Um Desvio de Diâmetro de 5 Mícron Move a Constante da Mola em 7 Por Cento

Em uma mola de arame de 0,30 mm, uma mudança de diâmetro de cinco mícrons é inferior a dois por cento. Ela move a constante da mola acabada em quase sete por cento e move a tensão no arame em cerca de cinco por cento na direção oposta. O diâmetro não é uma variável entre muitas no projeto de molas pequenas; é a variável que domina o resultado.

Por Que o Diâmetro Aparece Quatro Vezes na Equação da Constante

Para uma mola de compressão helicoidal, a constante é proporcional à quarta potência do diâmetro do arame:

k = G d^4 / (8 D^3 n), onde G é o módulo de cisalhamento, d o diâmetro do arame, D o diâmetro médio da bobina e n o número de bobinas ativas.

A tensão de cisalhamento sob carga segue o inverso do cubo, com o fator de Wahl corrigindo a curvatura: tau = 8 K F D / (pi d^3). A massa por metro segue o quadrado. Um aumento de um por cento em d, portanto, produz cerca de quatro por cento a mais de constante, cerca de três por cento a menos de tensão na mesma carga e cerca de dois por cento a mais de peso. Em arames finos, a banda de tolerância é uma grande fração do valor nominal, de modo que a quarta potência multiplica um número de aparência pequena em um número visível.

A Aritmética para Arame de 0,30 mm

Estes são apenas efeitos geométricos; eles ignoram a dispersão no módulo de cisalhamento entre lotes. Se uma válvula ou trava for ajustada contra uma janela de força de mais ou menos três por cento, um fornecedor que trabalha com mais ou menos 0,010 mm em arame de 0,30 mm não consegue manter essa janela, mesmo com enrolamento perfeito.

O Que um Número de Tolerância Não Diz

• Ovalidade. O diâmetro máximo e mínimo em uma seção transversal pode diferir em vários mícrons, enquanto a média fica no nominal. Uma mola feita de arame oval tem uma constante que depende da orientação do enrolamento.
• Variação ao longo do comprimento. Uma bobina que mede 0,300 mm na cabeça e 0,306 mm no meio passa em uma verificação de amostra e ainda produz uma deriva de constante de uma extremidade à outra da bobina.
• Efeitos de extremidade. A tensão de recolhimento e a velocidade de enrolamento mudam nos primeiros e últimos metros, que é onde o diâmetro geralmente mais desvia.
• Viés de medição. Revestimento de sabão de 1 a 3 mícrons de espessura é lido como arame. Um micrômetro com um tambor pesado comprime o revestimento e pode ler baixo em arame macio.

Medindo Arame de 0,3 mm Repetidamente

1. Use um micrômetro com resolução de 0,001 mm e um catraca de força constante, não um paquímetro.
2. Meça três direções a 90 graus de distância em cada ponto e tire a média; isso separa o diâmetro da ovalidade.
3. Amostre a cabeça, o meio e a cauda de cada bobina, três pontos cada, e registre o resultado em vez de um passe ou falha.
4. Limpe o filme de sabão com um pano sem fiapos antes de medir e declare no registro de inspeção se a leitura inclui o revestimento.
5. Para controle de produção, use um medidor a laser em linha que registre o perfil completo do comprimento em vez de amostragem. Ele captura a deriva entre as amostras que a amostragem sempre perde.

De Onde Vem a Variação

A última fieira de trefilação define o tamanho final e se desgasta progressivamente, de modo que o diâmetro tende a aumentar gradualmente durante uma campanha de fieira em vez de saltar. A redução de passagem no último estiramento, a tensão de recolhimento, a pressão de enrolamento em camadas e a temperatura de recozimento contribuem. O recozimento importa duas vezes: ele controla a resistência à tração e a ductilidade, e ele controla o módulo de cisalhamento que aparece diretamente na equação da constante. Para arame 316, G é aproximadamente 69 GPa à temperatura ambiente, e uma dispersão de alguns por cento entre lotes é normal, a menos que a usina a controle.

Medidas de controle práticas são pouco glamorosas: um intervalo documentado de troca de fieira baseado na saída medida em vez da contagem de peças, feedback a laser em linha na última passagem e SPC no diâmetro com uma meta de capacidade de 1,33 ou melhor contra a banda acordada.

O Que Colocar na Especificação de Compra

• Diâmetro nominal com uma banda de tolerância explícita, por exemplo, 0,300 mm mais ou menos 0,005 mm para molas de precisão.
• Ovalidade máxima em uma única seção transversal, tipicamente 0,003 mm.
• Variação máxima de diâmetro em qualquer 100 mm de comprimento, de modo que a deriva seja limitada e não apenas a média.
• O método de medição, incluindo tipo de instrumento, força e número de pontos; caso contrário, comprador e usina discordarão sobre a mesma bobina.
• Faixa de resistência à tração ou têmpera, e a suposição de módulo de cisalhamento usada no projeto da mola.
• Condição da superfície e peso do revestimento, pois o revestimento faz parte do diâmetro medido.

Especificação do Arame

Molas pequenas geralmente se perdem devido à tolerância acumulada, não a uma única decisão errada. Especificar o diâmetro com seu método de medição e verificar a capacidade em vez de um valor de certificado é o que mantém a constante dentro da janela.