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塑料彈簧的研製和發展

由於塑料彈簧具有鋼製彈簧難以取代的優點,因此美、英、日等國競相開展研製,取得了不少研製成果,有些已投入實際應用。它的發展大體經曆了三個階段。

1970年以前為原理性實驗探索階段。在這一階段,發表的應用理論分析文章和階段性研製報告比較多。在此期間,由於適合於工程應用的熱固性塑料尚處在早期發展階段,工程塑料彈簧的研製遇到許多問題,如材料的耐溫性差、硬度低不耐磨、價格高、難以製成廣泛的螺旋彈簧,加之設計程序,加工設備和工藝參數都遇到一些有待解決的新問題,因而延緩了塑料彈簧向實際應用的進程。

1980年以前為實用化研製階段。在這一階段,由於塑料工業的發展,耐溫、耐磨和價格合理的纖維增強塑料(FRP=Fiberglass Rein—forced Plastics)研製成功,加之汽車設計向小型化和輕型化方向發展,特別是石油危機以來,為了減輕汽車配件重量,節約燃料,汽車廠商積極開展塑料板簧的研製,促進了塑料彈簧向實際應用的發展。在這一階段的突出研製成果是FRP板簧在美國投入實際應用。

1980年至今為實際應用穩定發展階段。繼美國之後,英國納鐵福複合公司(GKN COM—Posites)在Telford新廠內建成了年產五十萬套FRP板簧生產線,1985年已開始大量生產,在西歐居於領先地位。用熱塑性塑料注射成型的一體化彈簧組件(將塑料彈簧和塑料零件製作成一體)已投放市場應用。總之,今年來塑料彈簧投入實際應用的數量和範圍都在穩步發展。

使用材料

目前,塑料彈簧主要使用熱固性塑料,特別是熱固性纖維增強塑料,也有使用熱塑性塑料的,但數量不多。

從使用角度考慮,對彈簧材料性能的主要要求是:(1)變形能V值要大(即彈簧模量E值要小)。(2)強度,特別是疲勞強度要大。(3)容易加工成型。用於製作彈簧的熱固性和熱塑性能否滿足以上要求呢?

1.關於變形能

熱固性纖維增強塑料的V值比一般金屬都大,可與彈簧鋼相比

2.關於塑料的強度和疲勞強度

以環氧樹脂為膠粘劑的熱固性塑料的抗拉強度σь很容易超過400N/mm²。一般熱固性塑料與玻璃纖維增強塑料(GFRP)的疲勞強度之比為0.25—0.35,而與碳素纖維增強塑料(CFRP)的疲勞強度之比為0.5。

FRP是以CF為經線,以GF為緯線的交織品。膠粘劑采用最好的環氧樹脂(其次可用酚醛樹脂,一般可用不飽和聚脂樹脂)FRP半熟化片(即予先將CF、GF浸漬過樹肢,再固化到不發粘為止)。不僅強度高,而且應力呈單向分布,是製造板簧的理想材料。

3.塑料的加工工藝性

不如鋼,特別是熱固性纖維增強塑料,無論在熱態或冷態都很難製成螺旋彈簧,但FRP製作成板簧的工藝性和鋼近似,隻是加工方法不同而已。

熱塑性的工藝性好,容易成形,生產率也高,但機械性能不如熱固性塑料。

塑料,特別是熱固性的纖維增強塑料可滿足彈簧對材料的三項基本要求,同時還具有重量輕(比重為1.0—2.0)、耐腐蝕、電絕緣性好和容易著色等優點。設計者可根據需要,全麵權衡,恰當選用。

設計程序

設計條件 塑料與金屬的性能有許多差異,設計塑料彈簧時,應認真考慮以下問題:(1)彈性模量;(2)工作環境溫度;(3)載荷作用時間;(4)變形量對E值的影響。


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點擊次數:  更新時間:2014-08-14 10:28:54
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