Limbă 
Există șase tipuri de arcuri primare utilizate în produsele industriale și de consum: arcuri de compresie, arcuri de prelungire, arcuri de torsiune, arcuri de forță constantă, arcuri ondulate și arcuri cu disc (Belleville). Fiecare este definit de modul în care stochează și eliberează energie mecanică - comprimată, întinsă, răsucită, rotită, aplatizată sau stivuită. Alegerea corectă depinde de direcția încărcăturii, spațiul disponibil și câte cicluri de lucru trebuie să supraviețuiască piesa, iar aproape toate sunt formate astăzi pe un computer controlat. mașină cu arc mai degrabă decât manual.
Categoria în care se încadrează un primăvară este într-adevăr o prescurtare pentru un comportament mecanic. Un arc de compresie împinge înapoi. Un arc de prelungire se trage înapoi. Un arc de torsiune rezistă la răsucire. Odată ce acest comportament este fixat, orice altceva - diametrul firului, numărul de bobine, geometria capătului și materialul - este un exercițiu de reglare pentru a atinge o sarcină țintă, deformare și durata de viață.
Acest ghid defalcă fiecare tip de arc în profunzime, materialele din spatele lor, modul în care o mașină modernă de arcuri le modelează pe fiecare, modul în care inginerii dimensionează un arc pentru un caz real de sarcină, unde fiecare tip apare în diferite industrii, punctele de defecțiune comune, finisarea și protecția împotriva coroziunii și cum să comparați ofertele la aprovizionarea cu cantitățile de producție.
Arcurile de compresie sunt arcuri elicoidale deschise concepute pentru a rezista unei forțe de strângere și împinge înapoi atunci când sunt comprimate. Sunt cel mai comun tip de arcuri în ansamblurile mecanice, care apar în saltele, pixuri, supape, sisteme de suspensie și matrițe industriale. Când o sarcină împinge bobinele împreună, arcul stochează energie și se împinge înapoi de-a lungul aceleiași axe odată ce sarcina este eliberată.
Deoarece bobinele stau una de cealaltă în repaus, un arc de compresie poate fi comprimat până când bobinele se ating - o stare numită înălțime solidă. Designul bun menține un arc departe de înălțimea solidă în funcționare normală, deoarece atingerea fundului în mod repetat întărește firul în punctul de contact și scurtează durata de viață la oboseală. Majoritatea ghidurilor de inginerie mențin deviația de lucru la aproximativ 80% sau mai puțin din cursa totală disponibilă până la înălțimea solidă, lăsând o marjă de siguranță pentru evenimentele de depășire.
Arcurile de compresie sunt, de asemenea, definite de modul în care sunt finisate bobinele de capăt. Capetele simple lasă sârma tăiată la un unghi care se potrivește cu spirala, care se produce rapid, dar lasă arcul să stea ușor sub sarcină. Capetele pătrate sunt șlefuite sau presate plat, astfel încât arcul să stea vertical pe o suprafață plană fără răsturnare, iar capetele pătrate și măcinate fac un pas mai departe prin șlefuirea bobinei de capăt perfect plat, ceea ce este obișnuit acolo unde arcul trebuie să se așeze uniform pe o placă plată, cum ar fi în ansamblurile de supape.
Un grad de producție mașină cu arc formează arcuri de compresie prin alimentarea cu sârmă printr-un set de role de alimentare și înfășurarea acestuia în jurul unui dorn sau a unui bol de formare, apoi o unealtă de tăiere separă fiecare bobină la o lungime programată. Mașinile controlate de CNC pot menține toleranțele de pas suficient de strânse pentru a menține variația ratei arcului sub aproximativ 3% pe parcursul unei serii de producție, ceea ce contează pentru piesele în care forța constantă este critică, cum ar fi arcurile supapelor. Liniile cu arc de compresie de volum mare, de obicei, împerechează capul de bobinare cu o stație de șlefuire în linie, astfel încât capetele pătrate să poată fi finisate fără o operațiune secundară separată.
Arcurile de prelungire sunt bobine înfăşurate strâns care rezistă unei forţe de tragere şi încearcă să revină la lungimea iniţială odată eliberate. Spre deosebire de arcurile de compresie, bobinele lor stau strâns împreună în repaus - de obicei cu tensiunea inițială încorporată - astfel încât arcul începe să se întindă doar odată ce forța aplicată depășește această preîncărcare. Mecanismele ușilor de garaj, trambulinele, ușile cu ecran și întrerupătoarele se bazează pe arcuri de extensie.
Tensiunea inițială este una dintre proprietățile mai greșit înțelese ale unui arc de extensie. Deoarece bobinele sunt înfășurate strâns unele pe altele în timpul formării, arcul rezistă la orice tragere până când forța aplicată depășește tensiunea încorporată - abia atunci începe să se întindă proporțional cu sarcina adăugată. Designerii specifică această tensiune inițială în mod deliberat, deoarece prea puțin permite arcul să se lase în repaus, în timp ce prea mult face ca mecanismul să se simtă rigid la începutul cursei.
Majoritatea lucrărilor de proiectare într-un arc de extensie au loc la capete, nu la corpul bobinei. Cârligele mașinii, buclele încrucișate, buclele laterale și ochiurile extinse schimbă fiecare modul în care se montează arcul și modul în care se concentrează stresul la îndoire. Deoarece îndoirea cârligului este de obicei locul unde începe defecțiunea prin oboseală, geometria cârligului este adesea factorul limitator în durata de viață a unui arc, mai degrabă decât bobina în sine.
La o mașină cu arc modernă, formarea cârligului se face în același ciclu ca și bobinarea: după ce unealta de bobinare înfășoară corpul, o unealtă secundară se rotește și îndoaie capătul firului în forma de cârlig înainte de tăiere. Acest lucru menține alinierea constantă a cârligului, care este una dintre cele mai frecvente plângeri de calitate atunci când arcurile de extensie sunt formate manual. Unghiul constant al cârligului contează și pentru modul în care arcul atârnă în suportul său de montare - un cârlig răsucit poate introduce o sarcină laterală nedorită pe care corpul bobinei nu a fost niciodată proiectat să o suporte.
Arcurile de torsiune stochează energie atunci când sunt răsucite în jurul axei lor, mai degrabă decât să fie împinse sau trase de-a lungul ei. Corpul bobinei rezistă deplasării unghiulare, iar picioarele drepte de la fiecare capăt transmit acea forță de rotație în ansamblu. Agrafele pentru haine, capcanele pentru șoareci, sistemele de contrabalansare a ușilor de garaj și balamalele pentru ușile dulapurilor sunt exemple tipice.
Spre deosebire de arcurile de compresie și extensie, un arc de torsiune este aproape întotdeauna proiectat să funcționeze cu diametrul bobinei reducându-se ușor pe măsură ce se înfășoară sub sarcină. Asta înseamnă că arborele sau dornul pe care se află trebuie să fie dimensionat cu spațiu liber pentru această reducere, sau bobinele se vor lega de arbore înainte ca arcul să își atingă cursa prevăzută - un detaliu care îi prinde pe mulți designeri începători.
| Caracteristica arc de torsiune | Efect de design |
|---|---|
| Direcția bobinei (mâna stângă sau dreaptă) | Trebuie să se potrivească cu direcția în care arcul este destinat să se înfășoare sub sarcină, sau bobinele se vor desfășura în loc să se strângă |
| Configurația picioarelor | Picioarele drepte, cu balamale sau înclinate determină modul în care cuplul se transferă în ansamblul înconjurător |
| Numărul de bobine active | În general, mai multe bobine scad rata cuplului și măresc cursa de rotație disponibilă |
| Stilul corpului (închidere vs. distanțat) | Bobinele apropiate reduc zgomotul de frecare între bobine; bobinele distanțate reduc șansa de a se lega sub sarcină mare |
Dincolo de exemplele de uz casnic, arcurile de torsiune apar în mecanismele de contrabalansare pentru ușile aeriene grele, arcurile de retur în ansamblurile cu clichet și clichete, dispozitivele de închidere a balamalei pe dulapuri și dulapuri și mecanisme de strângere în care este necesară o forță de rotație ușoară și consistentă pentru a ține două părți împreună fără un dispozitiv de fixare separat.
Arcurile de torsiune sunt de obicei formate pe o mașină cu arc CNC echipată cu un cap rotativ pentru îndoirea picioarelor, deoarece precizia unghiului picioarelor afectează direct modul în care arcul se așează în orificiile sale de montare. Un picior care este dezactivat chiar și cu câteva grade poate crea inconsecvență de preîncărcare pe o linie de asamblare, motiv pentru care unghiul piciorului este una dintre primele dimensiuni verificate în timpul inspecției de intrare la o nouă configurație de scule.
Arcurile Belleville sunt șaibe în formă de con care se aplatizează sub sarcină axială. Stivuirea lor în serie mărește deplasarea, în timp ce stivuirea în paralel crește capacitatea de încărcare, ceea ce le face utile oriunde un proiectant are nevoie de o curbă de forță specifică într-un spațiu axial foarte scurt - ansamblurile de flanșe cu șuruburi și mașinile grele sunt exemple comune. O proprietate utilă a arcurilor cu disc este că curba forței lor poate fi reglată în funcție de înălțimea conului lor în raport cu grosimea lor: un con de mică adâncime oferă un răspuns de forță aproape liniar, în timp ce un con mai înalt poate fi reglat pentru a produce o curbă de forță plată sau chiar snap-through, care este utilă în mecanismele de eliberare a suprasarcinii.
Arcurile ondulate folosesc o formă ondulată, în formă de inel în loc de o bobină de sârmă rotundă, oferind aceeași forță de arc ca un arc elicoidal la aproximativ o treime până la jumătate din înălțimea comprimată. Aplicațiile de preîncărcare a rulmentului și conectorii electronici mici favorizează arcurile ondulate atunci când spațiul axial este limitat. Ele sunt produse de obicei în soiuri cu o singură rotație, cu mai multe rotații și cuibărite, cu arcuri ondulate cu mai multe rotații utilizate în mod obișnuit acolo unde este disponibilă o înălțime de lucru mai mare, dar spațiul radial este încă strâns.
Rulat din bandă plată pretensionată, mai degrabă decât din sârmă rotundă, un arc cu forță constantă oferă aproape aceeași forță de ieșire pe întregul său domeniu de extensie în loc de curba de forță în creștere. Măsurătorile retractabile, mecanismele de contrabalansare și bobinele de cablu se bazează pe acest comportament. Deoarece banda este înfășurată pe ea însăși într-o rolă strânsă în repaus și se desfășoară sub sarcină, forța de ieșire rămâne remarcabil de plată în comparație cu rezistența în creștere constantă a unui arc elicoidal.
Arcurile de gaz sunt cu totul o categorie diferită - un cilindru etanș cu gaz comprimat și o tijă de piston, utilizat acolo unde este nevoie de o extensie controlată și amortizată, cum ar fi barele de trapa auto și scaunele de birou reglabile. Ele sunt fabricate mai degrabă pe un echipament de umplere hidraulic decât pe o mașină cu arc de formare a sârmei.
Două tipuri mai puțin comune, dar încă relevante, completează categoria de specialitate. Arcurile volute sunt înfășurate în bandă plată într-o formă de con și funcționează ca un arc de compresie cu o rezistență excelentă la flambaj, folosit în trecut în suspensiile vehiculelor grele. Arcurile serpentine sunt formate dintr-un zig-zag continuu de sârmă rotundă și au fost cândva obișnuite în scaunele tapițate, apreciate pentru distribuirea uniformă a sarcinii pe o tavă largă a scaunului, mai degrabă decât pentru a o concentra în câteva puncte.
Tipul de arc produs, de obicei, dictează ce aliaj de sârmă are sens și fiecare aliaj se comportă diferit odată ce este alimentat printr-o mașină cu arc.
Două dimensiuni domină comportamentul unui arc mai mult decât orice altă variabilă: diametrul firului și indicele arcului, raportul dintre diametrul bobinei și diametrul firului. O sârmă mai groasă crește brusc rigiditatea, deoarece rata arcului crește cu a patra putere a diametrului sârmei, în timp ce un indice scăzut al arcului (o bobină strânsă în raport cu sârma) crește concentrația de tensiuni în interiorul fiecărei bobine și face arcul mai greu de format cu precizie. Cele mai multe modele practice păstrează indicele arcului între aproximativ 4 și 12; arcurile spiralate mai strânse decât acestea necesită o atenție suplimentară la scule și corectarea tensiunii, în timp ce arcurile spiralate mai strânse decât acestea tind să se încurce și să se încurce mai ușor.
O mașină cu arc CNC își schimbă viteza de bobinare, viteza de avans a sârmei și presiunea știftului de formare în funcție de aliajul încărcat, deoarece sârma mai tare are nevoie de mai multă forță de formare, dar se întoarce mai departe după ce instrumentul o eliberează, un comportament numit recuperare elastică. Mașinile construite pentru producția de volum mare compensează de obicei această recuperare automat prin supraformarea fiecărei bobine cu o marjă calculată, acesta fiind unul dintre motivele pentru care bobinarea automată a înlocuit în mare măsură formarea manuală pe banc pentru orice altceva dincolo de cantitățile prototip. Mașinile moderne cu arc servo-acționate înregistrează aceste date de compensare per lot, ceea ce face mult mai ușor de reprodus geometria exactă a bobinei data viitoare când se rulează același lot de sârmă.
Alegerea unui tip de arc este doar primul pas. Dimensionarea unuia pentru o aplicație reală se reduce, de obicei, la trei ținte legate: rata arcului (cât de multă forță se schimbă pe unitatea de deformare), solicitarea maximă sigură la deformare completă și numărul de cicluri de care arcul are nevoie pentru a supraviețui înainte ca oboseala să devină o problemă.
Rata arcului descrie cât de rigid se simte arcul - forța suplimentară necesară pentru fiecare unitate suplimentară de deformare. Pentru un arc elicoidal, rata crește cu diametrul firului și scade pe măsură ce diametrul bobinei sau numărul de bobine active crește. Două arcuri pot arăta aproape identice și pot avea în continuare rate foarte diferite dacă unul are un diametru al bobinei puțin mai mare sau două bobine mai active decât celălalt, motiv pentru care rata arcului, nu doar dimensiunile fizice, este numărul care trebuie specificat și verificat.
Arcurile care circulă ocazional, cum ar fi un arc de blocare deschis de câteva ori pe zi, pot fi proiectate cu o marjă de stres generoasă și probabil vor rezista mai mult decât produsul din jurul lor. Arcurile care circulă continuu, cum ar fi un arc de supapă care declanșează de mii de ori pe minut, trebuie proiectate în raport cu o curbă de oboseală, mai degrabă decât pentru o singură valoare maximă a tensiunii, deoarece încărcarea repetată cu mult sub rezistența finală a materialului poate provoca în cele din urmă inițierea și creșterea unei fisuri. Ca un ghid aproximativ, menținerea tensiunii maxime de funcționare sub aproximativ 45 până la 50% din rezistența la tracțiune a firului este un punct de plecare obișnuit pentru arcurile care se estimează că vor supraviețui milioane de cicluri, deși numărul potrivit depinde întotdeauna de aliajul specific și de finisajul suprafeței.
Shot peening este cel mai utilizat tratament pentru prelungirea duratei de viață la oboseală în arcurile de compresie și torsiune. Arderea unor medii rotunde mici la suprafața sârmei introduce un strat superficial de efort rezidual de compresiune, care rezistă la solicitarea de tracțiune care altfel ar iniția o fisură de oboseală la suprafață. Pentru arcurile supuse unui ciclu înalt de service, cu solicitări ridicate — arcurile supapelor pentru automobile sunt exemplul clasic — granulația poate prelungi în mod semnificativ durata de viață în comparație cu un arc neîngroșat de aceleași dimensiuni.
O mașină modernă cu arc CNC transformă o bobină de sârmă brută într-un arc finit, tratat termic, într-o secvență de pași coordonați, toți controlați prin mișcarea servo programată, mai degrabă decât prin came mecanice pe echipamente mai vechi.
Mașinile mai vechi de bobinare cu came se bazează pe came fizice și opritoare mecanice pentru a controla pasul și lungimea, ceea ce înseamnă că schimbarea designului unui arc necesită schimbarea sculelor fizice. O mașină cu arc CNC înlocuiește majoritatea acelor came mecanice cu axe servo programate independent, astfel încât comutarea între modele de arc - inclusiv tipuri complet diferite, cum ar fi trecerea de la o rulare cu arc de compresie la o rulare cu arc de torsiune - este în mare măsură o chestiune de încărcare a unui nou program și de reglarea sculelor, mai degrabă decât reconstruirea mașinii. Această flexibilitate este unul dintre principalele motive pentru care rulajele de primăvară de volum mic și mediu au devenit mult mai rentabile în ultimele două decenii.
| Industria | Tipuri tipice de arcuri | De ce acest tip |
|---|---|---|
| Automobile | Compresie, torsiune, disc | Aplicațiile cu supape și ambreiaj cu ciclu înalt necesită arcuri de compresie granulate; arcurile cu disc suportă sarcini mari în spațiu axial scurt |
| Mobila si electrocasnice | Compresie, extensie, forță constantă | Mecanismele de reclinare și glisierele sertarelor au nevoie de forță constantă, cu ciclu moderat, cu o rată plată sau ușor în creștere |
| Electronice și conectori | Val, compresie mică | Jocul intern limitat favorizează arcurile ondulate cu profil redus pentru preîncărcare de contact |
| Agricultura si utilaje grele | Compresiune, torsiune | Arcurile de diametru mare, de ecartament mare, trebuie să supraviețuiască la șocuri în aer liber, favorizând acoperirile rezistente la coroziune |
| Dispozitive medicale | Compresie, extensie, torsiune (miniatură) | Sârma inoxidabilă este preferată pentru curățare, cu toleranțe strânse pe diametre foarte mici de sârmă |
Alegerea materialului unui arc se ocupă de cea mai mare parte a rezistenței la coroziune, dar acoperirile și finisajele adaugă un alt strat de protecție și pot modifica, de asemenea, aspectul și caracteristicile de frecare ale arcului.
Grosimea stratului de acoperire contează mai mult decât ar părea pentru arcurile cu toleranță apropiată, deoarece chiar și un strat subțire de placare modifică ușor diametrul efectiv al firului și poate modifica viteza arcurilor la arcurile foarte mici. Pentru arcurile cu toleranțe strânse de viteză, testarea se face de obicei după acoperire și nu înainte, astfel încât valorile raportate reflectă piesa așa cum va fi instalată efectiv.
Distanța neuniformă a bobinei este de obicei urmărită până la sârmă care nu a fost complet îndreptată înainte de bobinare, role de alimentare uzate care alunecă pe suprafața sârmei sau un instrument de pas care a ieșit din calibrare. La o mașină cu arc CNC, acest lucru este adesea detectat devreme prin măsurarea pasului în linie încorporată în stația de bobinare în sine.
Cele mai multe fisuri de oboseală încep de la un defect de suprafață - o zgârietură, o groapă de coroziune sau o concentrare a tensiunii la o îndoire sau cârlig - mai degrabă decât în mijlocul unei bobine netede. Îmbunătățirea finisajului suprafeței, adăugarea de șlefuire sau reproiectarea unei raze ascuțite a cârligului sunt soluțiile obișnuite odată ce este identificat un model de defecțiune prin oboseală.
Setul permanent descrie un arc care nu mai revine la lungimea sa liberă inițială după ce a fost deformat, de obicei pentru că a fost solicitat dincolo de limita elastică a materialului - adesea de la comprimarea la înălțimea solidă în mod repetat sau de la funcționarea la o temperatură mai mare decât a fost evaluat aliajul de sârmă. Eliberarea corectă a tensiunilor după bobinare reduce riscul de aprindere prin relaxarea tensiunilor reziduale de formare înainte ca arcul să înregistreze primul ciclu de lucru.
O mână de variabile tind să determine cea mai mare parte a diferenței de cost între cotațiile de primăvară, indiferent de tipul care este produs.
Atunci când comparăm ofertele de la furnizori, este util să întrebați în mod specific cum se verifică sarcina și rata - cei mai mulți producători de renume testează un eșantion din fiecare lot de producție pe un tester de deplasare a forței, mai degrabă decât să se bazeze doar pe verificări dimensionale, deoarece două arcuri pot măsura identic și pot funcționa diferit dacă duritatea firului variază ușor între loturile de sârmă.
Cea mai rapidă modalitate de a restrânge un tip de arc este să întrebați în ce direcție este aplicată forța și cât spațiu axial este disponibil:
Arcurile de compresie sunt tipul cel mai larg produs, deoarece o forță de împingere directă acoperă cea mai mare parte a aplicațiilor mecanice și de consum, de la pixuri la miezuri de saltea.
Un arc de compresie rezistă la strângere și bobinele sale stau depărtate în repaus, în timp ce un arc de prelungire rezistă la întindere și bobinele sale stau strâns împreună în repaus, de obicei cu capete cârlige sau bucle pentru montare.
Da. Majoritatea mașinilor moderne cu arc CNC sunt reprogramate mai degrabă decât reconstruite mecanic pentru a comuta între formarea prin compresie, extensie și torsiune, deoarece diferența se reduce la modificările sculelor și la parametrii actualizați de bobinare, pas și îndoire în software-ul de control.
Îndoirile concentrează stresul mult mai mult decât o bobină înfășurată fără probleme, astfel încât cârligele de pe arcurile de extensie și picioarele de pe arcurile de torsiune sunt de obicei primul punct de defecțiune sub cicluri repetate, motiv pentru care geometria cârligului și a piciorului primește la fel de multă atenție la proiectare ca și bobina în sine.
În majoritatea cazurilor de modernizare, da - un arc ondulat poate furniza o forță comparabilă cu un arc de compresie elicoidal, în timp ce ocupă aproximativ o treime până la jumătate din înălțimea comprimată, motiv pentru care sunt comune în designul de rulmenți și conectori cu spațiu limitat.
Indicele arcului este raportul dintre diametrul bobinei și diametrul firului. Un indice scăzut înseamnă un arc strâns spiralat, cu o concentrație mai mare de tensiuni pe marginea interioară a bobinei, în timp ce un indice ridicat înseamnă un arc elicoiat, care este mai ușor de format, dar mai predispus la flambaj și încurcare - cele mai multe modele practice rămân într-un interval mediu pentru un echilibru între fabricabilitate și performanță.
Da, pentru arcuri care văd încărcare cu stres ridicat, ciclu mare. Tensiunea reziduală de compresiune introdusă la suprafața sârmei rezistă tensiunii de întindere care inițiază fisuri de oboseală, motiv pentru care greblarea este o practică standard pentru aplicații solicitante, cum ar fi arcurile supapelor pentru automobile, chiar dacă adaugă o etapă secundară a procesului.
Duritatea și diametrul sârmei pot varia ușor între loturile de freză, chiar și într-un interval de toleranță acceptat, motiv pentru care producătorii consecvenți testează o probă din fiecare lot pe un tester de deplasare a forței, mai degrabă decât să presupună că conformarea dimensională garantează o sarcină și o rată constantă.
TK-13200, TK-7230 TK-13200、 TK-7230 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 12 AXE ...
Vezi detalii
TK-13200, TK-7230 TK-13200、 TK-7230 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 12 AXE ...
Vezi detalii
TK12120 TK-12120 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 12 AXES ...
Vezi detalii
TK-6160 TK-6160 MAȘINĂ CNC DE LAMINARE A ARCOLOR ...
Vezi detalii
TK-6120 TK-6120 MAȘINĂ CNC DE LAMINARE A ARCOLOR ...
Vezi detalii
TK-5200 TK-5200 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 5 AXE ...
Vezi detalii
TK-5160 TK-5160 MAȘINĂ CNC DE BOBINARĂ A ARCOLOR 5 AXES ...
Vezi detalii
TK-5120 TK-5120 MAȘINĂ CNC DE BOBINAR A ARCOLOR 5 AXE ...
Vezi detaliiCod QR mobil
