弹簧设计、材料及加工

 1.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，因面应用范围不断扩大。
　　(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以下的钢丝。
　　(3)电子设备中的电磁阀弹簧要求非磁性，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SUS304。
　　2.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20×10ˉ6发展。
　　3.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0.1mm。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，使表面粗糙降到Ra=6.5～3.4μm。
　　4.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ZnAl(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剩余应力的工艺(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(300～500℃)可将7%的P以PNi析出,可提高维氏硬度达HV500。喷丸后，若在300℃以下加热镀Ni，亦可提高硬度10%。
　　5.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。
　　6.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。
　　7.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%。
　　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形状的变化，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，但成品北和价格均不理想。现必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。
　　(5)气门弹簧主要发展多级喷丸和液体氮化工艺，以改善表面剩余压应力，提高疲劳寿命。