鋼板彈簧是汽車懸掛系統的主要零部件之一,其質量占汽車全部質量的左右。在我國現有的道路和生產水平下,鋼板彈簧的使用壽命是比較低的。因此,開展鋼板強化技術的研究,是重要的課題之一。
目前,國內外汽車鋼板彈簧中心部分的聯接方式有兩種,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。前者的優點是拆簧換片方便,缺點是采用這種定位法時,在運輸和安裝前均需夾緊,而在運輸中又容易造成散架丟片。后者的優點是裝配與運輸方便、安全,而缺點是由于中心孔的存在而破壞了板簧片的金屬連續性,在中心孔的邊緣處產生應力集中,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,應力集中雖得到緩和,但中心孔處仍是危險斷面。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化
1、試驗板簧材料的成份與性能
鋼材系由北京紅巖鋼廠軋制,牌號為60si2MnA。試驗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、板簧中心孔處的應力集中
鋼板彈簧受拉應力時,在中心孔邊緣產生應力集中圖1。由圖1可知,在中心孔處存在很大的拉應力,在稍離中心孔的地方,應力的變化趨于緩和。
3、強化方法
應力集中對疲勞強度的影響很大。因為在交變應力作用下,直到破壞以前,材料基本上處于彈性狀態,所以在應力集中區常常出現較高的局部應力。大量的破壞事件和試驗研究都表明,疲勞源總是出現在應力集中處。這樣,為了提高鋼板彈簧的疲勞壽命,就必須改變應力集中狀況。在鋼板彈簧中心孔處用鋼球進行沖壓,使中心孔的棱倒角,便能達到此目的。
圓角沖壓后再噴丸,使其產生殘余壓應力可進一步提高鋼板彈簧的疲勞強度。
圓角強化的較佳工藝是根據殘余應力的測定和單片鋼板彈簧的試驗結果確定的。
4、反面圓角沖壓對疲勞強度的影響
在正常生產中,沖中心孔后,中心孔是呈上小下大的喇叭口形。但若在生產中不注意時,有可能造成“反面沖壓”。為弄清反面沖壓的影響,進行了反面沖壓的工藝和疲勞試驗。
試驗時采用0、12、18噸三種沖壓力,在正常沖壓側的反面進行圓角沖壓,然后在PW3*10型疲勞試驗機上進行三點彎曲疲勞試驗。試驗應力為σm±σa=60.5±49.5kgf/mm2，應力比R=0.1，,跨距,80mm。從試驗結果可以看出,反面圓角沖壓同樣能提高鋼板彈簧的疲勞壽命比未經圓角沖壓的高42%。
二、圓角沖壓和噴丸強化板簧的臺架與道路試驗
某中貨車的鋼板彈簧,在設計上是采用中心孔定位法。按前面所述的較佳工藝，生產了*批前簧、后簧和副簧。用這些彈簧進行了總成臺架試驗、道路及道路模擬試驗。
由臺架總成試驗、道路強化試驗、道路模擬試驗可以看出,鋼板彈簧經圓角沖壓噴丸后,其疲勞壽命顯著提高,總成疲勞試驗壽命,前后簧均在100萬次以上存活率P=50%。
道路試驗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、結論
從吐面的研究結果可以得出如下結論
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、經圓角沖壓噴丸后,鋼板彈簧單片的疲勞壽命是未經此種強化時的1.94-2.43倍。
4、經圓角沖壓噴丸后,使鋼板彈簧總成的疲勞壽命提高25%以上。
5、上述鋼板彈簧強化工藝已在某中貨車上應用,預計今后會獲得更廣泛的應用
