弹簧发展简史Spring

弹簧发展简史

弹簧很早很早之前就有应用了，古代的弓和弩就是两种广义上的弹簧。

弹簧的发明家严格意义上应该是英国科学家虎克(Robert Hooke），虎克提出了“虎克定律”-弹簧的伸长量与所受的力的大小成正比，根据这一原理，1776年，使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤问世。不久，专供钟表使用的弹簧也被虎克本人发明出来。而符合“虎克定律”的弹簧才是真正意义上的弹簧。

碟形弹簧是法国人贝勒维尔发明的，是用金属板料或锻压坯料而成的截锥形截面的垫圈式弹簧。

除了碟形弹簧，还有气弹簧、橡胶弹簧、涡卷弹簧、模具弹簧（氢气弹簧）、不锈钢弹簧、空气弹簧、记忆合金弹簧、高温弹簧…等新型弹簧。

氮气弹簧的发展情况

氮气弹簧是一种具有弹性功能的部件。它将高压氮气密封在确定的容器中，外力通过柱塞杆将氮气压缩，当外力去除时靠高压氮气膨胀来获得一定的弹压力，这种部件称为氮气缸或气体弹簧，简称氮气弹簧（Nitrogen Cylinder；Gas Spring）。

常规弹性元件有弹簧、橡皮和气垫，这些弹性元件在工业领域中得到了广泛的应用，解决了各种弹性储能的需要。

在模具工业中，模具朝着精密、复杂、高效、长寿命的方向迅速发展，弹簧被大量使用。常规弹性元件如弹簧、橡皮的起始力都不大，影响到冲压件的质量不稳定，调整模具费时费力。同时常规弹性元件占有模具空间太大，增大了模具制造的成本。例如弹簧、橡皮均存在着需要预紧，才能达到设计所需的弹压力，这一点对要求起始力比较大的弯曲、翻边等工艺，也不理想，而它们的弹压力又是随行程加大而明显地增大，力量不准确、不恒定，导致零件不能成形，对拉延力不理想。

当前冲压设计人员只能采用气垫来弥补这些不足。但是采用压力机气垫时，模具的设计，调整使使用者不很方便；由于气压的波动和管道节流损失，气垫所提供的它所占有的空间比较大；需要配备专用的压缩空气站，况且并非所有的压力机均配有气垫。在使用气垫时，模具设计均要受气垫顶杆位置的限制，模具安装调试也不方便。

为此，人们开发一种新型的弹性功能部件来代替常规的弹性元件，这种新型弹性元件具有更加完善的性能，能完成常规弹性元件难于完成的工作，这就是氮气弹簧。

氮气弹簧作为独立部件，安装在模具中使用，简化模具设计、制造、方便模具调整；可以设计成一种排管式弹簧，在系统中很方便实现弹压力恒定和延时动作，是一种具有柔性性能的弹性部件。

氮气弹簧广泛应用在模具行业、汽车、电子、仪表等行业。

弹簧材料的发展历程

随着弹簧应用技术的发展，对弹簧材料提出了更多的要求。主要是在高应力下提高疲劳寿命和抗松弛性能方面；其次要求具有耐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等方面。为此，弹簧材料除开发了新品种外，须严格控制化学成分，降低非金属夹杂，提高表面质量、尺寸精度等。

（1）弹簧钢生产工艺的发展

为了提高弹簧钢的质量，工业发达国家已普通采用炉外精炼技术、连铸工艺、新型轧制和在线自动检测及控制设备等。

为了保证钢的化学成分，降低气体和各种非金属加夹物的含量，采用大容量电炉或转炉熔炼，采用炉外钢包精炼，使氧含量（质量分数）降至（0.0021～0.0010）%，生产出超纯净钢，从而大大提高了弹簧的设计和工作应力。

连铸生产工艺在弹簧钢生产中已被广泛采用。连铸可通过电磁搅拌、低温铸造等技术减小钢的偏析，减小二次氧化，改善表面脱碳，使组织和性能稳定、均匀。

采用分列式全连续轧机，可提高尺寸精度，表面质量，同时也可使钢材沿长度显微组织均匀。在轧制过程中为了保证产品的表面质量采用在线自动检测和控制。为了适合变截面弹簧扁钢生产而开发了奥氏体轧制成形新工艺，即先将钢加热到奥氏体区再急冷至亚稳奥氏体区进行塑性加工并淬火处理。这种工艺可使钢在不降低塑性的同时提高强度。此外还有通过轧后在线热处理和表面硬化处理来提高弹簧钢的性能等。

（2）合金钢的发展

合金元素的主要作用是提高力学性能，改善工艺性能及赋予某种特殊性能。气门弹簧和悬架弹簧已广泛应用SiCr钢。Si是抗应力松弛最好的合金元素，在SiCr钢中添加V、Mo形成SiCrV和SiCrMo钢，可以提高疲劳寿命和抗松弛性能。同时SiCr拉拔钢丝，其在高温下工作时的抗松弛性能，比琴钢丝和重要用途碳素弹簧钢丝要好。随着发动机高速小型化，抗颤振性能好、质量轻、弹性模量小的Ti合金得到了较为广泛的应用，其强度可达2000MPa。

（3）低碳奥氏体钢的发展

　　 低碳奥氏体钢38SiMnB是我国自主研发的一种新型的高性能弹簧钢，在此基础上开发的38SiMnVBE更具优越性，具有高强韧性、高淬透性、高应用性和高性能比。在进行超细晶粒控制轧制后，其抗拉强度 =（2030～2140）MPa，屈服强度 =（900～2010）MPa，伸长率 =（12～15）%，面缩率 =（48～55）%。为少片变截面板弹簧提供了高性能的材料。

（4）不锈钢的发展：随着不锈钢材料的发展，不锈钢弹簧开发了很多品种，目前已达50多种。

1）奥氏体不锈钢体系的初步形成。为了消除碳元素造成的不锈钢晶界腐蚀疲劳，开发出低碳奥氏体不锈钢0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。为了提高其特殊性能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等元素。

2）含氮不锈钢的发展。在奥氏体不锈钢中N和C有许多共同特性。N稳定奥氏体的作用比Ni大，与C相当。N与Mn结合能取代比较贵的Ni。在奥氏体中N是最有效的固溶强化元素之一。N与Cr的亲和力要比C与Cr的亲和力小，因此N能在不降低耐蚀性能的基础上，提高不锈钢强度。

3）超强铁素体不锈钢的发展。 铁素体不锈钢具有良好的腐蚀性能和抗氧化性能，其抗应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢。但存在可焊性差、脆性倾向比较大的缺点，通过降低钢中的碳和氮的含量，添加Ti、Nb、Zr、Ta等稳定化元素，添加Cu、AI、V等焊缝金属韧化元素三种途径，可以改善铁素体钢的可焊性和脆性。

4）超级奥氏体钢的发展。 超级奥氏体钢指Cr、Mo、N含量显着高于常规不锈钢的奥氏体钢。其中比较着名的是含6% Mo的钢（245SMo）。这类钢具有非常好的耐局部腐蚀性能，在海水、充气、存在缝隙、低速冲刷条件下，有良好的抗点蚀性能（PI 40）和较好的抗应力腐蚀性能，是Ni基合金和钛合金的代用材料。

5）超马氏体不锈钢的发展。 传统的马氏体不锈钢2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足够的延展性，在冷顶锻变形过程中对应力十分敏感，冷加工成形比较困难。通过降低钢的C、Ti含量，增加Ni含量，开发一个新系列合金钢-超马氏体钢。这类钢抗拉强度高，延展性好，焊接性能也得到改善，因此超马氏体钢又称为软马氏体钢或可焊接马氏体钢。

（5）弹簧钢丝的发展

弹簧钢丝经过100多年的发展，工艺技术由铅淬火到油淬火，到感应加热淬火。阀门用弹簧钢丝感应加热淬火和回火处理工艺，感应加热时间短，淬火组织细小，钢丝表面几乎没有脱碳层，其塑性、韧性、抗松弛性、断裂韧性、延迟断裂抗力、疲劳寿命等都比油淬火回火钢丝有较大提高。

，超细晶粒形变热处理是组织超细化与形变热处理相结合的一种复合强韧化工艺。超细晶粒形变热处理钢丝抗疲劳性能大。对特殊要求的材料采用剥皮工艺，将表层去掉0.1mm。对0.5mm深度的缺陷采用涡流探伤。对拔丝过程表面产生的凹凸不平，可用电解研磨，使表面粗糙度降低。

（6）不锈钢丝的发展

不锈弹簧钢丝主要为1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。不锈钢弹簧钢丝生产工艺流程特点是盘条首先剥皮处理，去除热加工在表面造成的缺陷，除第一次固溶处理后要进行酸洗外，整个冷加工过程均保持光亮表面。

在粗拉丝机后，应用清洁球擦拭和水中清洗，去除表面涂层和残余润滑膜。在光亮热处理前配备电解酸洗、碱中和、水冲洗和烘干装置，彻底去除钢丝表面油污，改善表面质量。

（7）形状记忆合金的开发

单向形状记忆合金制成的弹簧，以50Ti和50Ni性能最好。受温度的作用可伸缩。主要用于恒温、恒载荷、恒变形量的控制系统中。由于是靠弹簧伸缩推动执行机构，所以弹簧的工作应力变化较大。

（8）陶瓷的应用

陶瓷的弹性模量高，断裂强度低，适用于变形不大的地方。目前正在开发的有耐热、耐磨、绝缘性好的陶瓷，应用的有超塑性锌合金（SPZ），在常温下具有高的强度。另外，还有高强度的氮化硅，能耐高温，可达1000℃。但陶瓷弹簧不适用于在冲击载荷下工作。

（9）纤维增强塑料在弹簧中应用

玻璃纤维增强塑料（GFRP）板簧，除用于横置悬架外，还可用于特殊轻型车辆，如赛车的纵置悬架。目前又研制成功了碳素纤维增强塑料（GFRP）悬架弹簧，比金属板簧要轻20%。

弹簧试验机Spring Testing Machine：弹簧拉压试验机、气弹簧试验机、车辆空气弹簧刚度试验机、板弹簧压力试验机、高低温弹簧拉压试验机、多工位弹簧拉压力试验机、气弹簧疲劳试验机、弹簧扭转试验机、立式弹簧扭转试验机、多工位弹簧疲劳试验机、弹簧横向刚度载荷试验机、簧套管扶正器综合性能试验机、高温弹簧疲劳试验机、扭杆弹簧疲劳试验机、弹簧高低温拉压疲劳试验机；

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★TLS-S系列数显式弹簧拉压试验机，山东省机械工业委员会科学技术进步奖 二等奖；

★TYW-100型微机控制弹簧压力试验机，济南市机械工业局年度科技进步奖 二等奖第一位；

★TLW系列微机控制弹簧拉压试验机，济南市机械工业局年度科技进步奖 一等奖第一位；

★TLW系列微机控制弹簧拉压试验机，山东省机械工业委员会科学技术进步奖 二等奖；

★TYE-W500微机屏显液压式弹簧压力试验机，济南市机械电子工业委员会科技进步奖 二等奖第一位；

★TPJ-W20微机屏显机械式弹簧疲劳试验机，济南市机械电子工业委员会科技进步奖 二等奖第一位；

★QJX-25型微机控制汽车转向拉杆接头总成性能试验台，济南市机械电子工业委员会科技进步奖  年度二等奖第一位；

★TLW-50000型微机控制弹性材料试验机，济南市机械电子工业委员会科技进步奖 年度二等奖第一位；

A1弹簧拉压试验机Spring tension and compression testing machines；

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Spring Tension and Compression Testing Machines (Microcomputer)/(Double column system)；

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Computer Control Spring tension and compression testing machines；

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Two-position Spring tension and compression testing machines

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Computer Control Spring compression testing machines；

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→ASR-200,200kN铁道车辆空气弹簧刚度试验机Air suspension rate testing machine；

→ASR-300,300kN铁道车辆空气弹簧刚度试验机Air suspension rate testing machine；

→ETM50-N,50kN弹簧套管扶正器综合性能试验机Bow-spring Casing Centralizers Testing Machine；

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→TYE-W300,300kN微机屏显液压式弹簧压力试验机(液压式) Computer Spring compression testing machines(Hydraulic)；

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A2弹簧疲劳试验机

Spring fatigue testing machine/Computer Control Spring fatigue testing machine；

→TLS-5，5000N弹簧疲劳试验机(双工位) Spring fatigue testing machine(Two-position)；

→TPJ-1,1000N微机控制机械式弹簧疲劳试验机；→TPJ-2，2000N微机控制机械式弹簧疲劳试验机；

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→QTP-2,2000N机械式气弹簧疲劳试验机gas spring fatigue testing machine；

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→QTP-10,10000N机械式气弹簧疲劳试验机gas spring fatigue testing machine；

→QTP-20,20000N机械式气弹簧疲劳试验机gas spring fatigue testing machine；

→TBSF5000,5000N扭杆弹簧疲劳试验机Torsion-Bar Spring Fatigue Testing Machine；

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→QTP-2G,2000N高温弹簧疲劳试验机High Temperature Spring fatigue testing machine；

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→QTP-10G,10000N高温弹簧疲劳试验机High Temperature Spring fatigue testing machine；

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A3弹簧高低温拉压疲劳试验机；空气弹簧疲劳试验机；橡胶空气弹簧疲劳试验机 

Air spring，High and Low Temperature Tension Compression Fatigue Testing Machine

→ASF1000,1000N空气弹簧高低温拉压疲劳试验机；→ASF2000,2000N空气弹簧高低温拉压疲劳试验机；

→ASF5000,5000N空气弹簧高低温拉压疲劳试验机；→ASF10000,10000N空气弹簧高低温拉压疲劳试验机；

→ASF15000,15000N空气弹簧高低温拉压疲劳试验机；→ASF20000,20000N空气弹簧高低温拉压疲劳试验机；

→ASF50000,50000N空气弹簧高低温拉压疲劳试验机；

A4气弹簧试验机Computer Control Gas spring testing machine

→QTW-1,1000N微机控制气弹簧试验机；→QTW-2,2000N微机控制气弹簧试验机；

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Two-position Computer Control gas spring testing machine；

→TLW-Q50N微机控制双工位气弹簧试验机(悬臂式)；→TLW-Q100N微机控制双工位气弹簧试验机(悬臂式)；

→TLW-Q200N微机控制双工位气弹簧试验机(悬臂式)；→TLW-Q500N微机控制双工位气弹簧试验机(悬臂式)；

→TLW-Q1000N微机控制双工位气弹簧试验机(悬臂式) Two-position gas spring testing machine；

→TLW-Q2000N微机控制双工位气弹簧试验机(悬臂式) Two-position gas spring testing machine；

→TLW-Q5000N微机控制双工位气弹簧试验机(悬臂式) Two-position gas spring testing machine；

A5弹簧扭转试验机

(LCD Model)Spring torsion testing machine; Computer Control Spring torsion testing machine;

→TNS-W0.5N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；→TNS-W1N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；

→TNS-W2N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；→TNS-W5N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；

→TNS-W10N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；→TNS-W20N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；

→TNS-W50N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；→TNS-W100N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机；

→TNS-W200N.m液晶全自动卧式弹簧扭转试验机(LCD Model) Spring torsion testing machine；

→TNW-100N.m微机控制弹簧扭转试验机；→TNW-200N.m微机控制弹簧扭转试验机；

→TNW-500N.m微机控制弹簧扭转试验机；→TNW-1000N.m微机控制弹簧扭转试验机；

→TNW-2000N.m微机控制弹簧扭转试验机；

→TNS-S10L,10N.m立式弹簧扭转试验机vertical Spring torsion testing machine；

→TNS-S20L,20N.m立式弹簧扭转试验机vertical Spring torsion testing machine；

→TNS-S50L,50N.m立式弹簧扭转试验机vertical Spring torsion testing machine；

→TPN-10,10N.m弹簧扭转疲劳试验机Spring torsion Fatigue Testing Machine；

→TPN-20,20N.m弹簧扭转疲劳试验机Spring torsion Fatigue Testing Machine；

→TPN-50,50N.m弹簧扭转疲劳试验机Spring torsion Fatigue Testing Machine；

→TPN-100,100N.m弹簧扭转疲劳试验机Spring torsion Fatigue Testing Machine；

Spring testing machine   弹簧试验机

Tension and compression spring testing machines弹簧拉压试验机

Spring fatigue testing machine弹簧疲劳试验机

（济南试验机服务中心）（全国试验机配件供应中心）（特殊夹具定制中心）

网址（website）:  www.jn-syj.com