汽车悬架弹簧的实用技术

2023-08-18 理论教育版权反馈

【摘要】：轿车用悬架弹簧有压缩弹簧、组合式弹簧和扭杆弹簧三种，一般悬架弹簧分为圆柱形和腰鼓形，在周期性扭转、弯曲等交变应力的作用下，经常承受振动和冲击，同时也要受到水雾和泥沙的侵蚀等，因此工作条件恶劣，易于发生疲劳断裂失效。腰鼓形弹簧可减轻自身质量，提高行车的安全性及舒适性，同时降低了能耗。其他常见弹簧的热处理工艺见表5-15。

轿车用悬架弹簧有压缩弹簧、组合式弹簧和扭杆弹簧三种，一般悬架弹簧分为圆柱形和腰鼓形，在周期性扭转、弯曲等交变应力的作用下，经常承受振动和冲击，同时也要受到水雾和泥沙的侵蚀等，因此工作条件恶劣，易于发生疲劳断裂失效。

根据上述要求选用50CrVA、60Si2CrVA等高强度合金钢制造。圆柱形压缩弹簧采用Si-Cr淬火钢丝，工艺流程为卷制→去应力退火→磨两端面→喷丸→冷成形强压处理→无损检测→负荷分选→工作面喷涂→包装入库。而采用热轧或退火的盘条钢丝时工艺流程则为材料校直→冷卷或热卷→磨两端面→调整（再加热淬火或分级淬火)→回火→磨两端面→无损检测→喷丸→冷或热强压→负荷分选→工作面喷涂→包装入库。

腰鼓形弹簧可减轻自身质量，提高行车的安全性及舒适性，同时降低了能耗。悬架弹簧的主要失效形式为脆断，这多数是由热处理时弹簧表面严重脱碳和回火不足造成的，因此在实际的热处理过程中，要加强炉内气氛的控制，确保内部为还原性气氛，如使用盐浴炉，则盐浴中杂质BaO的质量分数小于0.5％，实行每8h脱氧一次，在夏季则4h一次等措施可基本保证弹簧的表面成原始状态。回火时间应依据弹簧的直径大小、装炉量的多少和炉膛的大小等因素综合考虑，原则上油炉或硝盐炉内的回火时间可比空气回火炉内的时间适当短一些，但均不能少于60min（保温时间)。同时配合金相检查，可确定最佳的回火工艺参数。

悬架弹簧的热处理工艺，通常有常温热处理和高温形变热处理两类，前者采用步进式连续加热炉，在保护气氛中将弹簧加热到860～880℃，保温结束后油冷，在热风循环的连续回火炉（或)周期性回火炉中保温足够时间回火，回火温度为380～420℃，回火后硬度为46～52HRC。弹簧的高温形变热处理通常是进行感应加热，表面温度达到950～1000℃，用模具轧成要求的形状和尺寸，热卷后再进行淬火和回火处理。该工艺生产率高，可获得超细晶粒和形变热处理强化效果。

在汽车的底盘上安装了各种各样的悬架弹簧，在受外力的作用时通过产生弹性变形将外力抵消，起到了缓冲的效果，同时要承受高应力作用，振动大，受到冲击或摇摆以及泥水、泥沙等腐蚀等。失效形式为断裂和应力松弛，会明显降低舒适性，因此弹簧必须具有足够的弹性和高的疲劳强度，其组织为回火托氏体。一般选用的材料有两类，即碳素弹簧钢和合金弹簧钢，其中具有代表性的钢种为70、75、80、85等和65Mn、60Si2MnA、60CrMnA、30W4Cr2VA、50CrVA等。

1.汽车扭杆弹簧的热处理

扭杆弹簧是利用弹性变形而起到弹簧作用的零件，一端固定，另一端加上扭转载荷，即承受扭转应力的作用，选用的材料是65Mn、60Si2MnA等弹簧钢。具有结构简单，工作时无摩擦，弹簧特性稳定，不产生颤振，单位体积储能大，体积小，安装方便等特点。

扭杆弹簧的制造路线为切料→镦锻→退火→端面加工→淬火→回火→喷丸处理→松弛处理→防锈处理。其热处理工艺有两种，其一为调质处理830～890℃加热后油冷，当要求硬度415～495HBW时，回火工艺规范为500℃×1h；热处理后的硬度要求为47～52HRC时，一般在400℃左右回火1h。需要注意的是在扭杆弹簧加热的过程中，应防止加热温度高、时间长出现过热现象，另外严禁表面氧化和脱碳。因此应在脱氧彻底的盐浴炉或可控气氛炉内完成加热过程。扭杆弹簧的高频感应淬火作为一种新工艺已经得到了推广和应用，具有热处理变形小、表面不产生氧化和脱碳的优点，其缺点是硬化层深度浅。

2.卡簧的热处理

卡簧有圆形、矩形两类，其端面平齐或弯曲，同心截面直径≤13mm时，采用75钢；直径≥54mm时采用50CrVA、55SiCrA等材料制作。

卡簧为线弹簧中最简单的一类零件，根据原材料状态，其所用材料分为热轧弹簧钢和冷轧弹簧钢，它们的热处理工艺不同。

（1)热轧弹簧钢的热处理在实际生产过程中，热轧弹簧钢的供应状态有退火和不退火两类，前者的基体硬度低，有较好的韧性和塑性，晶粒组织均匀性好，易于进行机械加工和成形，如弯制等，而后者表面硬度高，加工困难，适于制作各种中型的螺旋弹簧等，两者的使用规格和范围存在明显的区别。

①A卡簧成形后进行等温淬火处理，采用55SiCrA等油冷淬火钢丝制成，冷成形温度为260～280℃，并进行去应力退火处理。卡簧的淬火加热温度为Ac₃＋30～50℃，在可控气氛炉或盐浴炉中实现基本无氧化加热，确保弹簧表面状态不发生变化，加热的时间根据装炉量、温度和炉膛的大小来确定，通常的经验是其加热系数为2min/mm、0.5min/mm。根据弹簧的直径和厚度选择卡簧的冷却方法，可选择油冷或在350～400℃的硝盐浴中等温淬火。

为保证弹簧的弹性合格和硬度符合技术要求，卡簧回火的温度控制在400～500℃，保温30～90min，所用热处理设备为油炉、硝盐炉或可控气氛炉，保证组织完全转变，为防止出现第二类回火脆性，回火结束后应油冷或水冷。

②表面磷化处理后在防锈液中浸泡。

③热处理后的金相组织。当进行等温淬火时，获得下贝氏体组织，油淬火则得到均匀的回火马氏体。不同料径的卡簧对硬度的具体要求见表5-13。

表5-13不同料径的卡簧对硬度的具体要求