材料类型

为应用选择合适的材料要求对Raleigh扁线产品的常用材料具有一定了解。指定正确的材料可以防止运行中产生额外费用和故障。碳素钢是最常用的材料。不锈钢虽然比碳素钢更昂贵，但能提供更好的耐腐蚀性，并有更高的工作温度范围。

碳素弹簧钢

65Mn

SWRH 72A/72B

SAE1070-1090

SAE1070-1090高碳回火弹簧钢是用于螺旋挡圈和波簧的标准材料。油回火工艺产生的马氏体结构使材料的抗拉强度和屈服强度大幅度提升。

SAE1060-107

SAE1060-1075高碳硬拉弹簧钢是用于卡扣挡圈的标准材料。硬拉碳素钢没有标号，因为它的强度由拉拔过程确定。

这几种回火工艺生产的碳素钢最适合用于已有保护措施的环境，因为这类材料在没有润滑或密封的情况下会发生腐蚀。可以通过特殊的表面处理增加额外的腐蚀保护。挡圈和弹簧在供货时一般经过了油浸表面处理，以便在运输和货架储存期间提供保护。

•碳素钢具有高磁性，并且可呈现各种不同的颜色，包括蓝色、黑色和灰色。

不锈钢

302不锈钢

302不锈钢是用于螺旋挡圈的标准不锈钢。这种材料之所以得到广泛的使用，是因为其同时具备耐腐蚀性和优秀的物理性质。302不锈钢的弹性源于冷加工工艺。尽管它属于非磁性不锈钢，但经过冷加工后，302将略带磁性。它不可通过热处理硬化。

•302呈银灰色。

316不锈钢

316不锈钢与302不锈钢的物理性质和耐热性几乎相同。由于含有钼，它的耐腐蚀性更高，特别是对于点蚀。316不锈钢常用于食品、化工和海水应用。

316不锈钢的磁性小于302不锈钢。但与302不锈钢相同的是，其磁性会随着钢丝冷轧而增大。316不锈钢也不可通过热处理进行硬化。

•316呈银灰色。

17-7PH沉淀硬化不锈钢

这种合金的耐腐蚀性与302不锈钢类似，几乎专用于波簧，但由于抗拉强度和屈服强度更高，所以适用于特殊挡圈应用。在抗疲劳和大应力情况下，17-7的性能比最高档的碳素钢还要好。

其弹性通过从C状态沉淀硬化到CH900状态来实现。因此该材料可以承受343℃的高温而不损失弹性。17-7PH沉淀硬化CH900状态不锈钢的磁性与高碳钢类似。

•沉淀硬化后，17-7因为开放空气热处理的结果而呈现蓝色、棕色或银色，而可控空气热处理则提供了明亮的色彩。

超级合金

InconelX-750

此镍铬合金常用于高温和腐蚀性环境。两种常用的铬镍铁合金如下所述。通常情况下，InconelX-750通过沉淀热处理达到弹簧条件。如此处理的合金可耐受最高371˚C的温度。腐蚀工程师协会(NACE)允许将符合规范MR-01-75（RC50最大值）的这种硬回火工艺的产品用于螺旋挡圈和波形/压缩弹簧。1号回火需要比弹簧回火时间更长的热处理，抗拉强度较低，但提供最高538˚C的温度保护。

弹簧回火和1号回火可在开放空气或可控空气回火炉中进行热处理。开放空气热处理可能产生氧化，其往往导致轻微的黑色残留物。空气可控环境消除了氧化问题，所生产的产品上没有残留物。

•使用此等级的铬镍铁合金制造的挡圈和弹簧呈蓝色/银灰色，并且不具磁性。

铜

25号铍铜合金

通常指定使用其硬回火状态，由于结合了低弹性模量和高极限抗拉强度这两种特性，这种合金可产生优良的弹簧特性。该合金的物理性质通过沉淀硬化获得。相对于其他铜合金，铍铜合金具有最高的强度，并且在温度升高时其物理性质变化不大。

•铍铜合金不具磁性。其导电性大约是磷青铜的2-4倍

A级磷青铜

磷青铜提供良好的弹簧性能和导电性，性能方面略低于铍铜合金。它以弹簧回火状态出售，以最大限度地提高弹簧特性。

•磷青铜只可以通过冷加工硬化。此材料也不具磁性。

材料表面处理

发黑

此表面处理提供哑黑色表面。黑色氧化物更多用于美化外观，而不是用于提升耐腐蚀性。

镀锌

锌在碳素钢上镀锌以增加产品的耐腐蚀性。与镀镉相比，镀锌常作为成本效益和环保性更好的替代方案使用。我们的标准镀锌方案为TypeV和TypeVI，均符合RoHS。镀层的厚度由服务条件编号（SC编号）决定，客户可以对此进行指定。镀锌不一定能覆盖多圈弹簧各圈之间的部分。该工艺会使挡圈发生氢脆变。Raleigh提供不锈钢作为镀镉和镀锌的另一种选择。

涂油

这是Raleigh采用碳素钢生产的所有产品的标准表面处理。油在运输和日常储存中提供耐腐蚀性。油浸表面处理不应被视为永久性表面处理。

钝化

钝化处理是不锈钢的可选清洁操作。它提供光亮的表面并提升耐腐蚀性。钝化处理可以将生产过程中嵌入不锈钢表面的铁颗粒和其它物质溶解。如果不将其溶解，这些外来颗粒可能导致生锈、变色甚至电蚀。

从理论上说，不锈钢的耐腐蚀性由完全覆盖在挡圈表面上一层薄的、不可见的氧化膜提供，该膜还可以防止进一步氧化。除去污染物可防止破坏氧化膜，从而获得最佳的耐腐蚀性。

磷化

外观为灰黑色。磷酸盐的耐腐蚀性优于黑色氧化物，但不如镀镉或不锈钢。磷酸盐不能被应用于不锈钢上。

蒸气脱脂/超声波清洗

这是用于所有不锈钢的标准清洁和表面处理。该过程使用氯化物溶剂去除材料表面上的油和其他有机成分。此溶剂能有效地将油脂从挡圈或弹簧的暴露表面上去除。

通过超声波使溶剂在挡圈的各圈之间流动。

振动去毛刺/手动去毛刺

虽然Raleigh挡圈的所有圆周表面和边缘都是光滑的，但由于剪切操作，间隙端头上总是会存在尖角。为了去除尖角，实现协调/光滑的表面光洁度，可以对挡圈进行振动去毛刺或手工去毛刺，以满足您的要求。

弹簧设计

定义弹簧要求

尽管波簧的应用极为广泛，但定义弹簧要求需要遵循一组基本规则。这些要求用于选择现货/标准弹簧，或设计特殊弹簧以满足规格。

工作腔

工作腔通常由弹簧运行时所处的孔和/或弹簧所围绕的轴组成。弹簧通过在孔 中或轴上引导来就位。 载荷面之间的距离定义 了轴向工作腔或弹簧的 工作高度。

负荷要求

负荷要求根据弹簧安装于工作高度时必须产生的轴向力的大小定义。一些应用中需要多个工作高度，其中有2个或以上工作高度上的负荷是至关重要的，必须在设计中予以考虑。通常情况下弹簧应当满足最小和/或最大负荷要求，特别是对于应用中存在公差累积时。

运行环境

在弹簧应用中必须考虑高温、动载荷（金属疲劳）、腐蚀性介质或其他不常见的运行条件。通常需要通过选择最佳的原材料和工作应力来应对各种环境条件。

标准弹簧对比定制弹簧

有时目录中提供的标准弹簧就是最适合您应用的正确之选。Raleigh工程师可以帮助您在以碳素钢和不锈钢为原料生产的4000多种标准现货弹簧中进行选择。Raleigh的“无模具”制造方法提供最大的灵活性和最高的质量。无论您需要的是1个弹簧还是100万件，Raleigh都可以满足您的特殊弹簧要求。

让Raleigh设计您的弹簧

Raleigh的业务中有超过半数是设计和生产符合特定应用需求的定制弹簧。无论是解决技术问题还是最为复杂的弹簧设计，Raleigh的工程师始终乐意为您提供帮助。请使用本目录中提供的应用清单。您也可以通过电子邮件jack.raleigh-spring.com向我们发送已知的设计参数。我们的工程师将向您推荐目录中的标准件，或者为您提供定制弹簧的设计选择。

术语

单层缺口或搭口型

应用

l  中低弹力

l  中低弹性比率

l  短范围变形

l  精确的负荷/变形特征

l  单圈波蕾是基本和最常见的波雷产品。其成本较低，设计结构简单，具有最广的弹簧应用范围。

l  单圈波簧的设计也最为灵活。在它们的设计中基本没有任何限制。它们被指定用于大多数轴向和径向空间约束较小的应用中。

公式

多层波簧

  应用

l  中低弹力

l  中低弹性系数

l  长范围变形

l  精确的负荷/变形特征

l  对顶扁线压缩弹簧以串联方式预堆叠，其弹性比率将按照由圈数确定的系数降低。

公式

多层叠合波簧

 应用

l  弹力更高

l  弹性系数更高

l  短范围变形

l  精确的负荷/变形特征

l   层叠的波簧以并联方式预堆叠， 其弹性比率将按照由圈数确定的系数升高

公式

直径扩张

应用

仅限于层叠与对顶波簧：多圈波簧在压缩时会发生直径扩张。下面的公式用于预测完全压缩时的最大直径。

公式

l  R=波形半径=(4Y2+X2)÷8Y

l  N=波形数量

l  θ=角度=ArcSin(X÷2R)

l  b=线材宽度

l  X=1⁄2波形频率=πD÷2N

l  Y=1⁄2平均自由高度=(H-t)÷2其中

l  H=每圈的自由高

线形波簧

线形弹簧是采用弹簧回火材料生产的连续波纹形（波浪形） 长钢丝。它们充当负荷承载设备，具有与波簧基本相同的负 荷/变形特征。 根据安装位置沿轴向或径向施加力。沿直线方向压平弹 簧，即可产生轴向压力。在圆形状态下，弹簧可产生径向力 或向外的压力（例如围绕柱塞）。

公式1:单波形线形弹簧，N=1

公式2: 2 个或以上波形的线形弹簧，N>1

应力

工作应力压缩波簧时产生的弯曲应力与弯曲简单横梁时的应力类似。这些压缩和拉伸应力限制了弹簧在屈服或“塑性变形”之前可以压缩的量。虽然有些应用中不能接受发生弹簧塑性变形，但负荷与变形方面的要求常导致设计必须接受一定程度的塑性变形，或允许弹簧在一定时间内完成“放松”。

最大化设计应力

静态应用由于Raleigh产品中使用的硬化扁线的延伸率较小，所以Raleigh使用本目录“材料”部分中的最小抗拉强度来近似代表屈服强度。当设计用于静态应用的弹簧时，我们推荐计算得出的工作应力不大于最小抗拉强度的100％。但根据具体的应用，可以针对屈服强度留出余量，使工作应力超出最小抗拉强度。要考虑的典型因素包括永久变形、松弛、负荷和/或自由高度的损失。

动态应用当为动态应用设计波簧时，Raleigh建议工作应力的计算值不超过最小抗拉强度的80％。请参阅“疲劳应力比率”和表2进一步了解有关疲劳的指导原则。

强压

可以通过压缩弹簧超出其屈服点来提高负荷能力和/或疲劳寿命。强压弹簧的制造高度高于所需的自由高度和负荷，然后将其进行压并。此时自由高度和负荷降低，材料表面出现残余应力，从而提高弹簧的性能。

疲劳寿命

疲劳循环是在波簧设计中的一项重要考虑因素，通过精准确定弹簧挠曲量，可以极大地影响弹簧的价格。分析时应考虑弹簧是在整个行程内都处于变形状态，还是只在千分之几个循环内变形，抑或是随着零件磨损或温度变化会同时发生这两种情况。

表2中的疲劳指导原则基于较为保守的计算方法，可以计算在两个工作高度之间的循环寿命。尽管这种疲劳分析方法可以获得较为准确的估算值，但在循环寿命属于非常重要的应用指标时，仍建议进行实际测试。

公式

l  σ=材料的抗拉强度

l  δ1=处于工作高度下限时计算得出的工作应力（必须小于σ）

l  δ2=处于工作高度上限时计算得出的工作应力

负荷/变形（刚度）

通过比较实际刚度与理论（计算）弹性系数，可以得出弹簧工作范围的实际限制。刚度(F/f)的计算方式可以通过变换挠曲等式得出。请参阅“弹簧设计”部分中的公式。

图1展示了理论刚度与测试得出弹性比率之间的对比。通常情况下，在弹簧接近并到达其“压并高度”之前，其理论比率是准确的。

一般来说，在可用挠曲度的前80%并且工作高度为压并高度2倍以下的范围内，计算出的刚度是线性的。虽然在这个“线性”范围以外弹簧仍然能工作，但测量出的负荷将大大高于计算值。