Độ giãn xoắn: Chọn loại vật liệu trên 150 C

Một lò xo xoắn hoạt động hoàn hảo ở nhiệt độ phòng có thể mất một phần năm mô-men xoắn của nó sau vài tháng trên một dây chuyền lắp ráp nóng. Đây không phải là mỏi và không phải là ăn mòn. Đó là sự giảm ứng suất: dưới tải trọng kéo dài ở nhiệt độ cao, vật liệu từ từ chuyển đổi biến dạng đàn hồi thành biến dạng vĩnh viễn, và mô-men xoắn giữ bộ phận tại chỗ lặng lẽ biến mất.

Bài viết này giải thích nơi sự giảm ứng suất trở nên đáng kể trong lò xo xoắn bằng thép không gỉ, cách lựa chọn loại vật liệu thay đổi tốc độ, và cách định cỡ lò xo để mô-men xoắn vẫn còn khi hết tuổi thọ.

Sự giảm ứng suất là Thời gian ở Nhiệt độ, Không phải Chu kỳ Tải

Sự mỏi được thúc đẩy bởi các chu kỳ. Sự giảm ứng suất được thúc đẩy bởi thời gian và nhiệt độ dưới một góc lệch được giữ cố định. Một lò xo bị nén trên kệ không bị giảm ứng suất; một lò xo được giữ ở góc làm việc ở 180 C trong 2.000 giờ thì có. Đối với các bộ phận thiết bị và ô tô bị lệch trong nhiều năm, sự giảm ứng suất thường là trường hợp thiết kế giới hạn, không phải tuổi thọ chu kỳ.

Tốc độ phụ thuộc vào ba biến số: nhiệt độ tuyệt đối, mức ứng suất ban đầu dưới dạng phần trăm của giới hạn chảy, và thời gian. Tăng gấp đôi nhiệt độ tuyệt đối có thể làm tăng tốc độ giảm ứng suất lên một bậc độ lớn, đó là lý do tại sao ngưỡng thực tế cho lò xo thép không gỉ kéo nguội nằm trong khoảng 150 C.

Mất bao nhiêu mô-men xoắn

Bậc độ lớn cho thép không gỉ 302 và 304 kéo nguội ở ứng suất vừa phải, giữ trong 1.000 giờ:

• Lên đến 100 C: khoảng 3-5% mất mô-men xoắn, thường nằm trong phạm vi sai số đo thông thường
• 150 C: khoảng 6-10%
• 200 C: khoảng 10-15%
• 250-300 C: khoảng 15-25%, và hình dạng có thể bắt đầu bị chảy

Trên 300 C, dây thép không gỉ kéo nguội không còn là lựa chọn phù hợp cho lò xo phải giữ mô-men xoắn. Hoặc thiết kế chuyển sang loại chịu nhiệt, hoặc lò xo được thay thế bằng một cơ chế khác.

Ba đòn bẩy để giảm sự giảm ứng suất

1. Giảm ứng suất ban đầu

Đòn bẩy hiệu quả nhất. Một lò xo được thiết kế ở 40% giới hạn chảy bị giảm ứng suất ít hơn nhiều so với cùng một lò xo ở 70%. Nếu bộ phận có chỗ cho thêm một vòng xoắn hoặc đường kính dây thêm 0,1 mm, hãy sử dụng nó: vật liệu bổ sung mang lại sự ổn định mô-men xoắn thay vì mô-men xoắn đỉnh.

2. Xử lý ổn định sau khi quấn

Giảm ứng suất ở 200-300 C loại bỏ ứng suất quấn, và xử lý ổn định ở nhiệt độ cao hơn dưới góc lệch được đặt trước sẽ đi xa hơn bằng cách giảm ứng suất cho lò xo trước khi đưa vào sử dụng. Lò xo được đặt trước với mô-men xoắn cao hơn một chút, được xử lý, và sau đó cung cấp mô-men xoắn ổn định từ chu kỳ đầu tiên.

3. Lựa chọn loại vật liệu

302 và 304 hoạt động tương tự nhau lên đến khoảng 250 C. 316 bổ sung molypden để chống ăn mòn trong môi trường nóng ẩm nhưng không mạnh hơn ở nhiệt độ cao. 430 chống oxy hóa ở nhiệt độ cao hơn nhưng có độ bền nhiệt độ cao thấp hơn, vì vậy nó phù hợp với lò xo định vị không quan trọng hơn là giữ tải. Dây kéo nguội giữ lại nhiều hơn từ quá trình làm nguội của nó so với dây ủ và do đó bị giảm ứng suất chậm hơn, nhưng nó cũng mất lợi thế đó nếu nhiệt độ dịch vụ gần với phạm vi ủ.

Cửa sổ đặc tả

Các ứng dụng mà điều này quan trọng

• Bản lề cửa lò nướng và lò sưởi
• Cơ chế chốt bếp và vỉ nướng
• Kẹp nội thất và dưới mui xe ô tô
• Lò xo hồi gió và cánh gió công nghiệp
• Lò xo bộ truyền động lò sưởi và HVAC

Cách chỉ định lò xo cho dịch vụ nóng

Nêu nhiệt độ dịch vụ liên tục, nhiệt độ đỉnh và thời gian kéo dài của đỉnh, góc lệch làm việc, mô-men xoắn yêu cầu khi hết tuổi thọ thay vì khi giao hàng, và số giờ dịch vụ dự kiến. Với năm con số này, thiết kế có thể được kiểm tra so với sự giảm ứng suất thay vì được xác nhận bằng thử và lỗi tại hiện trường.

TOPONE đã kéo dây thép không gỉ từ năm 1993 và cung cấp lò xo xoắn quấn từ 0,15 mm đến 12 mm, vì vậy loại vật liệu, tình trạng dây và xử lý nhiệt lò xo được chỉ định cùng nhau và đảm bảo mô-men xoắn có hiệu lực ở nhiệt độ mà bộ phận thực sự gặp phải.