Arcurile sunt realizate prin bobinarea, îndoirea sau ștanțarea sârmei metalice sau a materialului de bandă într-o formă care stochează și eliberează energie mecanică. Cea mai comună metodă este înfășurarea bobinei - alimentarea firului prin a Mașină CNC cu arc care îl îndoaie în jurul unui dorn la un pas și un diametru calculate cu precizie. Pentru producția de volum mare, acest proces rulează la viteze între 50 și 400 de părți pe minut, în funcție de dimensiunea și materialul arcului.
Indiferent dacă prototipați o singură piesă într-un atelier sau rulați mii de unități într-o reclamă mașină de bobinat cu arc , pașii de bază sunt aceiași: selectați firul potrivit, setați geometria, înfășurați sau formați arcul, tratați-l termic și finisați suprafața. Fiecare etapă are toleranțe care afectează direct sarcina arcului, durata de viață la oboseală și consistența dimensională.
Secțiunile de mai jos detaliază fiecare pas în detaliu - cu măsurători reale, alegeri ale materialelor și setări ale mașinii - astfel încât să puteți produce arcuri care funcționează fiabil de la prima bobină până la ultima.
Înțelegerea tipului de arc de care aveți nevoie determină procesul de fabricație, sculele și configurația mașinii. Există cinci categorii majore utilizate în aplicațiile industriale și de consum.
Cel mai comun tip. Sârma rotundă este înfășurată într-o spirală cu pas deschis, astfel încât arcul să se comprima sub sarcină axială. Realizat pe o bobină CNC mașină cu arc cu ajustări ale instrumentului de pas. Toleranțele de lungime liberă sunt de obicei ±1–2% din lungimea nominală.
Înfășurat cu bobine apropiate și tensiune inițială, astfel încât bobinele să se apasă împreună în repaus. Cârligele sunt formate la fiecare capăt de către mașina cu arc imediat după înfășurare. Geometria cârligului – răsucire completă, răsucire pe jumătate sau extinsă – este setată în programul mașinii.
Rezista la forța de rotație. Rana cu spirale apropiate sau deschise, cu picioare care se extind tangential. A mașină cu arc de torsiune îndoaie picioarele la unghiuri precise - de obicei 90°, 180° sau unghiuri personalizate în ±1°.
Ștampilat sau îndoit din material de bandă plată. Arcurile lamelare auto folosesc plăci stivuite prinse în centru. Arcurile plate mai mici pentru electronice sunt ștanțate pe prese cu matriță progresivă la viteze de până la 800 de curse pe minut.
Șaibe conice care se stivuesc în serie sau paralel. Format prin decuparea unei șaibe din foaie și presarea acesteia într-un profil conic. Capacitatea de încărcare variază dramatic cu înălțimea conului - o diferență de înălțime de 1 mm poate modifica sarcina cu 30-50%.
Selectarea materialului nu este o presupunere opțională - aliajul greșit va cauza oboseală prematură, defecțiune la coroziune sau deviație dimensională sub temperatură. Tabelul de mai jos acoperă materialele de arcuri cele mai frecvent specificate din industrii.
| Material | Standard | Rezistența la tracțiune | Temperatura maximă (°C) | Cel mai bun pentru |
|---|---|---|---|---|
| Sârmă muzicală (high carbon) | ASTM A228 | 1700–2400 MPa | 120 | Uz general, ciclu înalt |
| Sârmă trasă tare | ASTM A227 | 1200–1900 MPa | 120 | Sarcini statice sau cu ciclu redus |
| Oțel inoxidabil 302/304 | ASTM A313 | 1300–2000 MPa | 260 | Medii corozive |
| Oțel inoxidabil 316 | ASTM A313 | 1100–1800 MPa | 316 | Marină, expunere chimică |
| Siliciu cromat (SiCr) | ASTM A401 | 1900–2200 MPa | 245 | Arcuri de supape de mare solicitare |
| Inconel 718 | AMS 5596 | 1240–1450 MPa | 700 | Aerospațial, căldură extremă |
| Bronz fosforic | ASTM B159 | 700–1100 MPa | 95 | Contacte electrice, nemagnetice |
Firul muzical (ASTM A228) acoperă aproximativ 70% din toată producția de arc de compresie la nivel mondial, datorită rezistenței sale ridicate la tracțiune și calității constante a suprafeței. Aliajele de crom siliciu sunt folosite acolo unde solicitarea de funcționare depășește 45% din rezistența la tracțiune sau unde arcul circulă de mai mult de 10 milioane de ori.
Diametrul firului conduce la rezistența la tracțiune: un fir muzical de 0,5 mm are o rezistență la tracțiune de aproape 2400 MPa, în timp ce un fir de 6 mm din același aliaj scade la aproximativ 1700 MPa. Această relație inversă este inclusă în fiecare ecuație de proiectare a arcului și trebuie luată în considerare înainte de a instala mașina cu arc.
Funcționarea unei mașini cu arc fără a calcula mai întâi parametrii cheie este modul în care risipiți material și produceți piese care nu corespund specificațiilor. Următoarele formule sunt baza oricărui design de arc de compresie.
Unde G = modulul de forfecare (~80.000 MPa pentru oțel), d = diametrul firului, D = diametrul mediu al bobinei, Na = numărul de bobine active. Un arc de supapă tipic auto cu d = 3,5 mm, D = 28 mm și Na = 8 produce o rată de aproximativ 28 N/mm.
C = D/d (indice de primăvară). Arcurile cu un indice sub 4 experimentează o concentrație mare de tensiuni la bobina interioară - factorul Wahl corectează calculul tensiunii de forfecare. Majoritatea arcurilor sunt proiectate cu C între 6 și 12.
Nc = numărul de bobine inactive (închise), δ = pas × Na. Pentru un arc de compresie cu 2 capete închise, Nc = 2. Lungimea liberă stabilește direct poziția de oprire a mașinii în timpul înfășurării pe un Mașină de bobinat cu arc CNC .
Lungimea solidă este înălțimea comprimată când toate bobinele se ating. Verificați întotdeauna că deformarea de lucru menține arcul cu cel puțin 15% peste lungimea solidă pentru a evita o fixare permanentă. Mulți operatori de mașini cu arc folosesc aceasta ca verificare a spațiului minim.
Înainte de programare a mașină cu arc , verificați dacă proiectul trece trei verificări: (1) efortul maxim sub sarcină rămâne sub 45% din rezistența la tracțiune pentru aplicații dinamice; (2) arcul nu se flambează — arcurile subțiri cu rapoarte Lf/D peste 4 sunt predispuse la flambaj lateral; (3) frecvența naturală este de cel puțin 13 ori frecvența de operare pentru a evita rezonanța. Lipsa oricăreia dintre aceste verificări duce la defecțiuni în câmp, adesea în primele 100.000 de cicluri.
A mașină cu arc este un sistem de formare controlat cu precizie care preia sârma brută dintr-o bobină și o îndoaie într-un arc finit într-o singură trecere continuă. Versiunile CNC moderne înlocuiesc mecanismele cu came și pârghie ale mașinilor mai vechi cu axe servo-acționate care pot fi reprogramate în câteva minute. Înțelegerea a ceea ce se întâmplă în interiorul mașinii este esențială pentru depanarea devierii diametrului, variația pasului și defectele de la final.
Sârma intră printr-un dispozitiv de îndreptat - o serie de role fixate în unghiuri alternative - care îndepărtează turnul natural și elica din bobină. Îndreptarea inadecvată este cauza principală a variației diametrului bobinei în producție. Majoritatea mașini de bobinat cu arc folosiți plăci de îndreptat cu 5 sau 9 role; Sârma mai grea de peste 6 mm poate utiliza avansuri cu role de strângere alimentate cu feedback de cuplu. Viteza de avans determină direct viteza de ieșire a mașinii: la avans de 200 mm/s, un arc cu lungime liberă de 30 mm durează aproximativ 0,15 secunde pentru a se înfășura.
Punctul de bobinare - un știft sau o rolă din carbură întărită - deviază firul împotriva unui dorn sau în aer liber pentru a crea diametrul bobinei. Deplasarea punctului de bobinare spre interior crește diametrul; spre exterior o scade. Instrumentul de pas controlează avansul axial pe rotație, setând unghiul de pas al arcului și în cele din urmă lungimea liberă. Pe a Mașină CNC cu arc , ambele axe actualizează poziția de 500–1000 de ori pe secundă, permițând diametre conice, pas variabil și profile în formă de butoi, toate în cadrul aceluiași ciclu de vânt.
Odată ce numărul programat de bobine este atins, un cuțit tăiat taie firul în mod curat. Dispozitivul de tăiere trebuie să tragă la unghiul de rotație corect pentru a produce o geometrie consistentă a capătului. Momentul slab de tăiere creează cârlige, bavuri sau capete zdrobite care nu se șlefuiesc sau afectează perpendicularitatea arcului. Mașinile de mare viteză folosesc sisteme de întrerupere pneumatice sau servo cu timpi de răspuns sub 5 milisecunde.
Conducător mașină cu arc producătorii includ WAFIOS (Germania), Itaya (Japonia), Bamatec (Elveția) și numeroși producători chinezi. O mașină de bobinat CNC cu 4 axe de gamă medie capabilă să manipuleze sârmă de 0,3–6 mm costă de obicei între 40.000 USD și 120.000 USD, în funcție de viteza și configurația axei.
Următoarea secvență acoperă producția industrială a arcurilor de compresie de la sârmă brută până la piesa finită, inspectată. Arcurile de torsiune și extindere urmează același schelet cu modificări la etapele de formare și tratament termic.
Sârma de intrare este verificată în raport cu certificatul de material: toleranța de diametru (de obicei ± 0,5% pentru firul muzical), rezistența la tracțiune, starea suprafeței și greutatea bobinei. Sârma cu cusături de suprafață, sâmburi sau diametru în afara toleranței este respinsă înainte de a ajunge la mașină. Abaterea diametrului de doar 2% modifică rata arcului cu aproximativ 8% (deoarece rata scade cu d⁴).
Operatorul încarcă firul prin dispozitiv de îndreptat și îl alimentează până la punctul de bobinare. Programul CNC specifică: viteza de avans a sârmei, punctul de referință al diametrului bobinei, pasul pe rotație, numărul total al bobinei și poziția de întrerupere. Mostrele primului articol sunt înfășurate la viteză mică - de obicei 10-20% din viteza de producție - și măsurate în raport cu imprimarea. Se fac ajustări ale poziției punctului de bobinare, unghiului sculei de înclinare și momentului de tăiere până când toate dimensiunile se încadrează în toleranță.
Odată ce primul articol este aprobat, mașina funcționează la viteza maximă de producție. Ratele de ieșire variază în funcție de dimensiunea firului: Sârma de 0,5 mm rulează la 200–400 arcuri/minut; Sârma de 6 mm rulează la 15–40 arcuri/minut . Probele în proces sunt extrase la fiecare 500-1000 de bucăți și verificate pentru lungimea liberă, diametrul exterior și numărul total de bobine. Sistemele automate de viziune de pe mașinile de ultimă generație verifică fiecare piesă.
Arcurile proaspăt înfăşurate poartă stres rezidual din procesul de formare. Eliberarea stresului îndepărtează acest lucru fără a recristaliza microstructura prelucrată la rece a firului. Pentru arcuri din oțel carbon, aceasta înseamnă 200–260 °C timp de 20–30 de minute într-un cuptor cu bandă de plasă sau într-un cuptor lot. Oțelul inoxidabil necesită 315–370 °C. După tratament, lungimea liberă se poate modifica cu 0,5–2% pe măsură ce stresul rezidual se relaxează - acest lucru trebuie luat în considerare în programul de înfășurare.
Arcurile de compresie cu capete închise sunt măcinate pe o polizor dublu disc sau o polizor rotativ pentru a produce o suprafață plată de rulment. Măcinarea trebuie să îndepărteze suficient material pentru a aduce dreptatea în toleranță - de obicei mai puțin de 1,5° de înclinare conform standardului DIN 2096 / ISO 10243. Slefuirea lasă un punct de contact în loc de un contact complet al rulmentului; slefuirea excesivă taie bobinele active și reduce viteza arcului.
Arcurile cu sarcină mare sunt comprimate până la înălțimea solidă de o dată sau de mai multe ori pentru a induce o tensiune reziduală de compresiune favorabilă pe suprafața interioară a spiralei. Acest proces - numit scragging sau presetare - scurtează permanent arcul cu 1-5% din lungimea liberă, dar crește rezistența arcului la priză permanentă pe durata duratei de viață. Arcurile pentru suspensie auto și arcurile supapelor sunt aproape întotdeauna zgâriate înainte de expediere.
Shot peening bombardează suprafața arcului cu bile mici de oțel sau ceramică la viteză mare, creând un strat de compresiune de 0,1–0,3 mm adâncime. Acest strat rezistă la inițierea fisurilor de oboseală la tracțiune pe suprafața firului. Shot peening poate prelungi durata de viață la oboseala de primăvară cu 200–500% în aplicații cu ciclu înalt, cum ar fi arcurile supapelor de motor care ciclează de 10⁸ ori sau mai mult.
Arcurile din oțel carbon fără un strat de protecție vor rugini în câteva săptămâni în medii umede. Finisajele obișnuite includ: placarea cu electrozincare (5–12 µm), ulei cu fosfat de zinc, acoperire cu pulbere sau acoperire electronică. Arcurile pentru medii alimentare, medicale sau exterioare folosesc material de bază din oțel inoxidabil sau acoperiri organice suplimentare. Fragilarea hidrogenului de la placare este un risc cunoscut – coacerea post-placă la 190–220 °C timp de 4–8 ore alungă hidrogenul absorbit.
Fiecare lot de producție este supus testării dimensionale și a sarcinii. Un tester de viteză a arcului comprimă arcul la două sau trei lungimi definite și înregistrează forța în fiecare punct. Rata măsurată trebuie să se potrivească cu specificațiile de proiectare în ±10% pentru arcuri generale sau ±5% pentru arcuri de precizie. Eșantionarea statistică urmează tabelele AQL - de obicei AQL 1.0 sau 1.5 pentru aplicații critice - ceea ce înseamnă că o mulțime de 1.000 de arcuri necesită inspecția a 80-125 de eșantioane.
Pentru prototipuri, lucrări de reparații sau cantități mici, este complet posibil să se realizeze un arc funcțional de compresie sau extensie fără un dispozitiv dedicat. mașină cu arc . Sculele sunt minime și procesul este simplu pentru sârmă sub 2 mm în diametru.
Arcurile înfășurate manual nu se vor potrivi cu consistența dimensională a pieselor fabricate cu mașină. Așteptați-vă la o variație liberă a lungimii de ±3–5% și la variație a diametrului de ±2–4% atunci când înfășurați manual. Pentru orice necesită toleranțe mai strânse sau mai mult de 20-30 de bucăți, a mașină de bobinat cu arc este solutia practica.
Chiar și cu un bine întreținut mașină cu arc , defectele apar atunci când variază configurația sau proprietățile materialului. Următorul tabel prezintă cele mai frecvente defecte la cauzele lor fundamentale și la acțiunile corective.
| Defect | Cauza probabilă | Acțiune corectivă |
|---|---|---|
| OD crește treptat în timpul alergării | Punct de bobinare uzat, tensiunea bobinei de sârmă scade | Înlocuiți punctul de bobinare; adăugați tensiunea firului de frână |
| Lungime liberă prea scurtă | Instrumentul de înclinare nu avansează suficient de departe; număr incorect de bobine | Creșteți decalajul sculei de pas; verificați numărul de codificatori |
| Capetele nepătrate | Închidere neuniformă a bobinei la capăt; roata polizorului nu este plată | Reglați came bobinei de capăt; roata polizor rochie |
| Fisurarea suprafetei firului | Cusături în sârmă; diametrul dornului prea mic (stres mare) | Respingeți lotul de sârmă; crește indicele arcului (raportul D/d) |
| Arcuri încurcate / interblocate | OD prea mare în raport cu pasul; cârlige de capăt pe arcuri de prelungire | Reduce OD; adăugați separatoare în coșul de ieșire |
| Rata inconsecventă a primăverii | Variația înălțimii; diametrul firului în afara toleranței | Verificați din nou instrumentul de pitch; strângeți specificația lotului de sârmă |
| Bavuri sau capăt tăiat ascuțit | Cuțit tăiat; unghi de tăiere incorect | Ascuțiți sau înlocuiți cuțitul; reglați unghiul camei de tăiere |
Arcurile nu sunt o componentă de marfă - mici abateri dimensionale produc modificări semnificative în sarcina și durata de viață la oboseală. Standardele majore care guvernează toleranțele arcurilor sunt DIN 2095 / 2096 (compresie), DIN 2097 (extensie) și DIN 2194 (torsiune). ISO 10243 și ISO 8458 se aplică și lanțurilor internaționale de aprovizionare.
DIN 2095 definește trei grade de toleranță: gradul 1 (±0,5% din lungimea liberă), gradul 2 (±1%), gradul 3 (±2%). O mașină cu arc care produce piese de gradul 1 pe arcuri cu lungime liberă de 80 mm trebuie să țină ± 0,4 mm - realizabil pe o mașină de bobinat CNC bine reglată, dar nu pe mașinile mai vechi cu came.
Toleranțele pe OD urmează indicele arcului și diametrul firului. Pentru un arc tipic cu OD = 20 mm și d = 1,5 mm, toleranța de gradul 2 este de aproximativ ±0,4 mm. Modern mașină cu arc sistemele cu reacție servo păstrează în mod obișnuit OD cu ±0,1 mm.
Perpendicularitatea feței bobinei de capăt la axa arcului este specificată ca o abatere maximă în mm pe 100 mm de lungime liberă. DIN 2096 Gradul 2 permite 3 mm la 100 mm. Arcurile pentru asamblare de precizie — arcuri de supapă, arcuri de instrumente — necesită mai puțin de 1 mm la 100 mm.
Rata arcului este testată pe o celulă de sarcină la două lungimi definite. Toleranța este de obicei de ±10% pentru arcurile comerciale și de ±5% pentru arcurile de precizie. Arcurile de suspensie auto sunt adesea menținute la ± 3% și ± 1% lungime liberă, necesitând testare de 100% pe mașini automate cu rată de arc.
Trecerea de la un prototip cu bobinare manuală sau o mașină manuală cu o singură schimbare la producție completă necesită planificare în jurul a trei variabile: capacitatea mașinii, logistica materialelor și infrastructura de inspecție.
Utilizați următorul calcul: dacă aveți nevoie de 500.000 de arcuri pe lună și dvs mașină de bobinat cu arc rulează la 80 de izvoare/minut, aveți nevoie de aproximativ 104 ore-mașină pe lună. La 22 de zile lucrătoare și 8 ore/tur, o singură mașină pe o tură produce 192 de ore-mașină pe lună — cu mult în limita capacității. Dar când luați în considerare timpul de configurare (30-60 de minute per schimbare), timpul de întreținere (5-8% din timpul total pentru o mașină bine întreținută) și timpul de aprobare a primului articol, capacitatea efectivă scade la aproximativ 160-170 de ore utilizabile. Planificați o utilizare reală de 75–80% atunci când cotați capacitatea de producție.
La 500.000 de arcuri/lună cu un arc liber de 30 mm folosind sârmă de 1,5 mm, consumați aproximativ 15.000 de metri de sârmă pe lună - aproximativ 130-160 kg, în funcție de densitatea aliajului. Cumpărarea de sârmă în bobine de 100 kg față de bobine de 500 kg poate reduce costul materialului cu 8-15%. Confirmați compatibilitatea bobinei cu dvs mașină cu arc sistemul de plată înainte de a comanda cantități mari.
Inspecția manuală 100% la 500.000 de bucăți pe lună nu este practică. Sistemele automate de viziune pentru diametrul arcului, lungimea liberă și starea finală verifică 60-120 de arcuri pe secundă și semnalează defectele în timp real. Testerele de sarcină în linie verifică rata arcului pe fiecare piesă. Costul de capital pentru o celulă de inspecție complet automatizată este de 25.000 USD–80.000 USD, dar se rambursează rapid atunci când ratele deșeurilor scad de la 1–2% la sub 0,1%.
TK-13200, TK-7230 TK-13200、 TK-7230 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 12 AXE ...
See Details
TK-13200, TK-7230 TK-13200、 TK-7230 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 12 AXE ...
See Details
TK12120 TK-12120 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 12 AXES ...
See Details
TK-6160 TK-6160 MAȘINĂ CNC DE LAMINARE A ARCOLOR ...
See Details
TK-6120 TK-6120 MAȘINĂ CNC DE LAMINARE A ARCOLOR ...
See Details
TK-5200 TK-5200 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 5 AXE ...
See Details
TK-5160 TK-5160 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 5 AXES ...
See Details
TK-5120 TK-5120 MAȘINĂ CNC DE BOBINAR A ARCOLOR 5 AXE ...
See Details