弹簧：储能回弹的力学精灵
弹簧是受外力改变形状、撤力后恢复原状的装置。变形消耗的能量储存于弹簧，复原时释放。通常形变量与外力成正比。若施力过大超弹性极限，弹簧永久变形无法复原。
背景
弹簧类型多样。最常见为线材卷制圆柱/圆锥形。拉伸弹簧圈圈紧贴，受拉力圈距分离；压缩弹簧圈距有间隙，受压圈距靠拢。扭转弹簧设计为受力扭紧螺旋，常见于夹板与蝴蝶发夹。
另一变体为发条弹簧——平面螺旋卷绕而非圆柱/圆锥。一端在螺旋中心，一端在外缘。
非卷曲弹簧最典型为板簧——浅拱形，广泛用于汽车悬挂。碟形弹簧似垫圈呈截锥体。实心弹性体开口圆筒亦可作弹簧。非卷曲弹簧多作为压缩弹簧工作。
历史
极简非卷曲弹簧贯穿历史。弹性树枝即可作弹簧。更复杂装置追溯青铜时代，眉夹在多文化通用。公元前3世纪，亚历山大港希腊工程师克特西比乌斯发明“弹性青铜”：提高铜锡比例、铸造后锤击硬化。尝试组合板簧驱动投石机，动力不足。公元前2世纪拜占庭工程师菲洛制成类似装置，似有成效。古罗马广泛用挂锁，至少一类用弯曲金属片锁死，钥匙压缩金属片方能开启。
中世纪关键进展：维拉尔·德·奥内库尔约1250年设计水轮驱动锯，水轮推锯片单向运动同时弯曲竿件；竿件复原拉回锯片反向运动。
卷曲弹簧现身15世纪初。钟表师用发条机构替代重锤系统，
CNC机床卷绕弹簧示意图. 造出可靠便携计时器，使远洋航天精密导航成为可能。
18世纪工业革命推动弹簧量产技术。1780年代英锁匠约瑟夫·布拉玛工厂用弹簧绕制机——车床改装，替切削头装线轴。线轴绕线于车床固定芯轴，调节丝杠速度控制圈距。
当代应用跨度极宽：从手机触控按键下微型弹簧，到支撑整栋建筑抗震的巨型线圈。
原材料
钢合金为主流弹簧材料。热门牌号：高碳钢（如吉他弦用琴钢丝）、油淬低碳钢、铬硅钢、铬钒钢、不锈钢。
其他金属：铍铜合金、磷青铜、钛。橡胶/聚氨酯用于圆柱非卷曲弹簧。陶瓷材料开发用于高温环境卷曲弹簧。单向玻璃纤维复合材料正测试弹簧潜力。
设计
基于线材成分尺寸、弹簧卷径、圈数、预期外力等因素，建立多元数学方程描述弹簧特性，已集成计算机软件简化设计。
制造工艺
聚焦钢合金卷曲弹簧制造。
卷绕
1 冷卷。 直径≤0.75英寸（18毫米）线材可室温卷制，两大基础技法。一法：绕芯轴/心轴卷绕。可于专用绕簧机、车床、装心轴电手钻、手摇绕线机操作。需导向机构（如车床丝杠）控制线材按设计节距（圈间距）缠绕。
另一法：无心轴卷绕。通常用中央导航计算机（CNC）机床。
各类弹簧示例. 线材经支撑块推向带槽成型头，被迫弯曲成型。成型头与支撑块可五向相对运动控制直径与节距。拉伸/扭转弹簧卷绕后，末端弯制成所需环/钩/直段。
- 2 热卷。 粗线/棒料加热软化后卷制。标准工业绕簧机可处理直径≤3英寸（75毫米）钢棒，定制报告达6英寸（150毫米）。红热状态绕心轴卷制，随即脱机淬油速冷硬化。此阶段钢脆不可用，须回火。
硬化处理
- 3 热处理回火。 冷/热卷均产生内应力。为消除应力赋予弹性韧性，须回火热处理。弹簧入炉，保温设定时长，缓冷。例：琴钢丝弹簧500°F（260°C）保温1小时。
精修
- 4 磨平两端。 设计要求平端时磨削。弹簧装夹具定向，压旋转砂轮磨至平整度。高度自动化设备套筒夹持双端同步磨，先粗轮后细轮。可用水或油基冷却润滑排屑。
- 5 表面强化喷丸。 微钢珠高速轰击全表面，锤平压实表层金属，强化抗疲劳抗裂寿命。
- 6 定型。 全压缩至圈圈紧贴，永久固定长度与节距。部分厂商重复数次。
7 表面防护涂层。 漆涂、浸液态橡胶、电镀锌/铬等防腐。机械镀法：弹簧滚筒中与金属粉、水、促进剂、微细玻璃珠混动，玻璃珠锤击金属粉覆盖表面。
电镀法：弹簧浸导电液（腐蚀镀层金属不腐蚀弹簧），弹簧施负电，镀层金属正电溶解析出正离子沉积负电弹簧表面化学结合。电镀致碳钢弹簧脆化，故镀后<4小时内325-375°F（160-190°C）烘烤4小时消除脆性。
- 8 包装。 按需散装箱/袋。为防损防缠绕开发多种包装：单袋、穿线/穿杆、管装、粘性纸贴装。
质量控制
多种测试装置验证成品合规：测金属硬度、已知载荷下变形量。不合格报废。测试数据统计分析助定位生产问题、改进工艺降废率。
约1/3不合格源生产问题，2/3因线材缺陷。1998年研究者开发线材卷绕性筛选测试（FRACMAT），可赛前剔除劣质线材。
电脑数控绕簧机双重提质：精准控制直径节距超人工；压电材料随电信号变尺寸，CNC成型头实时微调响应弹簧特性实测，减少不合格品。
未来展望
计算机与手机行业爆发式增长倒逼弹簧厂商开发可靠低成本微型弹簧技术。触控按键/键盘支撑弹簧重要，隐性应用更多。如半导体测试探针卡技术：数千高仅40密耳（0.040英寸/1毫米）微型弹簧键合晶圆各接触点，压合测试仪时微弹簧压缩建立高可靠电连接。
医疗器械亦用微弹簧。导管/内镜插入端用卷曲弹簧，线径0.0012英寸（30微米/0.030毫米），厚度0.0036英寸（0.092毫米）——约发丝粗细。日本开发商仍在挑战更小尺寸。
终极微缩成果1997年奥地利化学家伯纳德·克劳特勒达成：串联12碳原子分子链，两端各接钴原子连维生素B12分子。松弛态锯齿形，遇水紧折叠，加环糊精复原。暂无实用应用，研究持续。
制造工艺