关于弹簧发展现状的阐述

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        电产品中，用量最大的弹簧主要有： 1）以汽车为主的机动车辆弹簧； 2）以日用电器为主的电子产品弹簧； 3）以摄像机、复印机和照相机为主的光学装置弹簧。既然弹簧在现状的产业中有那么大的用途，那么接下来我们就探讨下弹簧发展的状况。
       一、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，必须采用精密的解析技术，当前应用较广的方法是有限元法。
       近年来，弹簧的有限元法设计方法进入实用化阶段，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。
    另外，在弹簧的设计过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，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。 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，需要减少有效圈数，方可达到设计要求。
    二、弹簧材料的发展
    弹簧应用技术的发展，对材料提出了更高的要求。主要是在高应力下的提高疲劳寿命和抗松弛性能；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。为此，弹簧材料除开发了新品种外，另外严格控制化学成分，降低非金属夹杂，提高表面质量和尺寸精度等方面也取得了有益的成效。
    1．合金钢丝的发展
    气门弹簧和悬架弹簧已广泛应用Si-Cr钢。为了提高疲劳寿命和抗松弛性能，在Si-Cr钢中添加V、Mo。同时开发了Si-Cr拉拔钢丝，其在高温下工作时的抗松弛性能，比琴钢丝好。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2000MPa。
    2．不锈钢丝的发展
   (1)奥氏体组织不锈钢丝强度比铁素体组织的好，其耐蚀性也优于马氏体组织，因而应用范围不断扩大。
    (2)低温拔丝或低温氮化拔丝可提高钢丝强度。马氏体受热时组织不稳定，而在低温液体氮中拔丝能形成隐针状马氏体，可获得热态高强度。此种钢丝在美国和日本已有不少应用，但目前只能处理1mm以下的钢
    (3)电子设备中的精密弹簧要求非磁性，此种钢丝在拉拔加工时，不能生成隐针状马氏体。为此要添加N、Mn、Ni等元素。为了满足这方面的需求，美国开发了AUS205（0.15C-17Cr-1Ni-15Mn-0.3N） 和YUS（0.17C-21Cr-5Ni-10Mn-0.3N）。由于Mn的含量增加，加工中不会生成隐针状马氏体。经固溶处理，强度可达2000MPa，疲劳性能高，优于SUS 304。
    3．提高材料纯度
    对高强度材料，严格控制夹杂，提高纯度以保证其性能。如气门弹簧材料的含氧量，目前已达20-10-6级别。
    4．改善表面质量
    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0.1 mm厚的材料剥掉。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，使表面粗糙降到Ra=6.5-3.4μm。
    5．电镀钢丝的发展
    在特殊情况下，除要求弹簧特性外，还要求耐蚀、导电等附加性能，大多均采用电镀工艺解决。
    部分不锈钢丝和琴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琴钢丝，钢丝直径小于0.4mm的可镀铜，大于0.4mm的可采用内部是铜，外部是不锈钢材料。一般琴钢丝镀5μm厚的Ni，可提高其导电性。
    一般来说，能使材料表面硬化形成残余应力的工艺（如喷丸强化和表面氮化等）均可提高疲劳强度。目前正在研究非电解镀Ni，通过加热（300500℃）可将7%的P以PNi析出，可提高维氏硬度达HV 500。喷丸后，若在300℃以下加热镀Ni，亦可提高硬度10％。
    6．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-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。
    7．陶瓷的应用
    陶瓷的弹性模量高，断裂强度低，适用于变化不大的地方。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。
    8．纤维增强塑料在弹簧中的应用
    玻璃纤维增强塑料（GFRP）板弹簧在英、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（CFRP）悬架弹簧，比金属板簧要轻20％。