Язык 
Контент
Пружины изготавливаются путем навивки, изгиба или штамповки металлической проволоки или полосы с приданием ей формы, которая сохраняет и высвобождает механическую энергию. Самый распространенный метод — намотка катушки — подача провода через пружинный станок с ЧПУ который изгибает его вокруг оправки с точно рассчитанным шагом и диаметром. При крупносерийном производстве этот процесс происходит со скоростью от 50 до 400 деталей в минуту в зависимости от размера и материала пружины.
Независимо от того, создаете ли вы прототип одной детали в мастерской или запускаете тысячи единиц на коммерческой основе машина для навивки пружин Основные этапы те же: выберите правильную проволоку, задайте геометрию, намотайте или сформируйте пружину, подвергните ее термообработке и обработайте поверхность. Каждая ступень имеет допуски, которые напрямую влияют на нагрузку пружины, усталостную долговечность и постоянство размеров.
В разделах ниже подробно описан каждый этап — с реальными измерениями, выбором материалов и настройками машины — чтобы вы могли производить пружины, которые будут надежно работать от первого витка до последнего.
Понимание того, какой тип пружины вам нужен, определяет производственный процесс, инструменты и конфигурацию машины. Существует пять основных категорий, используемых в промышленных и потребительских приложениях.
Самый распространенный тип. Круглая проволока намотана в спираль с открытым шагом, поэтому пружина сжимается под действием осевой нагрузки. Изготовлен на катушке с ЧПУ. пружинная машина с регулировкой инструмента шага. Допуски на свободную длину обычно составляют ±1–2% от номинальной длины.
Наматывайте с близко расположенными витками и при начальном натяжении, чтобы витки прижимались друг к другу в состоянии покоя. Крючки формируются на каждом конце пружинным станком сразу после намотки. Геометрия челнока — полный поворот, полукруг или выдвинутый — задается в программе машины.
Сопротивляйтесь вращательной силе. Намотка с закрытыми или открытыми витками, с ножками, отходящими по касательной. А машина с торсионной пружиной сгибает ноги под точными углами — обычно 90°, 180° или под любым углом в пределах ±1°.
Штампованная или согнутая из плоской полосы. В автомобильных рессорах используются сложенные друг на друга пластины, зажатые в центре. Плоские пружины меньшего размера для электроники штампуются на прессах с прогрессивной штамповкой со скоростью до 800 ходов в минуту.
Конические шайбы, которые укладываются последовательно или параллельно. Образуется путем вырубки шайбы из листа и вдавливания ее в профиль конуса. Грузоподъемность резко меняется в зависимости от высоты конуса: разница в высоте в 1 мм может изменить нагрузку на 30–50%.
Выбор материала – это не необязательная догадка: неправильный сплав приведет к преждевременной усталости, коррозионному разрушению или отклонению размеров под воздействием температуры. В таблице ниже представлены наиболее часто используемые материалы пружин в разных отраслях.
| Материал | Стандартный | Предел прочности | Максимальная температура (°C) | Лучшее для |
|---|---|---|---|---|
| Музыкальный провод (высокоуглеродистый) | АSTM A228 | 1700–2400 МПа | 120 | Общего назначения, многоцикловый |
| Жесткая тянутая проволока | АСТМ А227 | 1200–1900 МПа | 120 | Статические или малоцикловые нагрузки |
| Нержавеющая сталь 302/304 | АСТМ А313 | 1300–2000 МПа | 260 | Коррозионные среды |
| Нержавеющая сталь 316 | АСТМ А313 | 1100–1800 МПа | 316 | Морское, химическое воздействие |
| Хром-кремний (SiCr) | АСТМ А401 | 1900–2200 МПа | 245 | Высоконагруженные клапанные пружины |
| Инконель 718 | АМС 5596 | 1240–1450 МПа | 700 | Аэрокосмическая промышленность, сильная жара |
| Фосфорная бронза | АСТМ Б159 | 700–1100 МПа | 95 | Электрические контакты, немагнитные |
Музыкальный провод (ASTM A228) охватывает примерно 70% всего производства пружин сжатия во всем мире благодаря своей высокой прочности на разрыв и стабильному качеству поверхности. Хромокремниевые сплавы используются там, где рабочее напряжение превышает 45% предела прочности на растяжение или где пружина срабатывает более 10 миллионов раз.
Диаметр проволоки влияет на прочность на разрыв: музыкальная проволока диаметром 0,5 мм имеет прочность на разрыв около 2400 МПа, а проволока диаметром 6 мм из того же сплава падает примерно до 1700 МПа. Эта обратная зависимость заложена в каждое уравнение конструкции пружины, и ее необходимо учитывать перед настройкой пружинного механизма.
Запуск пружинного станка без предварительного расчета ключевых параметров — это пустая трата материала и производство деталей, не соответствующих техническим характеристикам. Следующие формулы являются основой любой конструкции пружины сжатия.
Где G = модуль сдвига (~ 80 000 МПа для стали), d = диаметр проволоки, D = средний диаметр витка, Na = количество активных витков. Типичная автомобильная клапанная пружина с d = 3,5 мм, D = 28 мм и Na = 8 обеспечивает жесткость около 28 Н/мм.
C = D/d (индекс пружины). Пружины с индексом ниже 4 испытывают высокую концентрацию напряжений на внутренней витке — коэффициент Валя корректирует расчет напряжения сдвига. Большинство пружин имеют коэффициент C от 6 до 12.
Nc = количество неактивных (замкнутых) витков, δ = шаг × Na. Для пружины сжатия с двумя закрытыми концами Nc = 2. Свободная длина непосредственно определяет положение остановки машины при намотке на Станок для навивки пружин с ЧПУ .
Сплошная длина — это сжатая высота, когда все витки соприкасаются. Всегда проверяйте, что рабочее отклонение удерживает пружину как минимум на 15 % выше полной длины, чтобы избежать постоянной просадки. Многие операторы пружинных станков используют это для проверки минимального зазора.
Прежде чем программировать пружинная машина , убедитесь, что конструкция прошла три проверки: (1) максимальное напряжение под нагрузкой остается ниже 45% прочности на растяжение для динамических применений; (2) пружина не прогибается — тонкие пружины с соотношением Lf/D выше 4 склонны к поперечному прогибанию; (3) собственная частота как минимум в 13 раз превышает рабочую частоту, чтобы избежать резонанса. Отсутствие любой из этих проверок приводит к сбоям в работе, часто в течение первых 100 000 циклов.
A пружинная машина представляет собой систему формования с точным контролем, которая снимает необработанную проволоку с катушки и сгибает ее в готовую пружину за один непрерывный проход. Современные версии с ЧПУ заменяют кулачково-рычажные механизмы старых станков осями с сервоприводом, которые можно перепрограммировать за считанные минуты. Понимание того, что происходит внутри машины, необходимо для устранения неисправностей, связанных с дрейфом диаметра, изменением шага и дефектами конечного состояния.
Проволока проходит через выпрямитель — серию роликов, установленных под разными углами, — который удаляет естественную намотку и спираль с катушки. Недостаточная выпрямление является основной причиной изменения диаметра рулонов на производстве. Большинство машины для навивки пружин используйте выпрямители с 5 или 9 роликами; Для более толстой проволоки диаметром более 6 мм можно использовать приводные прижимные ролики с обратной связью по крутящему моменту. Скорость подачи напрямую определяет выходную скорость станка: при подаче 200 мм/с для завода пружины свободной длины 30 мм требуется около 0,15 секунды.
Точка намотки — штифт или ролик из закаленного карбида — отклоняет проволоку против оправки или в свободный воздух, создавая диаметр катушки. Перемещение точки намотки внутрь увеличивает диаметр; наружу оно уменьшается. Инструмент шага контролирует осевое продвижение на оборот, устанавливая угол наклона пружины и, в конечном итоге, свободную длину. На пружинный станок с ЧПУ Обе оси обновляют положение 500–1000 раз в секунду, что позволяет использовать конические диаметры, переменный шаг и бочкообразные профили в рамках одного и того же ветрового цикла.
Как только запрограммированное количество витков будет достигнуто, отрезной нож аккуратно перережет проволоку. Отрезной элемент должен срабатывать под правильным углом поворота, чтобы обеспечить постоянную геометрию конца. Неправильный выбор времени обрезки приводит к появлению зазубрин, заусенцев или сплющенных концов, которые не позволяют шлифовать или влияют на прямоугольность пружины. В высокоскоростных машинах используются пневматические или сервосистемы отключения со временем срабатывания менее 5 миллисекунд.
Ведущий пружинная машина Среди производителей — WAFIOS (Германия), Itaya (Япония), Bamatec (Швейцария) и многочисленные китайские производители. 4-осевой намоточный станок с ЧПУ среднего класса, способный обрабатывать проволоку диаметром 0,3–6 мм, обычно стоит от 40 000 до 120 000 долларов США в зависимости от скорости и конфигурации осей.
Следующая последовательность действий охватывает промышленное производство пружин сжатия от необработанной проволоки до готовой, проверенной детали. Пружины кручения и растяжения имеют один и тот же каркас с модификациями на стадиях формовки и термообработки.
Входящий провод проверяется на соответствие сертификату материала: допуск на диаметр (обычно ±0,5% для музыкального провода), прочность на разрыв, состояние поверхности и вес катушки. Проволока с поверхностными швами, выбоинами или диаметром, выходящим за пределы допуска, отбраковывается до того, как она достигнет машины. Отклонение диаметра всего на 2 % изменяет жесткость пружины примерно на 8 % (поскольку жесткость зависит от d⁴).
Оператор загружает проволоку через выпрямитель и подает ее к месту намотки. Программа ЧПУ определяет: скорость подачи проволоки, заданное значение диаметра рулона, шаг на оборот, общее количество рулонов и положение обрезки. Образцы первых изделий наматываются на медленной скорости — обычно 10–20 % от скорости производства — и измеряются по отпечатку. Корректировка положения точки намотки, угла наклона инструмента и времени обрезки производится до тех пор, пока все размеры не окажутся в пределах допуска.
После утверждения первого изделия машина работает на полной производственной скорости. Выходная скорость зависит от размера провода: Проволока диаметром 0,5 мм работает со скоростью 200–400 пружин в минуту; Проволока диаметром 6 мм работает со скоростью 15–40 пружин в минуту. . Образцы в процессе производства отбираются каждые 500–1000 штук и проверяются на свободную длину, внешний диаметр и общее количество бухт. Автоматические системы технического зрения на машинах более высокого класса проверяют каждую деталь.
Свеженавитые пружины несут остаточное напряжение от процесса формовки. Снятие напряжений устраняет их без рекристаллизации нагартованной микроструктуры проволоки. Для пружин из углеродистой стали это означает 200–260 °С в течение 20–30 минут. в сетчатой ленточной печи или печи периодического действия. Нержавеющая сталь требует 315–370 °C. После обработки свободная длина может измениться на 0,5–2% по мере релаксации остаточных напряжений — это необходимо учитывать в программе намотки.
Пружины сжатия с закрытыми концами шлифуются на двухдисковой или ротационной шлифовальной машине до получения плоской опорной поверхности. Шлифование должно удалить достаточно материала, чтобы обеспечить прямоугольность в пределах допуска — обычно наклон менее 1,5° согласно стандарту DIN 2096/ISO 10243. Неполное шлифование оставляет точечный контакт вместо полного подшипникового контакта; чрезмерное измельчение повреждает активные витки и снижает жесткость пружины.
Пружины с высокой нагрузкой сжимаются до твердой высоты один или несколько раз, чтобы создать благоприятное остаточное напряжение сжатия на внутренней поверхности витка. Этот процесс, называемый очисткой или предварительной настройкой, навсегда укорачивает пружину на 1–5% от свободной длины, но увеличивает устойчивость пружины к постоянной установке в течение срока службы. Пружины автомобильной подвески и клапанные пружины почти всегда очищаются перед отправкой.
При дробеструйной обработке поверхность пружины бомбардируется небольшими стальными или керамическими шариками с высокой скоростью, создавая слой сжимающего напряжения глубиной 0,1–0,3 мм. Этот слой препятствует образованию усталостных трещин на поверхности проволоки. Дробеструйная обработка может продлить усталостный срок службы пружины за счет 200–500% в приложениях с большим количеством циклов, таких как пружины клапанов двигателей, которые совершают циклы 10⁸ раз или более.
Пружины из углеродистой стали без защитного покрытия ржавеют в течение нескольких недель во влажной среде. Обычные виды отделки включают: электроцинкование (5–12 мкм), цинк-фосфатное масло, порошковое или электронное покрытие. В пружинах для пищевой, медицинской или уличной среды используется базовый материал из нержавеющей стали или дополнительные органические покрытия. Водородное охрупчивание при нанесении покрытия представляет собой известный риск: послепрокаливание пластины при температуре 190–220 °C в течение 4–8 часов приводит к удалению поглощенного водорода.
Каждая производственная партия проходит размерные и нагрузочные испытания. Прибор для проверки жесткости пружины сжимает пружину до двух или трех заданных длин и регистрирует усилие в каждой точке. Измеренная скорость должна соответствовать расчетным характеристикам в пределах ±10% для обычных пружин или ±5% для прецизионных пружин. Статистический отбор проб осуществляется в соответствии с таблицами AQL — обычно AQL 1,0 или 1,5 для критически важных применений — это означает, что для партии из 1000 пружин требуется проверка 80–125 образцов.
Для прототипирования, ремонтных работ или небольших партий вполне возможно изготовить функциональную пружину сжатия или растяжения без специального оборудования. пружинная машина . Инструментарий минимален, и процесс прост для проволоки диаметром менее 2 мм.
Пружины с ручным заводом не будут соответствовать размерным характеристикам деталей, изготовленных машинным способом. Ожидайте, что свободное изменение длины составит ±3–5%, а диаметра — ±2–4% при намотке вручную. Для всего, что требует более жестких допусков или количества более 20–30 штук, машина для навивки пружин это практическое решение.
Даже при хорошем состоянии пружинная машина Дефекты появляются при отклонениях в настройке или изменении свойств материала. В следующей таблице наиболее частые дефекты показаны их основные причины и меры по их устранению.
| Дефект | Вероятная причина | Корректирующие действия |
|---|---|---|
| ОП постепенно увеличивается во время бега | Изношена точка намотки, снижается натяжение катушки с проволокой. | Замените точку намотки; добавить натяжение тормоза троса |
| Свободная длина слишком коротка | Инструмент наклона продвигается недостаточно далеко; неправильное количество витков | Увеличьте смещение шага инструмента; проверить количество кодировщиков |
| Неквадратные концы | Неравномерное закрытие конца катушки; шлифовальный круг не плоский | Отрегулируйте кулачок концевой катушки; платье шлифовального круга |
| Растрескивание поверхности проволоки | Швы в проволоке; Диаметр оправки слишком мал (высокое напряжение) | Отклонить партию проводов; увеличить индекс пружины (соотношение D/d) |
| Запутанные/переплетенные пружины | Внешний диаметр слишком велик относительно шага; концевые крюки на пружинах растяжения | Уменьшить ОД; добавить разделители в выходной лоток |
| Непостоянная жесткость пружины | Изменение высоты тона; диаметр проволоки вне допуска | Перепроверьте инструмент шага; спецификация партии проволоки затянуть |
| Заусенец или острый обрезанный конец | Тупой отрезной нож; неправильный угол среза | Заточите или замените нож; отрегулировать угол кулачка обрезки |
Пружины не являются товарной деталью — небольшие отклонения размеров приводят к значительным изменениям в нагрузке и усталостной долговечности. Основными стандартами, регулирующими допуски пружин, являются DIN 2095/2096 (сжатие), DIN 2097 (растяжение) и DIN 2194 (кручение). ISO 10243 и ISO 8458 также применяются к международным цепочкам поставок.
DIN 2095 определяет три класса допуска: класс 1 (±0,5% свободной длины), класс 2 (±1%), класс 3 (±2%). Пружинный станок, производящий детали класса 1 на пружинах свободной длины 80 мм, должен выдерживать ±0,4 мм — это достижимо на хорошо настроенном навивочном станке с ЧПУ, но не на старых станках кулачкового типа.
Допуски на наружный диаметр соответствуют индексу пружины и диаметру проволоки. Для типичной пружины с наружным диаметром = 20 мм и d = 1,5 мм допуск класса 2 составляет примерно ±0,4 мм. Современный пружинная машина системы с сервообратной связью обычно удерживают наружный диаметр в пределах ±0,1 мм.
Прямоугольность (перпендикулярность торцевой поверхности витка к оси пружины) определяют как максимальное отклонение в мм на 100 мм свободной длины. DIN 2096 Класс 2 допускает 3 мм на 100 мм. Пружины для прецизионной сборки — клапанные, приборные — требуют менее 1 мм на 100 мм.
Жесткость пружины проверяется на тензодатчике при двух заданных длинах. Допуск обычно составляет ±10% для коммерческих пружин и ±5% для прецизионных пружин. Пружины автомобильной подвески часто выдерживают жесткость ±3% и свободную длину ±1%, что требует 100% испытаний на автоматизированных машинах для определения жесткости пружин.
Переход от прототипа с ручным заводом или односменной ручной машины к полноценному производству требует планирования с учетом трех переменных: производительность машины, логистика материалов и инфраструктура контроля.
Используйте следующий расчет: если вам нужно 500 000 пружин в месяц и ваш машина для навивки пружин работает со скоростью 80 пружин в минуту, вам потребуется примерно 104 машино-часа в месяц. При 22 рабочих днях и 8 часах в смену одна машина за одну смену производит 192 машино-часа в месяц — вполне в пределах мощности. Но если учесть время настройки (30–60 минут на переключение), время простоя при обслуживании (5–8% от общего времени для хорошо обслуживаемой машины) и время утверждения первой детали, эффективная мощность падает примерно до 160–170 часов полезного использования. При определении производственных мощностей планируйте фактическую загрузку на уровне 75–80%.
При 500 000 пружин в месяц с пружиной свободной длины 30 мм и проволокой 1,5 мм вы расходуете примерно 15 000 метров проволоки в месяц — около 130–160 кг в зависимости от плотности сплава. Покупка проволоки в бобинах по 100 кг вместо мотков по 500 кг позволяет снизить затраты на материал на 8–15%. Убедитесь, что катушка совместима с вашей пружинная машина Система выплат перед заказом больших партий.
100% ручной контроль при производстве 500 000 штук в месяц нецелесообразен. Автоматизированные системы технического зрения для определения диаметра пружины, свободной длины и состояния концов проверяют 60–120 пружин в секунду и выявляют дефекты в режиме реального времени. Линейные нагрузочные тестеры проверяют жесткость пружины на каждой детали. Капитальные затраты на полностью автоматизированную инспекционную ячейку составляют 25 000–80 000 долларов США, но быстро окупаются, когда уровень брака падает с 1–2% до менее 0,1%.
ТК12120 TK-12120 12-осевая машина для намотки пружин с ЧПУ...
Смотрите подробности
ТК-6160 Пружинно-прокатный станок с ЧПУ TK-6160...
Смотрите подробности
ТК-6120 Пружинно-прокатный станок с ЧПУ TK-6120...
Смотрите подробности
ТК-5200 TK-5200 5-осевой станок для намотки пружин с ЧПУ ...
Смотрите подробностиМобильный QR-код
中文简体
英语
俄语
西班牙语
