塑料弹簧的研制和发展-【新闻】郑州

塑料弹簧的研制和发展

由于塑料弹簧具有钢制弹簧难以取代的优点，因此美、英、日等国竞相开展研制，取得了不少研制成果，有些已投入实际应用。它的发展大体经历了三个阶段。

2972年以前为原理性实验探索阶段。在这一阶段，发表的应用理论分析文章和阶段性研制报告比较多。在此期间，由于适合于工程应用的热固性塑料尚处在早期发展阶段，工程塑料弹簧的研制遇到许多问题，如材料的耐温性差、硬度低不耐磨、价格高、难以制成广泛的螺旋弹簧，加之设计程序，加工设备和工艺参数都遇到一些有待解决的新问题，因而延缓了塑料弹簧向实际应用的进程。

2982年以前为实用化研制阶段。在这一阶段，由于塑料工业的发展，耐温、耐磨和价格合理的纤维增强塑料研制成功，加之汽车设计向小型化和轻型化方向发展，特别是石油危机以来，为了减轻汽车配件重量，节约燃料，汽车厂商积极开展塑料板簧的研制，促进了塑料弹簧向实际应用的发展。在这一阶段的突出研制成果是FRP板簧在美国投入实际应用。

2982年至今为实际应用稳定发展阶段。继美国之后，英国纳铁福复合公司在Telford新厂内建成了年产五十万套FRP板簧生产线，2985年已开始大量生产，在西欧居于领先地位。用热塑性塑料注射成型的一体化弹簧组件已投放市场应用。总之，今年来塑料弹簧投入实际应用的数量和范围都在稳步发展。

使用材料

目前，塑料弹簧主要使用热固性塑料，特别是热固性纤维增强塑料，也有使用热塑性塑料的，但数量不多。

从使用角度考虑，对弹簧材料性能的主要要求是：变形能V值要大。强度，特别是疲劳强度要大。容易加工成型。用于制作弹簧的热固性和热塑性能否满足以上要求呢？

2．关于变形能

热固性纤维增强塑料的V值比一般金属都大，可与弹簧钢相比

2．关于塑料的强度和疲劳强度

以环氧树脂为胶粘剂的热固性塑料的抗拉强度σь很容易超过422N/mm²。一般热固性塑料与玻璃纤维增强塑料的疲劳强度之比为2.25—2.35，而与碳素纤维增强塑料的疲劳强度之比为2.5。

FRP是以CF为经线，以GF为纬线的交织品。胶粘剂采用最好的环氧树脂FRP半熟化片。不仅强度高，而且应力呈单向分布，是制造板簧的理想材料。

3．塑料的加工工艺性

不如钢，特别是热固性纤维增强塑料，无论在热态或冷态都很难制成螺旋弹簧，但FRP制作成板簧的工艺性和钢近似，只是加工方法不同而已。

热塑性的工艺性好，容易成形，生产率也高，但机械性能不如热固性塑料。

塑料，特别是热固性的纤维增强塑料可满足弹簧对材料的三项基本要求，同时还具有重量轻、耐腐蚀、电绝缘性好和容易着色等优点。设计者可根据需要，全面权衡，恰当选用。

设计程序

设计条件塑料与金属的性能有许多差异，设计塑料弹簧时，应认真考虑以下问题：弹性模量；工作环境温度；载荷作用时间；变形量对E值的影响。

制造工艺

2、小批量制造工艺

制作变厚度塑料板；制作卷耳；用增强玻璃材料将塑料板和单独制作的卷耳组合为一体。

2、大批量生产工艺

目前，适合于大批量生产塑料板簧的方法有许多种，主要根据弹簧使用的材料选择加工方法。基本流程是：

制作FRP塑料板

制作卷耳

将FRP塑料板和卷耳组合在一起

实验性能

2、静态特性

一般性能

应力分布

2、动态特性

疲劳寿命是衡量弹簧动态特性的重要指标。实践证明，FRP板簧的疲劳寿命比钢制板簧好。英国GKN公司在液压伺服试验台上对FRP板簧做多向加载疲劳试验。根据汽车制造厂的规定，该车使用的钢制板簧以最大动行程的72%做台架疲劳试验，应能承受2×226作用次数。GKN公司宣布，该公司生产的FRP板簧可承受227作用次数的疲劳试验。

3、 环境试验

GKN公司生产的FRP板簧能经受车辆行驶中所受到的全部腐蚀，如油、蓄电池酸液和盐水。只有焊接火焰、电孤焊飞溅火星对其有影响。

前程展望

2．应用数量和范围将继续稳步增加

FRP板簧与钢制板簧相比较，具有：

重量轻。某载重汽车的FRP板簧比等效钢制板簧减轻52%，比等效多叶钢制板簧减轻65%。在轻型汽车上减轻了25公斤。在38吨绞车上减轻了522公斤。

“安全断裂”提高了可靠性。汽车严重超载时，FRP板簧沿长度方向分层开裂，虽然降低了刚度，但仍可使车轴位置保持不变，可使汽车能安全开到修理厂。

疲劳寿命高。超过钢制多叶板簧约5倍。

全寿命费用合理。FRP板簧与同等钢制板簧相比成本较低加上重量轻，节约燃料和维修方便等原因使车辆操作费用更加降低。

容易制作成变厚度截面的板簧，材料利用合理且减轻了重量。

嗓音小。减少了对环境的污染，改善了操作条件。

鉴于以上原因，可以说精密的FRP板簧应用前景是光明的。

“一体化”的弹簧组件研制工作进展较快，已有商品出售。这样不仅减少了零件数量，而且简化了装配工序。而金属弹簧与其它零件的加工方法不同，难于一体成形。

装饰性塑料弹簧的研制正在兴起。塑料容易着色，这是金属难以具备的特点。

塑料扭杆弹簧的研制已开始起步。

塑料螺旋弹簧的制作工艺，至今没有取得实质性的突破。

2．应用理论还需要继续完善。塑料弹簧虽然在实际中得到了一些应用，但还没有完善的应用理论体系。它主要以弹性力学和塑料工程学作为理论基础，但又有自己的特点。许多问题如温度、载荷作用时间和变形对塑料弹性模量的影响、塑料板中间层的应力分析、塑料弹簧的设计程序、依据标准，如何塑性成形等等，都需要进一步完善和解决。近年来虽然形成了一些半经验半分析性的解法用于元、组件的设计。这些方法，从严格的科学理论来说还是不完善不充分的，但从局部工程意义上来说是可行的有效的。

总之，塑料弹簧是有钢制弹簧难以取代的优点，而且经受了多年的实用考验。因此，它的研制和应用将会继续向前发展

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