關於彈簧
一、關於彈簧的強壓（拉、扭）處理 《GB1805 彈簧術語》對彈簧強壓（拉、扭）處理作了如下定義：“將彈簧壓縮（拉伸、扭轉）至彈簧材料表層產生有益的與工作應力反向殘餘應力，以達到提高彈簧承載能力和穩定幾何尺寸的一種工藝方法” 。
化學工業出版社出版
《機械設計手冊》第15章 “彈簧的強化處理及熱處理—強壓（強拉、強扭）處理”一節中，以理論力學做了分析後得出結論認為：“以上結論表明：設計彈簧時，如以彈簧材料扭轉屈服極限τ2為設計計算應力。壓縮彈簧經強壓處理後，材料截面表層可能存在近於τ2 / 3的負殘餘應力，故彈簧承載時，截面表層的實際應力比計算應力低約1/3。…故亦相當於承載能力提高了1/ 3。” 該手冊還認為：不同類型的彈簧其強壓處理的方法…扭桿彈簧是將扭桿在工作載荷的方向，加以超過扭桿切變彈性極限的扭矩；壓縮彈簧和拉伸彈簧分別加以超過彈簧材料切變彈性極限的壓縮和拉伸載荷；扭轉彈簧加以超過彈簧材料極限的扭矩，都可以提高彈簧的承載能力。
機械工業出版社出版
《機械設計手冊》（1993年版）第30篇提出：“經過強壓（拉）處理的彈簧，可以提高彈簧的許用應力τP，最高可以達25%……”根據《機械設計手冊》提供的資料，可以統計並得到彈簧強壓（拉、扭）處理前和強壓處理後可以達到的許用應力[τ]值。列表如下： 彈簧種類 許 用 應 力 強壓處理後可以達到的許用應力 壓縮彈簧 Ⅰ類[τ] =（0.35～0.4）σb Ⅱ類 [τ] =（0.4～0.47）σb Ⅲ類 [τ]=（0.5～0.55）σb [τ] =（0.44～0.532）σb [τ] =（0.50～0.625）σb [τ]=（0.62～0.731）σb 拉伸彈簧 全國註冊建築師、建造師考試備考資料 歷年真題 考試心得 模擬試題 Ⅰ類 = [τ]（0.28～0.32）σb Ⅱ類 = [τ]（0.32～0.38）σb Ⅲ類 = [τ]（0.40～0.44）σb [τ] =（0.35～0.425）σb [τ] =（0.40～0.505）σb [τ] =（0.50～0.585）σb 扭轉彈簧 強扭處理前的工作極限彎曲應力σf Ⅱ類[τ] = 0.625σb Ⅲ類[τ] = 0.80σb 強壓處理後可以達到的極限彎曲應力σf [τ]=（0.78～0.83）σb [τ] =（1.00～1.06）σb 註：（1）Ⅰ類載荷(106以上) ；Ⅱ類載荷(103～105) ； Ⅲ類載荷(103以下) （2）強壓（拉、扭）處理後可以達到的許用應力是按強壓（拉、扭）處理前的許用應力的1.25～1.33倍計算得到的。 通過強壓處理能夠使彈簧一下子就提高承載能力25%～33%，這對於剛剛接觸機械零件設計的技術人員來說，確實是一個有非常吸引人的數據。 但是，經過筆者的實踐和分析，認為：通過強壓（拉、扭）處理來提高彈簧的承載能力是有條件的。因為在強壓處理過程中，只有將彈簧材料表層產生有益的與工作應力反向殘餘應力，才能獲得強壓的效果，並且只有在強壓（拉、扭）時，使得彈簧材料產生的殘餘應力即塑性變形越大，彈簧材料的彈性極限提高得就越大。但每種材料的彈性極限都是有一定的限度的，一旦超過這個極限，材料不僅會產生塑性變形，而且會“完全屈服”變形，許多彈簧在強壓（拉）到材料的0.5σb就已經“完全屈服”變形。各種材料屈服極限值也有差異，屈服極限值只能通過強度驗算和試驗後才能確定。另外，強壓（拉、扭）處理的效果與彈簧的外形結構、特性、以及強壓處理的工藝方法都有密切的關係。就彈簧的外形結構而言，旋繞比大或者螺旋升角小的（壓縮彈簧）就不可能通過強壓處理來提高它的承載能力，旋繞比和螺旋升角究竟多少能達到目的，需要通過強壓設計和試驗才能確定。所以，並非僅僅是簡單的將彈簧壓一壓、拉一拉或者扭一扭，就能夠一下子提高承載能力多少多少的。 綜上分析，彈簧強壓處理的壓應力τQy或者壓力PQy首先應該滿足以下公式要求： τQy = 8DPQy /πd3 >τS≥0.5 同時，當τQy /σb>0.8時，會使材料達到屈服極限，彈簧出現永久變形，反而使載荷減少。 因此強壓處理的壓應力τQy /σb必須在0.5～0.8範圍內。從上面表格中可以看出：除非是高應力彈簧，一般 的壓縮、拉伸和扭轉彈簧都不具備強壓（拉、扭）的必備條件，但可以通過對彈簧進行“預製高”的工藝來創造條件。例如：對於壓縮彈簧和扭轉彈簧，可以通過對它預留強壓的“預製高”和“預製角”來實現兩個目的：一是使得彈簧材料截面表層可以產生殘餘應力的“壓縮量”和“扭轉量”；二是經過強壓處理後彈簧的高度尺寸或角度正好符合設計的要求。對於拉伸彈簧來說第一個目的就不容易實現。
強壓處理意見
根據以上的分析和筆者以往對截錐形彈簧強壓處理效果的探討，得到對彈簧強壓處理的意見是： 1、在考慮要對彈簧作強壓處理時，應該先對彈簧進行強壓設計，以確定該彈簧是否適合做強壓處理。 2、具備強壓處理條件並受高應力的壓縮彈簧、扭轉彈簧等，經過強壓處理後力學性能會得到明顯的改善。 3、有初拉力要求的拉伸彈簧，在強拉處理時初拉力會減少甚至消失，這類彈簧不能做強拉處理。而無初拉力要求的拉伸彈簧，是不容易通過強拉處理來提高承載能力的。 4、高溫（超過+60℃）及腐蝕條件下工作的彈簧作強壓處理，只能起穩定尺寸的作用，不能提高承載能力。 5、通過用強壓處理的方法來提高截錐形彈簧的承載能力在實際上是不可取的 ，並以此可以推斷出：對於各種變剛度的彈簧，是不適合用強壓處理的方法來提高它的承載能力的。
