วิธีสร้างสปริง: คู่มือวัสดุ เครื่องจักร และกระบวนการ

วิธีสร้างสปริง: คำตอบโดยตรง

สปริงทำโดยการขด ดัด หรือการตอกลวดโลหะหรือดึงสต็อกให้เป็นรูปร่างที่เก็บและปล่อยพลังงานกล วิธีการทั่วไปคือการพันขดลวด — ป้อนลวดผ่านก เครื่องสปริงซีเอ็นซี ซึ่งโค้งงอไปรอบๆ แมนเดรลด้วยระยะพิทช์และเส้นผ่านศูนย์กลางที่คำนวณได้อย่างแม่นยำ สำหรับการผลิตในปริมาณมาก กระบวนการนี้จะดำเนินการที่ความเร็วระหว่าง 50 ถึง 400 ส่วนต่อนาที ขึ้นอยู่กับขนาดสปริงและวัสดุ

ไม่ว่าคุณจะสร้างต้นแบบชิ้นส่วนเดียวในเวิร์กช็อปหรือใช้งานเชิงพาณิชย์หลายพันชิ้น เครื่องขดสปริง ขั้นตอนหลักจะเหมือนกัน: เลือกลวดที่ถูกต้อง กำหนดรูปทรง ลมหรือขึ้นรูปสปริง ให้ความร้อน และตกแต่งพื้นผิว แต่ละขั้นตอนมีความคลาดเคลื่อนซึ่งส่งผลโดยตรงต่อน้ำหนักของสปริง อายุการใช้งานความล้า และความสม่ำเสมอของมิติ

ส่วนด้านล่างจะแจกแจงรายละเอียดแต่ละขั้นตอนโดยละเอียด พร้อมด้วยการวัดจริง การเลือกใช้วัสดุ และการตั้งค่าเครื่องจักร เพื่อให้คุณสามารถสร้างสปริงที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือตั้งแต่คอยล์แรกจนถึงคอยล์สุดท้าย

การอ้างอิงด่วน

สปริงส่วนใหญ่ทำจากลวดเหล็กสปริงคาร์บอน (มาตรฐาน กSTM A228) หรือสแตนเลส (มาตรฐาน มาตรฐาน ASTM A313)
เส้นผ่านศูนย์กลางลวดสำหรับสปริงอัดโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.1 มม. ถึง 25 มม
มีความทันสมัย เครื่องสปริงซีเอ็นซี สามารถยึดพิกัดความเผื่อเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกได้ ±0.05 มม
การบำบัดความร้อนแบบคลายความเครียดจะทำงานที่อุณหภูมิ 200–300 °C เป็นเวลา 20–30 นาทีหลังจากการขด

ประเภทของสปริงและวิธีการผลิตสปริงแต่ละชนิด

การทำความเข้าใจว่าสปริงประเภทใดที่คุณต้องการจะเป็นตัวกำหนดกระบวนการผลิต เครื่องมือ และการกำหนดค่าเครื่องจักร มีห้าประเภทหลักที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมและผู้บริโภค

สปริงอัด

ประเภทที่พบบ่อยที่สุด ลวดกลมถูกพันเป็นเกลียวโดยมีระยะพิทช์เปิด ดังนั้นสปริงจึงถูกบีบอัดภายใต้แรงตามแนวแกน ผลิตจากคอยล์ CNC เครื่องสปริง พร้อมการปรับพิทช์ทูล โดยทั่วไปความคลาดเคลื่อนของความยาวอิสระจะอยู่ที่ ±1–2% ของความยาวที่ระบุ

สปริงขยาย

พันด้วยขดลวดปิดและแรงดึงเริ่มต้น ดังนั้นขดลวดจึงกดเข้าหากันเมื่อหยุดนิ่ง ตะขอถูกสร้างขึ้นที่ปลายแต่ละด้านโดยเครื่องสปริงทันทีหลังจากการพัน รูปทรงของตะขอ — บิดเต็ม บิดครึ่ง หรือขยาย — ถูกตั้งค่าไว้ในโปรแกรมเครื่องจักร

ทอร์ชั่นสปริง

ต้านทานแรงหมุน แผลขดปิดหรือเปิด โดยมีขายื่นออกไปในแนวสัมผัส ก เครื่องสปริงแรงบิด งอขาให้เป็นมุมที่แม่นยำ — โดยทั่วไปคือ 90°, 180° หรือมุมที่กำหนดเองภายใน ±1°

สปริงแบน / แหนบ

ประทับหรืองอจากสต็อกแถบแบน แหนบรถยนต์ใช้แผ่นซ้อนกันที่ยึดไว้ตรงกลาง สปริงแบนขนาดเล็กสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะประทับบนเครื่องปั๊มแบบโปรเกรสซีฟด้วยความเร็วสูงสุดถึง 800 จังหวะต่อนาที

ดิสก์/เบลล์วิลล์สปริง

แหวนรองทรงกรวยที่เรียงซ้อนกันแบบอนุกรมหรือขนาน เกิดจากการแกะวงแหวนออกจากแผ่นแล้วกดให้เป็นรูปทรงกรวย ความสามารถในการรับน้ำหนักจะแตกต่างกันอย่างมากตามความสูงของกรวย — ความสูงที่แตกต่างกัน 1 มม. สามารถเปลี่ยนภาระได้ 30–50%

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการผลิตสปริง

การเลือกวัสดุไม่ใช่การคาดเดาทางเลือก เนื่องจากโลหะผสมที่ไม่ถูกต้องจะทำให้เกิดความล้าก่อนเวลาอันควร ความล้มเหลวในการกัดกร่อน หรือการเคลื่อนตัวของมิติภายใต้อุณหภูมิ ตารางด้านล่างครอบคลุมวัสดุสปริงที่ระบุโดยทั่วไปในอุตสาหกรรมต่างๆ

วัสดุสปริงทั่วไป สมบัติทางกล และการใช้งานทั่วไป
วัสดุ	มาตรฐาน	ความต้านแรงดึง	อุณหภูมิสูงสุด (°C)	ดีที่สุดสำหรับ
มิวสิคไวร์ (คาร์บอนสูง)	ASTM A228	1700–2400 เมกะปาสคาล	120	วัตถุประสงค์ทั่วไปรอบสูง
ลวดดึงแข็ง	มาตรฐาน ASTM A227	1200–1900 เมกะปาสคาล	120	โหลดแบบคงที่หรือรอบต่ำ
สแตนเลส 302/304	ASTM A313	1300–2000 เมกะปาสคาล	260	สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
สแตนเลส 316	ASTM A313	1100–1800 เมกะปาสคาล	316	ทางทะเล, การสัมผัสสารเคมี
โครเมียมซิลิคอน (SiCr)	มาตรฐาน ASTM A401	1900–2200 เมกะปาสคาล	245	สปริงวาล์วความเค้นสูง
อินโคเนล 718	อมส 5596	1240–1450 เมกะปาสคาล	700	การบินและอวกาศความร้อนจัด
ฟอสเฟอร์บรอนซ์	มาตรฐาน ASTM B159	700–1100 เมกะปาสคาล	95	หน้าสัมผัสทางไฟฟ้า ไม่เป็นแม่เหล็ก

สายดนตรี (ASTM A228) ครอบคลุมประมาณ 70% ของการผลิตสปริงอัดทั้งหมด ทั่วโลกเนื่องจากมีความต้านทานแรงดึงสูงและคุณภาพพื้นผิวที่สม่ำเสมอ โครเมียมซิลิกอนอัลลอยด์ถูกใช้ในกรณีที่ความเค้นในการทำงานเกิน 45% ของความต้านทานแรงดึง หรือที่ซึ่งรอบสปริงมากกว่า 10 ล้านครั้ง

เส้นผ่านศูนย์กลางของลวดทำให้เกิดความต้านทานแรงดึง: ลวดดนตรีขนาด 0.5 มม. มีความต้านทานแรงดึงเกือบ 2,400 MPa ในขณะที่ลวดโลหะผสมขนาด 6 มม. ที่เป็นโลหะผสมชนิดเดียวกันจะลดลงเหลือประมาณ 1,700 MPa ความสัมพันธ์แบบผกผันนี้สร้างไว้ในสมการการออกแบบสปริงทุกสมการ และต้องนำมาพิจารณาก่อนการตั้งค่าเครื่องสปริง

การคำนวณการออกแบบสปริงก่อนที่คุณจะเริ่มม้วน

การใช้เครื่องสปริงโดยไม่ต้องคำนวณพารามิเตอร์หลักก่อนคือวิธีการที่คุณทิ้งวัสดุและผลิตชิ้นส่วนที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด สูตรต่อไปนี้เป็นรากฐานของการออกแบบสปริงอัดทุกแบบ

อัตราสปริง (k)

k = (ก × d⁴) / (8 × D³ × นา)

โดยที่ G = โมดูลัสแรงเฉือน (~80,000 MPa สำหรับเหล็ก), d = เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด, D = เส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดเฉลี่ย, Na = จำนวนขดลวดที่ทำงานอยู่ สปริงวาล์วรถยนต์ทั่วไปที่มี d = 3.5 มม., D = 28 มม. และ Na = 8 ให้อัตราประมาณ 28 นิวตัน/มม.

ปัจจัยการแก้ไข Wahl (Kw)

กิโลวัตต์ = (4C−1)/(4C−4) 0.615/C

C = D/d (ดัชนีสปริง) สปริงที่มีค่าดัชนีต่ำกว่า 4 จะพบกับความเข้มข้นของความเค้นสูงที่คอยล์ด้านใน — ปัจจัย Wahl จะแก้ไขการคำนวณความเค้นเฉือน สปริงส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้มี C อยู่ระหว่าง 6 ถึง 12

ความยาวฟรี (Lf)

Lf = (นา Nc) × d δ

Nc = จำนวนคอยส์ที่ไม่ได้ใช้งาน (ปิด) δ = พิทช์ × Na สำหรับสปริงอัดที่มีปลายปิด 2 อัน Nc = 2 ความยาวอิสระจะกำหนดตำแหน่งหยุดเครื่องจักรโดยตรงระหว่างการพันบน a เครื่องขดสปริง CNC .

ความยาวทึบ (Ls)

Ls = (นา Nc) × d

ความยาวทึบคือความสูงที่ถูกบีบอัดเมื่อคอยล์ทั้งหมดสัมผัสกัน ตรวจสอบเสมอว่าการโก่งตัวของสปริงทำให้สปริงอยู่เหนือความยาวทึบอย่างน้อย 15% เพื่อหลีกเลี่ยงการเซ็ตตัวถาวร ผู้ควบคุมเครื่องจักรสปริงจำนวนมากใช้สิ่งนี้เพื่อตรวจสอบช่องว่างขั้นต่ำ

ก่อนการเขียนโปรแกรมก เครื่องสปริง ตรวจสอบว่าการออกแบบผ่านการตรวจสอบสามครั้ง: (1) ความเค้นสูงสุดภายใต้ภาระยังคงอยู่ต่ำกว่า 45% ของความต้านทานแรงดึงสำหรับการใช้งานแบบไดนามิก; (2) สปริงไม่โก่ง — สปริงเรียวที่มีอัตราส่วน Lf/D มากกว่า 4 มีแนวโน้มที่จะเกิดการโก่งด้านข้าง (3) ความถี่ธรรมชาติเป็นอย่างน้อย 13 เท่าของความถี่ในการทำงานเพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นพ้อง การขาดการตรวจสอบใดๆ เหล่านี้นำไปสู่ความล้มเหลวของภาคสนาม ซึ่งมักจะเกิดขึ้นภายใน 100,000 รอบแรก

วิธีการทำงานของเครื่องจักรสปริง: ตั้งแต่การป้อนลวดไปจนถึงคอยล์สำเร็จรูป

A เครื่องสปริง เป็นระบบการขึ้นรูปที่มีการควบคุมอย่างแม่นยำ โดยนำลวดดิบจากแกนม้วนแล้วดัดให้เป็นสปริงที่เสร็จแล้วในการผ่านต่อเนื่องเพียงครั้งเดียว เวอร์ชัน CNC สมัยใหม่แทนที่กลไกลูกเบี้ยวและคันโยกของเครื่องรุ่นเก่าด้วยแกนที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมใหม่ได้ภายในไม่กี่นาที การทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นภายในเครื่องจักรถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการแก้ไขปัญหาการเคลื่อนตัวของเส้นผ่านศูนย์กลาง ความแปรผันของระยะพิทช์ และข้อบกพร่องในสภาวะขั้นสุดท้าย

ระบบป้อนลวด

ลวดจะเข้าสู่เครื่องหนีบผม ซึ่งเป็นชุดลูกกลิ้งที่ตั้งมุมสลับกัน ซึ่งจะขจัดส่วนที่หล่อตามธรรมชาติและเกลียวออกจากแกนม้วน การยืดผมที่ไม่เพียงพอเป็นสาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางของคอยล์ในการผลิต มากที่สุด เครื่องขดสปริง ใช้เครื่องหนีบผมแบบ 5 ลูกกลิ้งหรือ 9 ลูกกลิ้ง ลวดที่หนักกว่า 6 มม. อาจใช้ฟีดลูกกลิ้งหนีบที่ขับเคลื่อนด้วยการตอบสนองแรงบิด อัตราป้อนจะกำหนดความเร็วเอาต์พุตของเครื่องโดยตรง: ที่อัตราป้อน 200 มม./วินาที สปริงที่มีความยาวอิสระ 30 มม. ใช้เวลาประมาณ 0.15 วินาทีในการม้วน

เครื่องมือจุดคอยล์และพิทช์

จุดขด - หมุดหรือลูกกลิ้งคาร์ไบด์ชุบแข็ง - จะเบนลวดไปชนกับแมนเดรลหรือไปในอากาศเพื่อสร้างเส้นผ่านศูนย์กลางของคอยล์ การขยับจุดขดม้วนเข้าด้านในจะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้น ภายนอกมันลดลง เครื่องมือพิทช์จะควบคุมการเคลื่อนตัวของแกนต่อรอบ ตั้งค่ามุมพิตช์ของสปริงและความยาวอิสระในที่สุด บน เครื่องสปริงซีเอ็นซี ทั้งสองแกนจะอัปเดตตำแหน่ง 500–1,000 ครั้งต่อวินาที ทำให้สามารถมีเส้นผ่านศูนย์กลางเรียว ระยะพิทช์ที่แปรผันได้ และโปรไฟล์รูปลำกล้องได้ทั้งหมดภายในวัฏจักรลมเดียวกัน

กลไกการตัดออก

เมื่อถึงจำนวนขดลวดที่ตั้งโปรแกรมไว้ มีดตัดจะแยกสายไฟออกอย่างหมดจด การตัดออกจะต้องยิงที่มุมการหมุนที่ถูกต้องเพื่อสร้างรูปทรงส่วนปลายที่สอดคล้องกัน เวลาตัดเฉือนที่ไม่ดีจะทำให้เกิดตะขอ ครีบ หรือปลายหัก ซึ่งไม่สามารถเจียรหรือส่งผลต่อความเหลี่ยมของสปริง เครื่องจักรความเร็วสูงใช้ระบบตัดนิวแมติกหรือเซอร์โวซึ่งมีเวลาตอบสนองต่ำกว่า 5 มิลลิวินาที

ประเภทของเครื่องสปริง

เครื่องสปริงแบบแคม: ลูกเบี้ยวกลขับเคลื่อนเครื่องมือขึ้นรูป ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับสปริงอัดธรรมดาที่มีปริมาณมาก ความยืดหยุ่นที่จำกัด — การเปลี่ยนรูปทรงของสปริงจำเป็นต้องเปลี่ยนลูกเบี้ยวจริง
เครื่องขดลวด CNC (2-4 แกน): เซอร์โวมอเตอร์มาแทนที่ลูกเบี้ยว เส้นผ่านศูนย์กลาง ระยะพิทช์ และความยาวอิสระสามารถตั้งโปรแกรมได้ เวลาการเปลี่ยนแปลงลดลงจาก 4–8 ชั่วโมง (เครื่องแคม) เป็น 20–40 นาที จับลวดได้ตั้งแต่ 0.1 มม. ถึง 20 มม.
เครื่องสปริง CNC แบบหลายแกน (6-8 แกน): เพิ่มแกนดัดและขึ้นรูปเพิ่มเติมสำหรับขาบิด ตะขอ และรูปทรงที่ซับซ้อน สามารถผลิตสปริงส่วนต่อพร้อมขอเกี่ยวแบบวงปิด สปริงทอร์ชันพร้อมขาเชิงมุม และแบบลวดได้ในการตั้งค่าครั้งเดียว
เครื่องขึ้นรูปสปริง (เครื่อง wireform): 8–12 แกนพร้อมหัวหมุนหรือเครื่องมือดัดหลายอัน ใช้สำหรับรูปทรงลวด 3D ที่ซับซ้อน เช่น คลิป แหวนล็อก รีเทนเนอร์ ที่ไม่ใช่คอยล์สปริงแบบดั้งเดิม
เครื่องสปริงแบน/กด: ประทับหรือดัดสต็อกแถบแบนให้เป็นแหนบ สปริงแบบ snap หรือสปริงหน้าสัมผัส ใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และยานยนต์

เป็นผู้นำ เครื่องสปริง ผู้ผลิตได้แก่ WAFIOS (เยอรมนี), Itaya (ญี่ปุ่น), Bamatec (สวิตเซอร์แลนด์) และผู้ผลิตในจีนจำนวนมาก เครื่องคอยล์ CNC 4 แกนระดับกลางที่สามารถจัดการลวดขนาด 0.3–6 มม. โดยทั่วไปจะมีราคาระหว่าง 40,000 ถึง 120,000 เหรียญสหรัฐ ขึ้นอยู่กับความเร็วและการกำหนดค่าแกน

กระบวนการผลิตสปริงทีละขั้นตอน

ลำดับต่อไปนี้ครอบคลุมถึงการผลิตสปริงอัดทางอุตสาหกรรมตั้งแต่ลวดดิบไปจนถึงชิ้นส่วนที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว สปริงทอร์ชั่นและสปริงขยายเป็นไปตามโครงสร้างเดียวกัน โดยมีการปรับเปลี่ยนในขั้นตอนการขึ้นรูปและการบำบัดความร้อน

ขั้นตอนที่ 1

การเตรียมและตรวจสอบสายไฟ

ลวดขาเข้าได้รับการตรวจสอบตามใบรับรองวัสดุ: ความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลาง (โดยทั่วไป ±0.5% สำหรับสายดนตรี) ความต้านทานแรงดึง สภาพพื้นผิว และน้ำหนักของแกนหมุน ลวดที่มีตะเข็บที่พื้นผิว รูพรุน หรือเส้นผ่านศูนย์กลางเกินพิกัดความเผื่อจะถูกปฏิเสธก่อนถึงเครื่องจักร ความเบี่ยงเบนของเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 2% จะเปลี่ยนอัตราสปริงประมาณ 8% (เนื่องจากอัตราสเกลด้วย d⁴)

ขั้นตอนที่ 2

การตั้งค่าเครื่องสปริงและการเขียนโปรแกรม

ผู้ปฏิบัติงานโหลดลวดผ่านเครื่องหนีบผมและป้อนลวดไปยังจุดขด โปรแกรม CNC ระบุ: อัตราการป้อนลวด จุดตั้งค่าเส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์ ระยะพิทช์ต่อรอบ จำนวนคอยล์ทั้งหมด และตำแหน่งจุดตัด ตัวอย่างบทความแรกจะถูกพันด้วยความเร็วต่ำ — โดยทั่วไปคือ 10–20% ของความเร็วในการผลิต — และวัดเทียบกับงานพิมพ์ การปรับเปลี่ยนตำแหน่งจุดขดขด มุมเครื่องมือพิตช์ และจังหวะคัทออฟจะดำเนินการจนกว่าขนาดทั้งหมดจะอยู่ภายในพิกัดความเผื่อ

ขั้นตอนที่ 3

ขดลวดที่ความเร็วการผลิต

เมื่อบทความแรกได้รับการอนุมัติ เครื่องจักรจะทำงานด้วยความเร็วการผลิตสูงสุด อัตราเอาต์พุตจะแตกต่างกันไปตามขนาดสายไฟ: ลวดขนาด 0.5 มม. วิ่งที่ 200–400 สปริง/นาที ลวดขนาด 6 มม. วิ่งที่ 15–40 สปริง/นาที . ตัวอย่างที่อยู่ในกระบวนการจะถูกดึงทุกๆ 500–1,000 ชิ้น และตรวจสอบความยาวฟรี เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก และจำนวนคอยล์ทั้งหมด วิชันซิสเต็มอัตโนมัติบนเครื่องจักรระดับสูงจะตรวจสอบทุกชิ้นส่วน

ขั้นตอนที่ 4

การบรรเทาความเครียด (การรักษาความร้อนด้วยอุณหภูมิต่ำ)

สปริงที่เพิ่งพันใหม่จะนำความเค้นตกค้างจากกระบวนการขึ้นรูป การบรรเทาความเครียดจะช่วยขจัดสิ่งนี้โดยไม่ต้องตกผลึกโครงสร้างจุลภาคที่ทำงานด้วยความเย็นของลวดอีกครั้ง สำหรับสปริงเหล็กกล้าคาร์บอนนี่หมายถึง 200–260 °C เป็นเวลา 20–30 นาที ในเตาอบแบบสายพานตาข่ายหรือเตาอบแบบแบตช์ สแตนเลสต้องใช้อุณหภูมิ 315–370 °C หลังการบำบัด ความยาวอิสระสามารถเปลี่ยนแปลงได้ 0.5–2% เนื่องจากความเค้นตกค้างผ่อนคลายลง ซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาในโปรแกรมการพันด้วย

ขั้นตอนที่ 5

การเจียรปลาย (สำหรับสปริงอัด)

สปริงอัดที่มีปลายปิดจะถูกกราวด์บนเครื่องบดแบบจานคู่หรือเครื่องบดแบบหมุนเพื่อสร้างพื้นผิวลูกปืนที่เรียบ การเจียรจะต้องเอาวัสดุออกมากพอที่จะทำให้เกิดความเหลี่ยมภายในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ — โดยทั่วไป ความเอียงน้อยกว่า 1.5° ตามมาตรฐาน DIN 2096 / ISO 10243 การเจียรน้อยจะทำให้มีการสัมผัสแบบจุดแทนที่จะเป็นหน้าสัมผัสแบบแบริ่งเต็ม การบดมากเกินไปจะตัดเข้าไปในขดลวดที่ใช้งานอยู่และลดอัตราสปริง

ขั้นตอนที่ 6

การตั้งค่าล่วงหน้า (Scragging)

สปริงรับน้ำหนักสูงถูกบีบอัดจนมีความสูงที่มั่นคงอย่างน้อยหนึ่งครั้งเพื่อทำให้เกิดความเค้นตกค้างจากแรงอัดที่ดีบนพื้นผิวคอยล์ด้านใน กระบวนการนี้ - เรียกว่า scragging หรือการตั้งค่าล่วงหน้า - จะทำให้สปริงสั้นลงอย่างถาวร 1–5% ของความยาวอิสระ แต่จะเพิ่มความต้านทานของสปริงต่อการเซ็ตตัวถาวรตลอดอายุการใช้งาน สปริงระบบกันสะเทือนของรถยนต์และสปริงวาล์วมักจะถูกฉีกขาดก่อนการขนส่ง

ขั้นตอนที่ 7

Shot Peening (สำหรับการใช้งานที่มีความล้าสูง)

การสกัดด้วยการยิงจะยิงถล่มพื้นผิวสปริงด้วยลูกบอลเหล็กหรือเซรามิกขนาดเล็กที่ความเร็วสูง ทำให้เกิดชั้นความเค้นอัดลึก 0.1–0.3 มม. ชั้นนี้ต้านทานการแตกร้าวเมื่อยล้าจากแรงดึงจากการเริ่มต้นบนพื้นผิวลวด การขัดผิวแบบ Shot Peening สามารถยืดอายุความล้าของสปริงได้ 200–500% ในการใช้งานรอบสูง เช่น สปริงวาล์วเครื่องยนต์ที่หมุนเวียน 10⁸ ครั้งขึ้นไป

ขั้นตอนที่ 8

การตกแต่งพื้นผิวและการเคลือบผิว

สปริงเหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่มีการเคลือบป้องกันจะเกิดสนิมภายในไม่กี่สัปดาห์ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น พื้นผิวทั่วไป ได้แก่ การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (5–12 µm) น้ำมันซิงค์ฟอสเฟต การเคลือบผง หรือการเคลือบ e สปริงสำหรับอาหาร การแพทย์ หรือสภาพแวดล้อมกลางแจ้งใช้วัสดุฐานสแตนเลสหรือสารเคลือบออร์แกนิกเพิ่มเติม ไฮโดรเจนที่เปราะจากการชุบเป็นความเสี่ยงที่ทราบกันดีอยู่แล้ว — หลังการอบจานที่อุณหภูมิ 190–220 °C เป็นเวลา 4–8 ชั่วโมง จะขับไฮโดรเจนที่ดูดซับออกไป

ขั้นตอนที่ 9

การตรวจสอบขั้นสุดท้ายและการทดสอบโหลด

ทุกล็อตการผลิตต้องผ่านการทดสอบมิติและโหลด เครื่องมือทดสอบอัตราสปริงจะบีบอัดสปริงตามความยาวที่กำหนดไว้สองหรือสามค่าและบันทึกแรงที่แต่ละจุด อัตราที่วัดได้จะต้องตรงกับข้อกำหนดการออกแบบภายใน ±10% สำหรับสปริงทั่วไปหรือ ±5% สำหรับสปริงที่มีความแม่นยำ การสุ่มตัวอย่างทางสถิติเป็นไปตามตาราง AQL โดยทั่วไปคือ AQL 1.0 หรือ 1.5 สำหรับการใช้งานที่สำคัญ ซึ่งหมายความว่าสปริงจำนวนมาก 1,000 ตัวต้องมีการตรวจสอบตัวอย่าง 80–125 ตัวอย่าง

วิธีทำสปริงด้วยมือโดยไม่ต้องใช้เครื่องสปริง

สำหรับการสร้างต้นแบบ งานซ่อมแซม หรือปริมาณน้อย สามารถสร้างสปริงอัดหรือสปริงขยายได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะใดๆ เครื่องสปริง . เครื่องมือใช้เพียงเล็กน้อยและกระบวนการไม่ซับซ้อนสำหรับลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 2 มม.

สิ่งที่คุณต้องการ

ลวดสปริงในโลหะผสมและเส้นผ่านศูนย์กลางที่ถูกต้อง (สายดนตรี ASTM A228 เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีที่สุด)
แมนเดรล - ก้านกลมหรือดอกสว่านเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางด้านใน (ID) ที่ต้องการเล็กน้อย สปริงจะดีดตัวขึ้นเล็กน้อยหลังจากการขึ้นรูป หากคุณต้องการ ID = 10 มม. ให้ใช้แมนเดรลขนาด 9–9.5 มม
ปากกาจับแบบตั้งโต๊ะหรือเครื่องกลึงเพื่อยึดแมนเดรลระหว่างการม้วน
คีมตัดลวดและคีมปากแหลม
คบเพลิงโพรเพนและถังดับ (สำหรับการรักษาความร้อนหากใช้ลวดที่ชุบแข็งไว้ล่วงหน้า — ไม่แนะนำสำหรับการพันด้วยมือ ให้ใช้ลวดอบอ่อนแทน)

ขั้นตอนการไขลานด้วยมือ

ยึดแมนเดรลในแนวนอนด้วยปากกาจับหรือจับด้วยสว่านมือหรือเครื่องกลึง
ยึดปลายลวดเข้ากับแมนเดรลโดยใช้รูเจาะหรือเทปเพื่อให้ตึง
พันลวดรอบแมนเดรลให้เป็นเกลียวให้แน่นและสม่ำเสมอ ใช้แรงตึงที่หนักแน่นและสม่ำเสมอตลอด — ความตึงที่ไม่สอดคล้องกันทำให้เกิดความแปรผันของเส้นผ่านศูนย์กลางและระยะพิทช์
สำหรับสปริงอัด ให้แนะนำการเคลื่อนตัวตามแนวแกน (ระยะพิทช์) ที่สม่ำเสมอในแต่ละรอบ ใช้ตัวนำระยะพิทช์ที่กลึงด้วยเครื่องจักรหรือค่อยๆ หมุนระยะห่างด้วยตา โดยเล็งไปที่ระยะพิทช์เท่ากับ 1.5× เส้นผ่านศูนย์กลางเส้นลวดเป็นจุดเริ่มต้น
พันขดลวดปิดพิเศษ 1-2 ม้วนที่ปลายแต่ละด้านเพื่อสร้างขดลวดปิดที่ไม่ได้ใช้งาน
ตัดสายไฟด้วยเครื่องตัดลวดแบบฟลัชคัทที่ส่วนท้ายของขดลวดที่ไม่ได้ใช้งานครั้งสุดท้าย
เลื่อนสปริงออกจากแมนเดรล แล้ววัดความยาวอิสระและเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก
คลายเครียดด้วยการวางสปริงไว้ในเตาอบในห้องครัวที่อุณหภูมิ 230 °C เป็นเวลา 20 นาที จากนั้นจึงปล่อยให้อากาศเย็น ขั้นตอนนี้จะช่วยลดการตั้งค่าเริ่มต้นลงอย่างมากและทำให้ขนาดคงที่

สปริงพันด้วยมือจะไม่ตรงกับมิติความสม่ำเสมอของชิ้นส่วนที่ผลิตโดยเครื่องจักร ความยาวจะแปรผันอย่างอิสระ ±3–5% และความแปรผันของเส้นผ่านศูนย์กลาง ±2–4% เมื่อทำการพันด้วยมือ สำหรับสิ่งใดที่ต้องการความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดมากขึ้นหรือมากกว่า 20–30 ชิ้น a เครื่องขดสปริง เป็นวิธีแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติ

ข้อบกพร่องทั่วไปของสปริงและวิธีแก้ไขบนเครื่องสปริง

แม้จะดูแลรักษาอย่างดี เครื่องสปริง ข้อบกพร่องจะปรากฏขึ้นเมื่อการตั้งค่าเบี่ยงเบนหรือคุณสมบัติของวัสดุแตกต่างกันไป ตารางต่อไปนี้จะแมปข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดกับสาเหตุที่แท้จริงและการดำเนินการแก้ไข

คู่มือการแก้ไขปัญหาข้อบกพร่องของเครื่องสปริงสำหรับการผลิตคอยล์สปริง
ข้อบกพร่อง	สาเหตุน่าจะ	การดำเนินการแก้ไข
OD ค่อยๆ เพิ่มขึ้นระหว่างการวิ่ง	จุดขดสึกหรอ ความตึงของแกนม้วนลวดลดลง	เปลี่ยนจุดคอยล์ เพิ่มแรงตึงลวดเบรก
ความยาวฟรีสั้นเกินไป	เครื่องมือสนามไม่ก้าวหน้าไปไกลพอ จำนวนคอยล์ไม่ถูกต้อง	เพิ่มออฟเซ็ตเครื่องมือพิทช์ ตรวจสอบจำนวนตัวเข้ารหัส
ปลายไม่เหลี่ยม	การปิดคอยล์ปลายไม่เท่ากัน ล้อเจียรไม่แบน	ปรับลูกเบี้ยวคอยล์ปลาย; ชุดล้อเจียร
การแตกร้าวของพื้นผิวลวด	ตะเข็บลวด เส้นผ่านศูนย์กลางแมนเดรลเล็กเกินไป (ความเค้นสูง)	ปฏิเสธล็อตลวด เพิ่มดัชนีสปริง (อัตราส่วน D/d)
สปริงที่พันกัน / ประสานกัน	OD ใหญ่เกินไปเมื่อเทียบกับระดับเสียง ตะขอปลายบนสปริงส่วนต่อขยาย	ลดโอดี; เพิ่มตัวแบ่งในถาดส่งออก
อัตราสปริงไม่สม่ำเสมอ	การเปลี่ยนแปลงระดับเสียง; เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดภายนอกความอดทน	ตรวจสอบเครื่องมือพิทช์อีกครั้ง ขันสเปคล็อตลวดให้แน่น
เสี้ยนหรือปลายตัดแหลมคม	มีดตัดทื่อ มุมตัดไม่ถูกต้อง	ลับหรือเปลี่ยนมีด ปรับมุมลูกเบี้ยวตัด

มาตรฐานคุณภาพการผลิตสปริงและความคลาดเคลื่อน

สปริงไม่ใช่ชิ้นส่วนสินค้าโภคภัณฑ์ การเบี่ยงเบนมิติเล็กน้อยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในด้านน้ำหนักบรรทุกและความเมื่อยล้า มาตรฐานหลักที่ควบคุมความคลาดเคลื่อนของสปริงคือ DIN 2095/2096 (แรงอัด), DIN 2097 (ส่วนต่อขยาย) และ DIN 2194 (แรงบิด) ISO 10243 และ ISO 8458 ยังใช้กับห่วงโซ่อุปทานระหว่างประเทศด้วย

ความอดทนต่อความยาวฟรี

DIN 2095 กำหนดเกรดความคลาดเคลื่อนสามระดับ: เกรด 1 (±0.5% ของความยาวอิสระ), เกรด 2 (±1%), เกรด 3 (±2%) เครื่องจักรสปริงที่ผลิตชิ้นส่วนเกรด 1 บนสปริงที่มีความยาวอิสระ 80 มม. จะต้องมีความคงตัว ±0.4 มม. ซึ่งสามารถทำได้บนเครื่องคอยล์ CNC ที่ได้รับการปรับแต่งมาอย่างดี แต่ไม่ใช่ในเครื่องจักรประเภทลูกเบี้ยวรุ่นเก่า

ความคลาดเคลื่อนเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก

ความคลาดเคลื่อนของ OD เป็นไปตามดัชนีสปริงและเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวด สำหรับสปริงทั่วไปที่มี OD = 20 มม. และ d = 1.5 มม. ค่าเผื่อเกรด 2 จะอยู่ที่ประมาณ ±0.4 มม. ทันสมัย เครื่องสปริง ระบบที่มีการตอบสนองของเซอร์โวจะคง OD ไว้ภายใน ±0.1 มม. เป็นประจำ

ความเหลี่ยม

ความเป็นสี่เหลี่ยม (ความตั้งฉากของหน้าคอยล์ส่วนท้ายกับแกนสปริง) ถูกระบุเป็นค่าเบี่ยงเบนสูงสุดในหน่วย มม. ต่อความยาวอิสระ 100 มม. DIN 2096 เกรด 2 อนุญาต 3 มม. ต่อ 100 มม. สปริงสำหรับการประกอบที่แม่นยำ เช่น สปริงวาล์ว สปริงเครื่องมือ ต้องใช้ความหนาน้อยกว่า 1 มม. ต่อ 100 มม.

ความทนทานต่ออัตราสปริง

อัตราสปริงได้รับการทดสอบบนโหลดเซลล์ที่ความยาวที่กำหนดสองค่า โดยทั่วไปความคลาดเคลื่อนจะอยู่ที่ ±10% สำหรับสปริงเชิงพาณิชย์และ ±5% สำหรับสปริงที่มีความแม่นยำ สปริงกันสะเทือนของยานยนต์มักจะถูกยึดไว้ที่อัตรา ±3% และความยาวอิสระ ±1% ซึ่งต้องมีการทดสอบ 100% กับเครื่องอัตราสปริงอัตโนมัติ

การขยายขนาด: จากต้นแบบไปจนถึงการผลิตบนเครื่องจักรสปริง

การเปลี่ยนจากต้นแบบที่ใช้การพันด้วยมือหรือเครื่องจักรแบบแมนนวลกะเดียวไปสู่การผลิตเต็มรูปแบบจำเป็นต้องมีการวางแผนเกี่ยวกับตัวแปรสามประการ ได้แก่ กำลังการผลิตของเครื่องจักร การขนส่งวัสดุ และโครงสร้างพื้นฐานการตรวจสอบ

การประมาณข้อกำหนดเอาต์พุตของเครื่องจักร

ใช้การคำนวณต่อไปนี้: หากคุณต้องการสปริง 500,000 สปริงต่อเดือนและของคุณ เครื่องขดสปริง ทำงานที่ 80 สปริง/นาที คุณต้องมีชั่วโมงเครื่องประมาณ 104 ชั่วโมงต่อเดือน ที่ 22 วันทำงาน 8 ชั่วโมง/กะ เครื่องจักรหนึ่งเครื่องต่อกะเดียวจะผลิตชั่วโมงเครื่องได้ 192 ชั่วโมงต่อเดือน ซึ่งอยู่ในขีดความสามารถที่ดี แต่เมื่อคุณคำนึงถึงเวลาการตั้งค่า (30–60 นาทีต่อการเปลี่ยนแปลง) เวลาหยุดทำงานของการบำรุงรักษา (5–8% ของเวลาทั้งหมดสำหรับเครื่องจักรที่ได้รับการดูแลอย่างดี) และเวลาอนุมัติบทความแรก ความจุที่แท้จริงจะลดลงเหลือประมาณ 160–170 ชั่วโมงการใช้งาน วางแผนการใช้งานจริง 75–80% เมื่อเสนอราคากำลังการผลิต

การขนส่งแบบใช้สายไฟตามขนาด

ที่ 500,000 สปริง/เดือน ด้วยสปริงที่มีความยาวอิสระ 30 มม. โดยใช้ลวด 1.5 มม. คุณจะใช้ลวดประมาณ 15,000 เมตรต่อเดือน หรือประมาณ 130–160 กก. ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของโลหะผสม การซื้อลวดแบบม้วนขนาด 100 กก. เทียบกับแบบม้วนขนาด 500 กก. สามารถลดต้นทุนวัสดุได้ 8–15% ยืนยันความเข้ากันได้ของสปูลกับคุณ เครื่องสปริง ระบบการจ่ายเงินก่อนสั่งสินค้าปริมาณมาก

การตรวจสอบที่ปริมาตร

การตรวจสอบด้วยตนเอง 100% ที่ 500,000 ชิ้นต่อเดือนไม่สามารถทำได้ วิชันซิสเต็มอัตโนมัติสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางสปริง ความยาวอิสระ และสภาพปลายตรวจสอบ 60–120 สปริงต่อวินาที และแจ้งข้อบกพร่องแบบเรียลไทม์ เครื่องมือทดสอบโหลดแบบอินไลน์ตรวจสอบอัตราสปริงในทุกชิ้นส่วน ต้นทุนเงินทุนสำหรับเซลล์ตรวจสอบอัตโนมัติเต็มรูปแบบอยู่ที่ 25,000–80,000 เหรียญสหรัฐ แต่จะจ่ายคืนอย่างรวดเร็วเมื่ออัตราของเสียลดลงจาก 1–2% เหลือต่ำกว่า 0.1%.

ภาษา

ข่าว