu 铜 Mn 锰 Si 硅 S 硫 Mo 钥 Ca 钙 H 氢十.卷向识别:右旋 左旋依据:本体斜方向右上方 依据:本体斜方向左上方此法比较适合于螺旋形压簧图面及实物卷向的识别弹簧的基本知识 共 12 页 10KS-训-P.T-001 A0十一.弹簧尺寸与力量之关系:1.压簧A.线径越大,力量越强;B.外径越小,力量越强;C.长度越大,力量越强;D.圈数越多,力量越小。2.扭簧A.线径越粗,力量越强;B.圈数越多,力量越小;C.角度越大,力量越强;3.拉簧A.线径越粗,力量越强;B.外径越小,力量越强;C.圈数越多,力量越小;D.长度越长,力量越小。右旋 左旋依据:从上往
17、下,由切断面开始顺着螺旋方向,顺时针为右旋依据: 从上往下,由切断面开始顺着螺旋方向,逆时针为左旋此法比较适合于螺旋形压簧图面及实物卷向的识别弹簧的基本知识 共 12 页 11KS-训-P.T-001 A0十二.电镀之种类:1.种类:A.镀镍(黑镍、白镍)B.化学镍(又称无电解镍)C.镀金(真金、仿金)D.镀铜(红铜、黄铜)另有镍底红铜光泽度比镀红铜亮E.镀锌(黑锌、白锌、蓝锌)F.染黑(又称煲黑)G.镀铬H.镀银2.方式:A. 滚镀:滚筒滚动翻转,用电解式电镀,产品易纠结、变形则不适用。B. 挂镀:单 PCS 吊镀,一般适用较大易操作吊挂产品。3.浸泡式:上下摇动,染黑,化学镍(无电解镍)属
18、于浸泡式,此方式不像滚镀,易造成产品纠结变形。十三.其他表面处理:1.研磨、抛光产品抛光研磨后可去除表层之油污,增加表面之光洁度,同时可去除切断面之毛刺,主要的抛光研磨是对不易生锈之 SUS 材质或研磨后要电镀之产品,产品研磨前一般要进行热处理,避免研磨变形发生; 2.珠击产品珠击是为消除其应力而用小钢珠(0.4mm 1.2mm)变速冲击表面,在表面产生压缩残留应力的一种处理方式,经珠击后的弹簧,可有效改善材料的疲劳强度; 3.磷酸盐包覆弹簧的基本知识 共 12 页 12KS-训-P.T-001 A0是产品经过磷化剂溶液浸泡或喷涂,使产品表面形成一种磷化膜而增强抗蚀性之处理方式;4.钝化产品经钝化剂浸泡而在产品表面形成一种抗氧化膜之处理方式。
