强压(扭)处理

将弹簧压缩(扭转)至弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力。以达到提高弹簧承载能力和稳定几何尺寸的目的。这种方法叫强压(扭)处理

(1)弹簧强压(扭)的设计

在考虑要对弹簧作强压(扭)处理时，应该对弹簧进行强压(扭)设计，以确定该弹簧是否适合做强压(扭)处理。对具备强压(扭)条件并受高应力的压缩弹簧、扭转弹簧等，经过强压(扭)处理后力学性能才会得到明显的改善。这是因为通过强压(拉、扭)处理来提高弹簧的承载能力是有条件的。在强压处理过程中，只有使弹簧材料表层产生有益的与工作应力反向的残余应力，才能获得强压的效果，并且只有在强压(拉、扭)时，使得弹簧材料产生的残余应力即塑性变形越大，弹簧材料的弹性极限提高得才越大。而每种材料的弹性极限都是有一定的限度的，一旦超过这个极限，材料不仅会产生塑性变形，并且会“完全屈服”变形。各种材料屈服极限值也有差异，屈服极限值只能通过一定的计算并通过试验后才能确定。许多弹簧在强压(拉)到材料的(0.6~0.8)σ_b就已经“完全屈服”变形了。因此在考虑要对弹簧作强压处理时，必须先对弹簧进行强压设计，以确定该弹簧是否适合做强压(扭)处理

对圆形截面材料的螺旋弹簧强压(扭)处理的应力τ_0Y或者σ_0Y，应该满足以下计算式的要求：

τ_0Y＝8DP_0Y/πd³＞τ_s

σ_0Y＝3.2×10⁴M_0Y/πd³＞σ_s

式中　P_0Y——强压处理时的负荷，N；

M_0Y——强扭处理时的扭矩，N·m

当τ_0Y/σ_b≤0.5时，弹簧的强压效果很微小，弹簧的变形也很小，这种强压处理不能提高它的承载能力，仅仅起到稳定弹簧几何尺寸的作用

当τ_0Y/σ_b＞0.85时，也不能取得理想的强化效果反而使得材料出现某种程度的损伤，甚至出现裂纹

因此，进行强压处理时的压(扭)应力推荐为：

τ_0Y＝(0.50~0.85)σ_b

σ_0Y＝(0.85~1.10)σ_b

(2)强压(扭)的时间

应该根据弹簧的重要程度、强压处理后要求弹簧达到的负荷大小来确定强压(扭)的时间，一般情况下τ_0Y/σ_b之值越大、弹簧的重要程度较大、弹簧工作时承受负荷的时间越长，强压(扭)的时间也应该越长。可以设定强压(扭)的时间在6~48h之间，由于强压(扭)的时间长短会很大程度地影响弹簧的质量和生产效率，可针对一种弹簧产品做必要的试验来最终确定它的强压(扭)时间

(3)强压的预制高度

弹簧经过强压(扭)处理后高度(角度)会产生变化，压缩弹簧经过强压处理后自由高度会降低。为了达到图纸所要求的最后自由高度要求，在强压处理前要预先留出弹簧在强压处理时的永久变形量。这种留有变形量的弹簧自由高度尺寸(工艺尺寸)，称为预制高度。扭转弹簧也有同样的预制角度要求

影响强压处理永久变形量的因素很多，例如强压处理时负荷的大小、材料的抗拉强度、弹簧的旋绕比、加工时的校正变形量以及弹簧是否进行喷丸处理等。所以弹簧强压处理的预制高度很难准确计算，可以根据经验公式进行初步估算后，再进行小批试验，以便最后确定预制高度

压缩弹簧预制高度的经验公式是：

H_0Y＝(0.12~0.13)F+H₀

或者　　　　　　　　　　　　　　　　H_0Y＝F(0.055+0.1τ_0Y/σ_b)+H₀

式中　H_0Y——估计的预制高度，mm；

F——变形量，mm；

H₀——弹簧的自由高度，mm；

τ_0Y——强压负荷，MPa；

σ_b——材料的抗拉强度，MPa

(4)强压(扭)处理的工序安排强压

(扭)处理一般都安排在(表面处理前的)最后一道工序。对于有特殊要求或者重要要求的弹簧，可以在表面处理以后再安排一次短时间的强压(扭)处理

(5)关于强压(扭)的其他说明

强压(扭)处理的效果与弹簧的外形结构、特性以及强压处理的工艺方法都有密切的关系。就弹簧的外形结构而言，旋绕比大或者螺旋升角小的(压缩弹簧)就不可能通过强压处理来提高它的承载能力，旋绕比或者螺旋升角究竟多少能达到目的，需要通过计算或者试验才能确定。所以，当一般的压缩和扭转弹簧并不具备强压(扭)的必备条件时，有的可以通过对其进行“预制高”的工艺来创造条件。对于压缩弹簧和扭转弹簧，可以通过对它预留强压的“预制高”或“预制角”来实现两个目的：一是使得弹簧材料截面表层能够产生残余应力的“压缩量”或“扭转量”；二是经过强压处理后弹簧的高度尺寸或角度正好符合设计的要求。对于拉伸弹簧来说第一个目的就不可能实现

在这里特别提出：

1)有初拉力要求的拉伸弹簧，在强拉处理时初拉力会减少甚至消失，这类弹簧不能做强拉处理。而无初拉力要求的拉伸弹簧，是不能通过强拉处理来提高承载能力的

2)高温(超过60℃)及腐蚀条件下工作的弹簧作强压(扭)处理，只能起稳定尺寸的作用，不能提高承载能力

3)通过用强压处理的方法来提高截锥形弹簧的承载能力实际上是不可取的，并以此可以推断出：对于各种变刚度的弹簧，是不可以用强压处理的方法来提高它的承载能力的

应该说明的是，目前国内外都研究成功并已经批量生产出一些高强度、高应力的弹簧材料，这些材料使得弹簧的承载能力大大提高，设计和制造弹簧时应该根据技术经济和价值分析的方法对具体的弹簧是否适合于强压(扭)工艺进行全面分析评估