Un diametro di 5 micron di scarto modifica la costante elastica del 7 percento

Su un filo per molle da 0,30 mm, una variazione di diametro di cinque micron è inferiore al due percento. Modifica la costante elastica della molla finita di quasi il sette percento e modifica lo sforzo nel filo di circa il cinque percento nella direzione opposta. Il diametro non è una variabile tra molte nella progettazione di piccole molle; è la variabile che domina il risultato.

Perché il diametro appare quattro volte nell'equazione della costante elastica

Per una molla di compressione elicoidale la costante elastica è proporzionale alla quarta potenza del diametro del filo:

k = G d^4 / (8 D^3 n), dove G è il modulo di taglio, d il diametro del filo, D il diametro medio della bobina e n il numero di spire attive.

Lo sforzo di taglio sotto carico segue l'inverso del cubo, con il fattore di Wahl che corregge la curvatura:tau = 8 K F D / (pi d^3). La massa per metro segue il quadrato. Un aumento dell'un per cento in d produce quindi circa il quattro percento in più di costante elastica, circa il tre percento in meno di sforzo a parità di carico e circa il due percento in più di peso. Sul filo piccolo la banda di tolleranza è una grande frazione del valore nominale, quindi la quarta potenza moltiplica un numero dall'aspetto piccolo in uno visibile.

L'aritmetica per filo da 0,30 mm

Questi sono solo effetti geometrici; ignorano la dispersione del modulo di taglio tra i lotti. Se una valvola o un fermo è impostato contro una finestra di forza di più o meno tre percento, un fornitore che lavora con una tolleranza di più o meno 0,010 mm su filo da 0,30 mm non può mantenere quella finestra anche con un avvolgimento perfetto.

Cosa non dice un numero di tolleranza

• Ovalità. Il diametro massimo e minimo in una sezione trasversale possono differire di diversi micron mentre la media si attesta sul nominale. Una molla realizzata con filo ovale ha una costante elastica che dipende dall'orientamento dell'avvolgimento.
• Variazione lungo la lunghezza. Una bobina che misura 0,300 mm alla testa e 0,306 mm al centro supera un controllo di campionamento e produce comunque una deriva della costante elastica da un'estremità all'altra della bobina.
• Effetti di estremità. La tensione di presa e la velocità di avvolgimento cambiano nei primi e negli ultimi metri, che è dove il diametro solitamente devia di più.
• Bias di misurazione. Il rivestimento di sapone spesso 1-3 micron viene letto come filo. Un micrometro con una molla pesante comprime il rivestimento e può leggere basso su filo morbido.

Misurare ripetutamente filo da 0,3 mm

1. Utilizzare un micrometro con risoluzione di 0,001 mm e un cricchetto a forza costante, non un calibro.
2. Misurare tre direzioni a 90 gradi di distanza in ogni punto e fare la media; questo separa il diametro dall'ovalità.
3. Campionare testa, centro e coda di ogni bobina, tre punti ciascuno, e registrare il risultato piuttosto che un "pass" o "fail".
4. Pulire il film di sapone con un panno privo di lanugine prima di misurare, e indicare nel registro di ispezione se la lettura include il rivestimento.
5. Per il controllo di produzione, utilizzare un calibro laser in linea che registri il profilo completo della lunghezza invece di campionare. Cattura la deriva tra i campioni che il campionamento sempre perde.

Da dove proviene la variazione

L'ultima filiera di trafilatura imposta la dimensione finale e si usura progressivamente, quindi il diametro tende a salire gradualmente durante una campagna di trafilatura piuttosto che a saltare. La riduzione di passaggio nell'ultima trafilatura, la tensione di presa, la pressione di avvolgimento a strati e la temperatura di ricottura contribuiscono tutti. La ricottura conta due volte: controlla la resistenza alla trazione e la duttilità, e controlla il modulo di taglio che appare direttamente nell'equazione della costante elastica. Per il filo 316, G è approssimativamente 69 GPa a temperatura ambiente, e una dispersione da lotto a lotto di alcuni percento è normale a meno che il laminatoio non la controlli.

Le misure di controllo pratiche sono poco appariscenti: un intervallo di cambio filiera documentato basato sull'output misurato piuttosto che sul conteggio dei pezzi, feedback laser in linea sull'ultima passata e SPC sul diametro con un obiettivo di capacità di 1,33 o migliore rispetto alla banda concordata.

Cosa inserire nella specifica di acquisto

• Diametro nominale con una banda di tolleranza esplicita, ad esempio 0,300 mm più o meno 0,005 mm per molle di precisione.
• Ovalità massima in una singola sezione trasversale, tipicamente 0,003 mm.
• Variazione massima del diametro entro qualsiasi 100 mm di lunghezza, in modo che la deriva sia limitata e non solo la media.
• Il metodo di misurazione, incluso il tipo di strumento, la forza e il numero di punti; altrimenti acquirente e laminatoio saranno in disaccordo sulla stessa bobina.
• Intervallo di resistenza alla trazione o di tempra, e l'ipotesi del modulo di taglio utilizzata nella progettazione della molla.
• Condizione superficiale e peso del rivestimento, poiché il rivestimento fa parte del diametro misurato.

Specifiche del filo

Le piccole molle vengono solitamente perse a causa della tolleranza accumulata, non a causa di una singola decisione errata. Specificare il diametro con il suo metodo di misurazione e verificare la capacità piuttosto che un valore di certificato, è ciò che mantiene la costante elastica all'interno della finestra.