论文摘要
螺旋压缩弹簧是铁路货车的重要部件,对整个车辆起着减震和支撑作用,近年来为了适应提速、重载的要求,货车运行的工况发生了巨大变化,对转向架采用的螺旋压缩弹簧性能提出了更高的要求。弹簧的过早折断直接对铁路货车的运行安全造成威胁,造成直接和间接的经济损失巨大。统计结果表明,弹簧疲劳断裂占弹簧断裂失效的80%-90%,因此其疲劳寿命的研究尤为重要。影响弹簧疲劳寿命的原因比较复杂,除与设计是否合理之外,原材料质量、热处理性能、弹簧的表面质量及几何形状尺寸都是影响产品寿命的关键因素。本文通过大量实验和理论分析研究了60Si2CrVAT原材料的化学成分、偏析、非金属夹杂物及组织中局部残留的颗粒较大、数量较多的球状碳化物对弹簧的疲劳寿命的影响。在热处理工艺方面,通过对弹簧钢的热卷制温度、热处理曲线等热加工工艺的研究揭示了目前国内弹簧生产普遍采用的弹簧生产工艺中余热淬火和重新加热淬火两种热加工工艺对疲劳寿命的不同影响。通过应力数学模型的建立以及大量材料疲劳试验,研究了卷制几何尺寸对弹簧疲劳寿命的影响。弹簧疲劳寿命的薄弱环节在弹簧支承圈与工作圈的接触部位,因此该部位的几何形状尤为重要,以保证加载过程中,弹簧支撑圈与工作圈接触为较长的线接触,减小接触应力。本文还研究了,喷丸处理对弹簧疲劳寿命的影响,喷丸处理产生冷作硬化层-表面强化层。该强化层内造成很大的残余压应力,由于弹簧表层的残余压缩应力的存在,使弹簧在承受交变载荷时,可以抵消一部分交变载荷中的拉应力分量,因此对弹簧的疲劳寿命极其有利。在以上各项研究成果的指导下,经过合理选用原材料,改变传统的弹簧制造尺寸,采用完全淬火热加工工艺,强化抛丸处理,生产企业弹簧制造质量显著提高,弹簧实物疲劳寿命均满足标准要求;对已装车运用的7200辆份,各项性能指标完全满足目前铁路货车提速的需要,没有发现质量问题,各项研究成果可以在提速货车上广泛应用。