李思男

滄州巨擎汽車配件有限公司 河北省滄州市 062461

1 材料：表面狀態(tài)

冷軋或者熱軋，優(yōu)質(zhì)鋼帶或者鋼板。（材料硬度HRB 75～85,表面脫碳層厚度≤T×1.5%）

中碳合金彈簧鋼，60si2Mn、50CrvA（德國(guó)60SiMn6、50Crv4；法國(guó)50Crv4；而美國(guó)和英國(guó)常用75～80優(yōu)質(zhì)高碳鋼）

含Mn的優(yōu)缺點(diǎn)：提高淬透性和強(qiáng)度、脫碳傾向小。但是過(guò)熱敏感性和回火的脆性大。

含Si的優(yōu)點(diǎn)：顯著提高彈性極限、屈服比和疲勞強(qiáng)度、提高回火穩(wěn)定性和抗氧化性。

含Si/Mn的優(yōu)點(diǎn)：綜合了兩個(gè)元素的優(yōu)點(diǎn)。

含Si量的提高帶來(lái)的問(wèn)題：容易產(chǎn)生石墨化、增加脫碳、硅酸鹽夾雜物的產(chǎn)生，容易引起淬火開(kāi)裂和降低疲勞壽命。

50CrvA的優(yōu)點(diǎn)：含Cr 提高強(qiáng)度、硬度、淬透性和回火穩(wěn)定性、減少石墨化傾向和表面脫碳傾向。含V 晶粒細(xì)化、提高沖擊韌性、強(qiáng)度和屈強(qiáng)比、特別是提高彈性極限同時(shí)降低過(guò)熱敏感性和脫碳敏感性、提高表面質(zhì)量。

50CrvA和60Si2Mn 材料熱處理工藝規(guī)范的區(qū)別：50CrvA 要求低淬—高回（850C°/520C°）、60Si2Mn 要求高淬—低回（870C°/480C°）。

冷軋材料的厚度及偏差：T+/_0.025或者T+0.05。（德國(guó)+/_0.02、日本+/_0.03、 韓國(guó)+ /_0.04、中國(guó)+/_0.05）。

2 精度要求

外圓公差D_h12/h13（基軸制）；內(nèi)孔公差d_H12/H13（基孔制）。

以上均指材料平狀態(tài)。

成型角度偏差：α_+/_10分。

表面粗糙度：上下表面和精擠壓窗口包括外沿要求1.6Ra；其余3.2Ra。

同軸度要求：◎?qū)τ谥行目譥鉚釘窗口_外圓都應(yīng)該有要求。（嚴(yán)格講應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)專用綜合檢具檢測(cè)）

內(nèi)截錐高度：一般不給出特定的偏差要求，檢測(cè)僅做參考。（以曲線特性決定，但是要注意變動(dòng)較大會(huì)影響到總成的安裝高度）

指端跳動(dòng)量 ：↑0.8～1.2 （尺寸由小到大）

硬度要求和分布：彈性工作區(qū) HRC 48～51（T＜1時(shí)

HRC 47～49（6≤T ≥1時(shí)）、HRC46～48（T≥6時(shí)）。

規(guī)律是：薄_硬 ；厚_軟 。

指端高頻硬度：HRC 52～58 。（對(duì)于小尺寸膜片彈簧，有的產(chǎn)品要求指端表面噴涂硬鉻、鎘或者四氟乙烯；有的整體硬度HRC48～52,指端就不再進(jìn)行表面硬化處理）

硬度過(guò)渡區(qū)的硬度：HRC 24～42 。（過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)并且軟_膜片彈簧指端不容易斷裂，但是容易產(chǎn)生工作中指端變低；反之結(jié)果與上面的也相反。

3 拋丸強(qiáng)化處理

拋丸（也叫噴丸）強(qiáng)化處理的原理就是，以高速度彈丸噴射到膜片彈簧表面，使其表層產(chǎn)生塑形變形，從而形成一定厚度的表面強(qiáng)化層，強(qiáng)化層內(nèi)形成較高的殘余應(yīng)力，可以抵消一部分彈簧變形載荷作用下產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力，從而提高了載荷能力和疲勞強(qiáng)度。

關(guān)于單面或者雙面拋丸的討論。上圖示為膜片彈簧的彈性工作區(qū)的橫截剖面，試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)蚊妫窗济妫佂柙谙卤砻娈a(chǎn)生塑性壓變形和較大的殘余應(yīng)力，凹面的拉應(yīng)力（凹面Ⅱ-Ⅲ為拉應(yīng)力）一部分被殘余壓應(yīng)力（凸面Ⅰ-Ⅳ為壓應(yīng)力）所抵消，使得合成的實(shí)際拉應(yīng)力減小，從而提高了膜片彈簧的疲勞強(qiáng)度和壽命。

雙面拋丸（凸、凹兩面）雙面拋丸，凸凹兩面都產(chǎn)生塑性變形和較大的殘余壓應(yīng)力因此，當(dāng)再次工作中載荷產(chǎn)生的應(yīng)力（凸凹面載荷受力情況和單面拋丸描述的一樣）在凹面是拉應(yīng)力，可以被一部分殘余壓應(yīng)力抵消，有利于彈簧的疲勞強(qiáng)度提高。而凸面相反，工作載荷作用的壓應(yīng)力和拋丸帶來(lái)的殘余壓應(yīng)力合成了更大的壓應(yīng)力，這樣凸面的拋丸反而放大了載荷應(yīng)力，起到破壞作用。

圖1

雖然Ⅱ點(diǎn)位是開(kāi)裂的危險(xiǎn)點(diǎn)，但是其是由于Ⅰ點(diǎn)的徑向壓應(yīng)力σd1過(guò)大而誘發(fā)Ⅱ點(diǎn)的拉應(yīng)力增加，最終導(dǎo)致膜片彈簧發(fā)生疲勞斷裂。所以一般?、顸c(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力做為疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算點(diǎn)在設(shè)計(jì)中是可行的。

采用單面或者雙面拋丸的論證焦點(diǎn)：從拋丸的冷作硬化可以提高表面硬度和材料強(qiáng)度，消除表面劃痕、去除表面脫碳層厚度和夾雜物等缺陷，和消除表面的疲勞源和方便角度調(diào)整等等因素考慮，有的廠家還是采用雙面拋丸，如德國(guó)的F&S、美國(guó)的BWA等。而日本DAIKIN 1976年又從雙面拋丸改成單面拋丸。

雙面拋丸對(duì)于角度及拋丸變形的控制、修正小量的曲線特性也比較方便。

我們的建議：凹面多拋，凸面少拋，可能做到兩者兼顧。

拋丸的強(qiáng)度和對(duì)于丸粒的要求：建議采用標(biāo)準(zhǔn)的“阿爾曼弧高度試片”在拋丸機(jī)內(nèi)測(cè)量。鋼丸的材料建議采用彈簧鋼絲切丸（要求磨光尖角）。鋼丸的硬度要求高于膜片彈簧的整體硬度。 鋼丸的粒度，建議取0.5～0.9。（大尺寸較厚的產(chǎn)品取較大的鋼丸；也可以大小丸粒按照一定的比例混合使用。

拋丸的夾具：要求采用可以使膜片彈簧在被拋丸的過(guò)程中，能夠繞著自我的幾何中心，緩慢自轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。

4 膜片彈簧的強(qiáng)化拋丸處理效果的評(píng)定

彈簧拋丸處理的技術(shù)要求主要有拋丸強(qiáng)度和拋丸的覆蓋率。強(qiáng)度前面已經(jīng)建議采用標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度試片控制；拋丸處理的效果與丸粒的材料、硬度、產(chǎn)品尺寸、形狀、速度、密度、拋丸的時(shí)間、夾具的結(jié)構(gòu)形式都有密切關(guān)系；在實(shí)際的工作中，要求跟蹤不同的產(chǎn)品、設(shè)備能力和環(huán)境情況及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，不可以簡(jiǎn)單地把拋丸工序僅僅固定為一個(gè)統(tǒng)一的工藝要求。

拋丸的覆蓋率可以簡(jiǎn)單的采用單位面積與拋丸的面積的比值來(lái)估算出來(lái)。5～10倍放大鏡、目測(cè)。一般覆蓋率要求＞90%。

5 膜片彈簧的強(qiáng)壓處理

膜片彈簧壓緊式傳動(dòng)的離合器在工作中，一般要離合10萬(wàn)次左右的靜載荷下，才能達(dá)到其工作性能的穩(wěn)定，所以在使用安裝以前“強(qiáng)制性壓縮“預(yù)穩(wěn)定變形工藝很重要。

離合器的膜片彈簧強(qiáng)壓處理的方法：一般在膜片彈簧上沿其分離方向（推試或者拉式的工作方向相反）,超過(guò)徹底分離點(diǎn)深度繼續(xù)施加過(guò)量的位移，使其分離3～8次，以產(chǎn)生一定的塑性變形，從而使膜片彈簧的表面產(chǎn)生與使用狀態(tài)方向相反的殘余應(yīng)力而達(dá)到強(qiáng)化的目的。

強(qiáng)壓夾具施加的支撐直徑、分離直徑要求和膜片彈簧在離合器上的工作位置相符。

強(qiáng)壓的深度一般取壓緊力曲線谷點(diǎn)位移以下的1～1.5mm，或者取離合器徹底分離點(diǎn)位移以下的0.5～1mm。強(qiáng)壓的深度、次數(shù)一般應(yīng)當(dāng)根據(jù)強(qiáng)壓試驗(yàn)10個(gè)以上的樣本，經(jīng)過(guò)負(fù)荷檢測(cè)，直到工作曲線穩(wěn)定為止。

一般強(qiáng)壓次數(shù)6～8次左右。確定的強(qiáng)壓工藝要求應(yīng)當(dāng)標(biāo)注在產(chǎn)品圖紙上。

強(qiáng)壓對(duì)于膜片彈簧疲勞壽命的提高：由于經(jīng)過(guò)強(qiáng)迫壓制，使得壓淬后的內(nèi)外表面應(yīng)力分布更加均勻，錐體外表面成型后呈壓應(yīng)力，內(nèi)錐表面呈拉應(yīng)力，一般可以提高使用壽命5～30%,平均提高15%左右。

6 膜片彈簧的疲勞試驗(yàn)

由于離合器長(zhǎng)期在較高的使用頻率下工作，離合次數(shù)，城市路面小車平均3～5次/km、公路路面商用車2～3次/km。一般離合器蓋總成出廠”三包”使用壽命6萬(wàn)公里。（這也是國(guó)外汽車配件市場(chǎng)采購(gòu)的最低標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)計(jì)報(bào)廢的使用壽命應(yīng)當(dāng)按照12萬(wàn)公里。

以此為依據(jù)估算：小車離合器使用壽命次數(shù)應(yīng)當(dāng)在20～48萬(wàn)次、商用（客車、卡車）應(yīng)當(dāng)在12.5～30萬(wàn)次。但是值得注意的是：膜片彈簧零件在實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)的工作環(huán)境是在行程、沖次頻率、溫度、濕度等等特定的條件下進(jìn)行的，而離合器安裝在整車上使用的工況、環(huán)境是相當(dāng)惡劣和很難模擬的，所以膜片彈簧式離合器的考核實(shí)驗(yàn)壽命，一般要求達(dá)到裝車使用壽命的2～3倍。

疲勞壽命實(shí)驗(yàn)一般要求達(dá)到75萬(wàn)次～100萬(wàn)次。要求實(shí)驗(yàn)后不得有任何零件失效、損壞，而且達(dá)到次數(shù)的產(chǎn)品壓緊力衰減率ψ≤8～10%。國(guó)外的配套要求有限壽命達(dá)到100萬(wàn)次，無(wú)限壽命達(dá)到200萬(wàn)次。

7 膜片彈簧角度厚度支撐點(diǎn)變化對(duì)于性能曲線的影響趨勢(shì)

膜片彈簧的載荷-變形特性（曲線）在角度（用內(nèi)截錐高H表示）、材料厚度T、r/R （支撐環(huán)半徑r，壓盤支撐刃口半徑R）等因素微量的變化時(shí)會(huì)對(duì)曲線產(chǎn)生一定程度的影響。

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者和膜片彈簧的檢驗(yàn)人員，熟練的判斷、掌握其中的變化規(guī)律，對(duì)于產(chǎn)品的修正和微量的調(diào)整很有必要。

H變化的影響：每增加0.2mm，壓緊力增加8%～10%。

T變化的影響：每增加0.2mm壓緊力增加18%～21%。

r/R變化的影響：當(dāng)R增大或者r減小時(shí)，都會(huì)引起r/R的比值發(fā)生變化（按照簡(jiǎn)單的杠桿比變化，即可以估算）。r和R的差值每增大1mm，壓緊力將降低5%左右。反之的結(jié)果會(huì)與降低相反。（以上的參考數(shù)據(jù)僅以10英寸的Φ255總成產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的結(jié)果為依據(jù)）。

8 膜片彈簧起拱前后的尺寸和角度的變化

膜片彈簧的起拱工藝分為冷成型和熱成型，冷成型的產(chǎn)品，在壓型的模具里冷壓以后角度的回彈較大，一般可以變小20%左右，角度變小的實(shí)際值，會(huì)受到材料性能、厚度、內(nèi)外直徑、截錐與材料厚度的比值等等因素的影響，很復(fù)雜，要由試驗(yàn)來(lái)確定，所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)要給予回彈角度的預(yù)留量；而熱成型或者熱壓淬成型的角度變化一般很小，但是熱成型會(huì)帶來(lái)內(nèi)外直徑的較大變化，同樣要給予注意。

冷成型的模具錐角=產(chǎn)品要求的初始錐角+回彈角度。（注意：產(chǎn)品的初始錐角角度一般會(huì)比產(chǎn)品進(jìn)入裝配要求的產(chǎn)品圖紙參考角度要大一些，因?yàn)橐紤]到經(jīng)過(guò)拋丸進(jìn)行強(qiáng)壓處理以后，成品的角度還會(huì)變小）一般膜片彈簧的外徑D＜300mm，厚度T=1.5～4mm的產(chǎn)品其回彈角α≈2°30分～5°30分。（同樣材料厚度的產(chǎn)品，外徑越大，回彈角越小，反之，結(jié)果也相反）

膜片彈簧成型以后對(duì)于內(nèi)外直徑尺寸的影響

冷成型一般不會(huì)對(duì)于內(nèi)外徑尺寸產(chǎn)生影響（當(dāng)然起拱狀態(tài)的內(nèi)徑會(huì)變大，但是工作中壓平狀態(tài)時(shí)，與落料內(nèi)徑尺寸一般沒(méi)有大的變化）

熱成型和熱壓-淬火成型，產(chǎn)品的內(nèi)外圓將發(fā)生很大的變化?；鼗鹨院?，外圓會(huì)向外脹大，內(nèi)孔會(huì)向內(nèi)縮小。這些都要求設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中給予考慮的。

例如外圓D≈240mm的產(chǎn)品，一般會(huì)脹大1.6～2.4mm。而內(nèi)孔d縮小≈0.8～1.2mm。（僅僅是一般的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還沒(méi)有考慮到膜片彈簧的結(jié)構(gòu)、形狀、材料性能、材料厚度等等產(chǎn)品特定因素的影響效果在內(nèi)）每一個(gè)產(chǎn)品具體的變化和修正量還要通過(guò)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)去確定。