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卡簧材料的發展

來源: 發布日期: 2010-08-31 16:57:14 點擊次數: 3389

        卡簧應用技術的發展,對材料提出了更高的要求。主要是在高應力下的提高疲勞壽命和抗松弛性能;其次是根據不同的用途,要求具有耐蝕性、非磁性、導電性、耐磨性、耐熱性等。為此,卡簧材料除開發了新品種外,另外嚴格控制化學成分,降低非金屬夾雜,提高表面質量和尺寸精度等方面也取得了有益的成效。

1.合金鋼的發展氣門卡簧和懸架卡簧已廣泛應用Si-Cr鋼。為了提高疲勞壽命和抗松弛性能,在Si-Cr鋼中添加V、Mo。同時開發了Si-Cr拉拔鋼絲,其在高溫下工作時的抗松弛性能,比琴鋼絲好。隨著發動機高速小型化,抗顫振性能好、質量輕、彈性模量小的Ti合金得到了較為廣泛的應用,其強度可達2000Mpa。

2.不銹鋼絲的發展
1)奧氏體組織不銹鋼絲強度比鐵素體組織的好,其耐蝕性也優于馬氏體組織,因面應用范圍不斷擴大。
2)低溫拔絲或低溫氮化拔絲可提高鋼絲強度。馬氏體受熱時組織不穩定,而在低溫液體氮中拔絲能形成隱針狀馬氏體,可獲得熱態高強度。此種鋼絲在美國和日本已有不少應用,但目前只能處理1mm以下的鋼絲。
3)電子設備中的精密卡簧要求非磁性,此種鋼絲在拉拔加工時,不能生成隱針狀馬氏體。為此要添加N、Mn、Ni等元素。為了滿足這方面的需求,美國開發了AUS205和YUS。由于Mn的含量增加,加工中不會生成隱針狀馬氏體。經固溶處理,強度可達2000Mpa,疲勞性能高,優于SUS304。

3.提高材料純度 對高強度材料,嚴格控制夾雜,提高純度以保證其性能。如氣門卡簧材料的含氧量,目前已達20×10ˉ6發展。

4.改善表面質量 材料表面質量對疲勞性能影響很大。為了保證表面質量,對有特殊要求的材料采用剝皮工藝將表層0.1mm。對0.5mm深度的缺陷采用渦流探傷。對拔絲過程表面產生的凹凸不平,可用電解研磨,使表面粗糙降到Ra=6.5~3.4μm。

5.電鍍鋼絲的發展 在特殊情況下,除要求卡簧特性外,還要求耐蝕、導電等附加性能,大多均采用電鍍工藝解決。 部分不銹鋼絲和琴鋼絲的耐蝕性能相當于鍍鋅的耐蝕性能,若再鍍一層ZnAl的合金,則耐蝕性可提高約3倍。 對電阻性能有要求的不銹鋼絲或琴鋼絲,鋼絲直徑小于0.4mm的可鍍銅,大于0.4mm的可采用內部是銅,外部是不銹鋼材料。一般琴鋼絲鍍5μm厚的Ni,可提高其導電性。
一般來說,能使材料表面硬化形成剩余應力的工藝均可提高疲勞強度。目前正在研究非電解鍍Ni,通過加熱可將7%的P以PNi析出,可提高維氏硬度達HV500。噴丸后,若在300℃以下加熱鍍Ni,亦可提高硬度10%。

6.形狀記憶合金的開發 目前在卡簧方面有應用前途的單向形狀記憶合金,以50Ti-50Ni性能最好。形狀記憶合金制成的卡簧,受溫度的作用可伸縮。主要用于恒溫、恒載荷、恒變形量的控制系統中。由于是靠卡簧伸縮推動執行機構,所以卡簧的工作應力變化較大。

7.陶瓷的應用 陶瓷的彈性模量高,斷裂強度低,適用于變化不大的地方。目前正在開發的有耐熱、耐磨、絕緣性好的陶瓷;應用的有超塑性鋅合金,在常溫下具有高的強度。另外,還有高強度的氮化硅,能耐高溫,可達1000℃。但陶瓷卡簧不適用于在沖擊載荷下工作。

8.纖維增強塑料在卡簧中的應用 玻璃纖維增強塑料板卡簧在英、美和日本等國已廣泛應用,除用于橫置懸架外,還可用于特殊輕型車輛,如賽車的縱置懸架。目前又研制成功了碳素纖維增強塑料懸架卡簧,比金屬板簧要輕20%。
三、卡簧加工技術的發展
目前,機械卡簧的加工設備和加工生產線向著數控和計算機控制化的深度和廣度發展。但隨著卡簧材料和幾何形狀的變化,加工工藝亦有發展。
1)變卡簧外徑、變節距和變鋼絲直徑懸架卡簧實現了無模塑性加工。自三變卡簧開發以來,一直采用錐形鋼棒在數控車床上卷繞加工,但成品北和價格均不理想。現必為加熱狀態下通過卷簧機,控制軋輥速度和拉拔力,獲得所需要的錐體形狀,并用加工余熱進行淬火。
2)中空穩定卡簧桿采用低碳硼鋼板,卷制焊接成形。
3)扭桿采用高純度的45鋼,經高頻淬火獲得表面的高硬度和較大的剩余壓縮應力,從而提高疲勞壽命和抗松弛能力。
4)電子產品廣泛應用的片卡簧基本上采用沖壓和自動彎曲加工成形。目前主要是發展復合材料的接合技術。
5)氣門卡簧主要發展多級噴丸和液體氮化工藝,以改善表面剩余壓應力,提高疲勞壽命。

文章出自:http://www.gionien.com/newsd-nid-27.html
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