鋼板彈簧是汽車懸掛系統(tǒng)的主要零部件之一,其質(zhì)量占汽車全部質(zhì)量的左右。在我國現(xiàn)有的道路和生產(chǎn)水平下,鋼板彈簧的使用壽命是比較低的。因此,開展鋼板強(qiáng)化技術(shù)的研究,是重要的課題之一。
目前,國內(nèi)外汽車鋼板彈簧中心部分的聯(lián)接方式有兩種,一種是象解放牌汽車那樣,采用中間沖包定位法一種是采用中心孔定位法。前者的優(yōu)點(diǎn)是拆簧換片方便,缺點(diǎn)是采用這種定位法時(shí),在運(yùn)輸和安裝前均需夾緊,而在運(yùn)輸中又容易造成散架丟片。后者的優(yōu)點(diǎn)是裝配與運(yùn)輸方便、安全,而缺點(diǎn)是由于中心孔的存在而破壞了板簧片的金屬連續(xù)性,在中心孔的邊緣處產(chǎn)生應(yīng)力集中,從而降低了鋼板彈簧的疲勞壽命。在用騎馬螺栓夾緊的情況下,應(yīng)力集中雖得到緩和,但中心孔處仍是危險(xiǎn)斷面。為了提高鋼板彈簧的壽命,我們采用用鋼球來沖壓中心孔的圓角,隨后加以噴丸的方法,使圓角處得到強(qiáng)化從而提高了鋼板彈簧的疲勞壽命
一、鋼板彈簧中心孔的圓角沖壓與噴丸強(qiáng)化
1、試驗(yàn)板簧材料的成份與性能
鋼材系由北京紅巖鋼廠軋制,牌號(hào)為60si2MnA。試驗(yàn)板簧的熱處理工藝為880℃x6′，油淬加480℃x60′回火。淬火后硬度為HB627-659,回火后的硬度為HB401-415。熱處理后的金相組織為托氏體加索氏體。
2、板簧中心孔處的應(yīng)力集中
鋼板彈簧受拉應(yīng)力時(shí),在中心孔邊緣產(chǎn)生應(yīng)力集中圖1。由圖1可知,在中心孔處存在很大的拉應(yīng)力,在稍離中心孔的地方,應(yīng)力的變化趨于緩和。
3、強(qiáng)化方法
應(yīng)力集中對疲勞強(qiáng)度的影響很大。因?yàn)樵诮蛔儜?yīng)力作用下,直到破壞以前,材料基本上處于彈性狀態(tài),所以在應(yīng)力集中區(qū)常常出現(xiàn)較高的局部應(yīng)力。大量的破壞事件和試驗(yàn)研究都表明,疲勞源總是出現(xiàn)在應(yīng)力集中處。這樣,為了提高鋼板彈簧的疲勞壽命,就必須改變應(yīng)力集中狀況。在鋼板彈簧中心孔處用鋼球進(jìn)行沖壓,使中心孔的棱倒角,便能達(dá)到此目的。
圓角沖壓后再噴丸,使其產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力可進(jìn)一步提高鋼板彈簧的疲勞強(qiáng)度。
圓角強(qiáng)化的較佳工藝是根據(jù)殘余應(yīng)力的測定和單片鋼板彈簧的試驗(yàn)結(jié)果確定的。
4、反面圓角沖壓對疲勞強(qiáng)度的影響
在正常生產(chǎn)中,沖中心孔后,中心孔是呈上小下大的喇叭口形。但若在生產(chǎn)中不注意時(shí),有可能造成“反面沖壓”。為弄清反面沖壓的影響,進(jìn)行了反面沖壓的工藝和疲勞試驗(yàn)。
試驗(yàn)時(shí)采用0、12、18噸三種沖壓力,在正常沖壓側(cè)的反面進(jìn)行圓角沖壓,然后在PW3*10型疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)應(yīng)力為σm±σa=60.5±49.5kgf/mm2，應(yīng)力比R=0.1，,跨距,80mm。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,反面圓角沖壓同樣能提高鋼板彈簧的疲勞壽命比未經(jīng)圓角沖壓的高42%。
二、圓角沖壓和噴丸強(qiáng)化板簧的臺(tái)架與道路試驗(yàn)
某中貨車的鋼板彈簧,在設(shè)計(jì)上是采用中心孔定位法。按前面所述的較佳工藝，生產(chǎn)了*批前簧、后簧和副簧。用這些彈簧進(jìn)行了總成臺(tái)架試驗(yàn)、道路及道路模擬試驗(yàn)。
由臺(tái)架總成試驗(yàn)、道路強(qiáng)化試驗(yàn)、道路模擬試驗(yàn)可以看出,鋼板彈簧經(jīng)圓角沖壓噴丸后,其疲勞壽命顯著提高,總成疲勞試驗(yàn)壽命,前后簧均在100萬次以上存活率P=50%。
道路試驗(yàn)中前簧的使用壽命在10*14.5萬公里之間,即比解放牌汽車提高后簧的使用壽命在10-11.7萬公里之間,即比解放牌汽車提高25*46%，解放牌汽車彈簧壽命平均為8萬公里
三、結(jié)論
從吐面的研究結(jié)果可以得出如下結(jié)論
1、圓角沖壓與噴丸是提高汽車鋼板彈簧壽命的行之有效的方法之一。
2、圓角沖壓的較佳工藝流程是沖孔*熱處理*圓角沖壓沖壓力12噸*噴丸。
3、經(jīng)圓角沖壓噴丸后,鋼板彈簧單片的疲勞壽命是未經(jīng)此種強(qiáng)化時(shí)的1.94-2.43倍。
4、經(jīng)圓角沖壓噴丸后,使鋼板彈簧總成的疲勞壽命提高25%以上。
5、上述鋼板彈簧強(qiáng)化工藝已在某中貨車上應(yīng)用,預(yù)計(jì)今后會(huì)獲得更廣泛的應(yīng)用
