5 mikronowa średnica przesuwa sprężystość o 7 procent

Na sprężynie drutowej o średnicy 0,30 mm, zmiana średnicy o pięć mikronów stanowi mniej niż dwa procent. Przesuwa to sprężystość gotowej sprężyny o prawie siedem procent i naprężenie w drucie o około pięć procent w przeciwnym kierunku. Średnica nie jest jedną z wielu zmiennych w projektowaniu małych sprężyn; jest to zmienna, która dominuje w wyniku.

Dlaczego średnica pojawia się cztery razy w równaniu sprężystości

Dla sprężyny śrubowej naciskowej sprężystość jest proporcjonalna do czwartej potęgi średnicy drutu:

k = G d^4 / (8 D^3 n), gdzie G to moduł ścinania, d to średnica drutu, D to średnia średnica zwoju, a n to liczba aktywnych zwojów.

Naprężenie ścinające pod obciążeniem jest odwrotnie proporcjonalne do sześcianu, z czynnikiem Wahla korygującym krzywiznę:tau = 8 K F D / (pi d^3). Masa na metr jest proporcjonalna do kwadratu. Jeden procentowy wzrost d powoduje zatem około czterech procent większą sprężystość, około trzech procent mniejsze naprężenie przy tym samym obciążeniu i około dwa procent większą wagę. Na cienkim drucie pasmo tolerancji stanowi dużą część wartości nominalnej, więc czwarta potęga mnoży małą liczbę, dając widoczny wynik.

Arytmetyka dla drutu 0,30 mm

Są to tylko efekty geometryczne; ignorują one rozrzut modułu ścinania między partiami. Jeśli zawór lub zatrzask jest ustawiony na okno siły plus lub minus trzy procent, dostawca pracujący z tolerancją plus lub minus 0,010 mm na drucie 0,30 mm nie jest w stanie utrzymać tego okna nawet przy idealnym nawinięciu.

Czego nie mówi numer tolerancji

• Owalność. Maksymalna i minimalna średnica w jednym przekroju poprzecznym mogą różnić się o kilka mikronów, podczas gdy średnia znajduje się na poziomie nominalnym. Sprężyna wykonana z owalnego drutu ma sprężystość zależną od orientacji nawinięcia.
• Zmienność wzdłuż długości. Zwojnica, która mierzy 0,300 mm na początku i 0,306 mm w środku, przechodzi kontrolę próbki i nadal powoduje dryf sprężystości od jednego końca szpulki do drugiego.
• Efekty końcowe. Napięcie przy zwijaniu i prędkość nawijania zmieniają się w pierwszym i ostatnim metrze, gdzie średnica zazwyczaj najbardziej odbiega od normy.
• Błąd pomiaru. Powłoka mydlana o grubości 1-3 mikronów jest odczytywana jako drut. Mikrometr z ciężkim trzpieniem ściska powłokę i może odczytywać niskie wartości na miękkim drucie.

Powtarzalny pomiar drutu 0,3 mm

1. Użyj mikrometru z rozdzielczością 0,001 mm i grzechotką o stałej sile, a nie suwmiarki.
2. Mierz w trzech kierunkach oddalonych od siebie o 90 stopni w każdym punkcie i uśrednij je; to oddziela średnicę od owalności.
3. Próbkuj początek, środek i koniec każdej szpulki, po trzy punkty każdy, i zapisz wynik zamiast zaliczenia lub nie.
4. Przed pomiarem wytrzyj warstwę mydła niestrzępiącą się ściereczką i zaznacz w protokole kontroli, czy odczyt obejmuje powłokę.
5. Do kontroli produkcji używaj liniowego czujnika laserowego, który rejestruje pełny profil długości zamiast próbkowania. Wyłapuje on dryf między próbkami, który zawsze umyka próbkowaniu.

Skąd bierze się zmienność

Ostatnia matryca ciągarska ustawia ostateczny rozmiar i zużywa się stopniowo, więc średnica ma tendencję do stopniowego wzrostu w kampanii matrycy, a nie do skokowego.

Redukcja przekroju w ostatnim ciągnięciu, napięcie przy zwijaniu, ciśnienie nawijania warstwowego i temperatura wyżarzania przyczyniają się do tego. Wyżarzanie ma podwójne znaczenie: kontroluje wytrzymałość na rozciąganie i plastyczność, a także kontroluje moduł ścinania, który pojawia się bezpośrednio w równaniu sprężystości. Dla drutu 316, G wynosi około 69 GPa w temperaturze pokojowej, a rozrzut między partiami o kilka procent jest normalny, chyba że producent go kontroluje.

Praktyczne środki kontroli są nieefektowne: udokumentowany interwał wymiany matrycy oparty na zmierzonych wynikach, a nie na liczbie sztuk, sprzężenie zwrotne z liniowego lasera na ostatnim przejściu i SPC dla średnicy z celem zdolności 1,33 lub lepszym w stosunku do uzgodnionego pasma.

• Co umieścić w specyfikacji zakupu
• Średnica nominalna z wyraźnym pasmem tolerancji, na przykład 0,300 mm plus lub minus 0,005 mm dla sprężyn precyzyjnych.
• Maksymalna owalność w jednym przekroju poprzecznym, zazwyczaj 0,003 mm.
• Maksymalna zmienność średnicy w dowolnym 100 mm długości, więc dryf jest ograniczony, a nie tylko średnia.
• Metoda pomiaru, w tym typ przyrządu, siła i liczba punktów; w przeciwnym razie kupujący i producent będą się spierać o tę samą szpulkę.
• Zakres wytrzymałości na rozciąganie lub hartowania oraz założenie modułu ścinania użyte w projekcie sprężyny.

Stan powierzchni i waga powłoki, ponieważ powłoka jest częścią mierzonej średnicy.

Szpulki 1-25 kg; zwoje do 500 kg