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5개의 숫자가 모든 성능을 결정합니다. 압축 스프링 : 와이어 직경, 평균 코일 직경, 활성 코일 수, 자유 길이 및 와이어 재료의 전단 계수. 일단 설정되면 스프링율, 최대 응력, 솔리드 높이 및 사용 가능한 편향이 고정된 출력으로 따릅니다. 이 다섯 가지를 올바르게 수행하면 나머지 설계 작업이 검증됩니다. 하나라도 잘못하면 스프링이 보어에 제대로 안착되거나 일찍 피로해지거나 목표 하중에 도달하지 못할 것입니다.
28년 넘게 스프링 제조 장비를 구축하면서 얻은 실질적인 결론은 간단합니다. 설치된 공간과 하중 편향 요구사항부터 시작하여 4에서 12 사이의 스프링 지수를 선택하고 스프링 속도 공식을 사용하여 무거운 작업을 수행합니다. 그런 다음 응력을 확인하고, 길이 대 직경 비율을 확인하고, 항상 고체 높이 위에 여유 공간을 두십시오. 사용 시 견고한 높이에 도달하는 압축 스프링은 응력이 급격히 증가하는 스프링입니다.
순서가 중요합니다. 자유로운 길이나 피치로 시작하지 마십시오. d, D, Na, Lf, G로 시작하세요. 다른 모든 것은 파생됩니다.
압축 스프링은 원형 와이어로 형성된 개방형 코일 나선형 스프링으로, 축 압축 하중이 적용될 때 스프링이 짧아질 수 있도록 코일 사이에 피치가 있습니다. 하중이 제거되면 스프링은 원래의 자유 길이로 돌아갑니다. 코일 사이의 공간은 장식적인 것이 아닙니다. 이는 스프링의 편향 용량을 정의합니다.
압축 스프링은 세계에서 가장 일반적으로 생산되는 스프링 유형입니다. 이는 엔진 밸브, 서스펜션 시스템, 도어 잠금 장치, 전기 접점, 의료용 주사기, 산업 안전 밸브 및 항공우주 액추에이터에 나타납니다. 이러한 응용 분야에서 스프링은 세 가지 작업 중 하나를 수행합니다. 즉, 힘에 저항하고, 나중에 풀기 위해 에너지를 저장하고, 변위 후 부품을 정의된 위치로 되돌립니다.
압축 스프링이 압축되면 와이어가 자체 축을 중심으로 비틀립니다. 이러한 비틀림은 와이어 단면에 전단 응력을 발생시키며, 측정된 결과는 스프링 축을 따른 압축력입니다. 일반 설계에서 스프링은 편향이 하중에 비례하는 탄성 범위에서 작동합니다. 편향에 대한 하중의 비율은 스프링 비율이며 밀리미터당 뉴턴(N/mm) 또는 인치당 파운드(lb/in)로 표시됩니다.
설계자는 고정된 이동 동안 힘을 예측 가능하게 유지해야 할 때, 조립 공간이 제한될 때 또는 메커니즘에 간단하고 신뢰할 수 있는 복원력이 필요할 때 압축 스프링을 지정합니다. 다른 스프링 유형과 비교하여 원통형 압축 스프링은 제조 비용이 저렴하고 계산이 쉽고 CNC 스프링 코일링 기계에서 대량 생산이 간단합니다. 균형은 자유 길이가 평균 직경에 비해 길면 측면 지지가 필요하다는 것입니다.
아래 표에는 원통형 압축 스프링에 대한 표준 매개변수 세트가 나열되어 있습니다. 이러한 기호는 일반적인 스프링 설계 참조에 사용되는 규칙을 따르므로 다음 섹션의 공식으로 직접 변환됩니다.
| 매개변수 | 기호 | 단위 | 디자인에 대한 의미 |
|---|---|---|---|
| 와이어 직경 | d | mm | 코일링 전 원형 와이어의 직경; 스프링 비율에 대한 가장 강력한 레버입니다. |
| 외경 | OD | mm | 스프링의 최대 직경. 보어 또는 하우징에 대한 적합성을 제어합니다. |
| 내경 | 아이디 | mm | 가이드 로드를 제거해야 합니다. OD 빼기 2d와 같습니다. |
| 평균 코일 직경 | D | mm | OD 및 ID의 평균; 모든 스프링율과 응력 공식에 사용되는 직경. |
| 봄지수 | C | — | C = D/d. 권장 범위는 4~12입니다. 값이 낮으면 응력 집중이 높아집니다. |
| 활성 코일 | Na | — | 부하가 가해지면 실제로 편향되는 코일; 엔드 코일은 기여하지 않습니다. |
| 총 코일 | NT | — | 활성 코일 plus end coils; depends on end treatment. |
| 자유로운 길이 | Lf | mm | 언로드된 길이; 이동을 정의하고 좌굴 위험에 영향을 줍니다. |
| 솔리드 높이 | LS | mm | 모든 코일이 닿았을 때의 길이; 닫힌 끝의 경우 대략 Nt × d입니다. |
| 피치 | p | mm | 자유 상태에서 인접한 코일의 해당 지점 사이의 거리입니다. |
| 봄비 | k | N/mm | 단위 편향당 하중; 디자인의 가장 중요한 단일 출력. |
| 처짐 | s | mm | 하중 F로 인한 압축; s = F/k. |
스프링 지수 C는 평균 직경과 와이어 직경의 비율입니다. C가 3 미만인 스프링은 와이어 표면에 균열이 생기지 않고 코일을 감는 것이 매우 어렵습니다. 와이어의 내부 측면이 실제 한계 이상으로 압축되기 때문입니다. C가 12보다 큰 스프링은 감기기는 쉽지만 엉키기 쉽고 공차에 민감하며 진동이나 서지 가능성이 더 높습니다. 디자인 최적점은 4와 12 사이의 C입니다. 정밀 스프링의 경우 6~10을 목표로 합니다.
압축 중에는 활성 코일만 구부러집니다. 편평하게 눌려진 끝 코일은 다음 코일과 접촉하여 더 이상 편향에 기여하지 않습니다. 두 개의 끝 코일이 있는 폐쇄 및 접지 끝 디자인에서 활성 코일 수는 총 코일에서 2를 뺀 것과 같습니다. 공식에 잘못된 코일 수를 사용하면 많은 스프링 프로토타입이 실패하게 됩니다.
자유 길이와 솔리드 높이는 사용 가능한 이동 거리를 정의합니다. 스프링은 정상 작동 시 절대 단단한 높이로 압축될 수 없습니다. 그렇게 하면 스트레스가 급격히 증가하고 종종 영구 세트가 남습니다. 일반적인 규칙은 최대 처짐의 최소 10%~15%를 고체 높이 위의 여유 공간으로 유지하는 것입니다. 그런 다음 필요한 이동을 제공하면서 자유 길이가 조립 공간에 맞도록 피치가 설정됩니다.
최종 처리는 설계 시 첫 번째 생산 결정입니다. 활성 코일 수, 스프링의 직각도 및 비용이 변경됩니다. 압축 스프링에는 네 가지 일반적인 끝 구성이 있습니다.
| 종료 유형 | 활성 코일 Na | 기능 종료 | 다음에 가장 적합합니다. |
|---|---|---|---|
| 개방형(일반), 접지 아님 | 나 = Nt | 와이어 끝이 절단되어 평평하게 눌러지지 않음 | 짧은 길이 또는 유도 스프링을 사용하는 저비용 애플리케이션 |
| 개방형(일반), 접지 | 나 = Nt − 1 | 마지막 코일만 부분적으로 편평해졌습니다. | 끝이 막히지 않아 더 나은 좌석 확보 |
| 폐쇄형(사각형), 접지 아님 | 나 = Nt − 2 | 끝 코일이 눌러져 닫혀 있지만 편평해지지는 않음 | 범용 산업용 스프링 |
| 폐쇄형(제곱형) 및 접지형 | 나 = Nt − 2 | 끝 코일은 닫혀 있고 접지되어 있으며 평평하고 정사각형입니다. | 정밀 메커니즘, 밸브 스프링, 로드 셀, 고주기 애플리케이션 |
폐쇄 및 연삭 스프링은 시트에 수직으로 서 있고 지면 전체에 하중을 고르게 분산하며 압축 시 회전하지 않습니다. 이것이 바로 밸브 스프링, 의료 장치 스프링 및 기구 스프링이 거의 항상 폐쇄형 및 접지형 끝단으로 지정되는 이유입니다. 연삭 작업은 균열이 시작될 수 있는 끝 부분의 와이어 표면층도 제거합니다. 비용 증가는 미미하지만 좌석 안정성이 크게 향상되었습니다.
스프링이 짧고 포켓에 지지되는 경우 또는 하중 경로가 중요하지 않은 경우 일반 끝이 비용을 절약합니다. 잠금 메커니즘, 전기 스위치 및 포장 기계의 산업용 압축 스프링은 일반적으로 일반 또는 접지되지 않은 폐쇄형 끝을 사용합니다. 설계에서는 압축 시작 시 스프링이 옆으로 기울어지지 않는지 확인해야 합니다.
스프링율 공식은 다른 재료 특성보다 먼저 전단 계수 G를 사용합니다. G는 재료 상수이며 열처리, 냉간 가공 또는 경도에 따라 변하지 않습니다. 열처리에 따라 변화하는 것은 허용 응력을 설정하는 인장 강도입니다. 따라서 재료 선택에 따라 설계의 스프링 비율과 하중 용량이 모두 결정됩니다.
대부분의 응용 분야에서 재료 결정은 몇 가지 질문으로 귀결됩니다. 스프링에 습기나 화학 물질이 있습니까? 작동 온도는 무엇입니까? 몇 사이클까지 살아남을 것인가? 부식이나 전기 전도성이 관련이 있습니까? 아래 표에는 일반적인 전단 계수 및 온도 한계와 함께 일반적으로 사용되는 스프링 와이어 재료가 나열되어 있습니다. 이러한 값은 SAE 스프링 설계 매뉴얼 및 와이어 공급업체 데이터시트와 같은 스프링 설계 참조에 사용되는 게시된 재료 데이터를 따릅니다.
| 소재 | 전단 계수 G(N/mm²) | 최대 와이어 온도(°C) | 일반적인 사용 |
|---|---|---|---|
| 뮤직 와이어(ASTM A228) | 79,300 | 120 | 소형 정밀 스프링, 센서, 밸브 부품 |
| 오일 강화 와이어(ASTM A229) | 79,300 | 150 | 일반 산업용 스프링, 자동차 섀시 부품 |
| 경강(ASTM A227) | 79,300 | 120 | 적당한 주기 수명을 지닌 저가형 스프링 |
| 크롬-바나듐(ASTM A231) | 79,300 | 220 | 피로 및 충격 하중, 엔진 스프링 |
| 크롬-실리콘(ASTM A401) | 79,300 | 250 | 고응력 밸브 스프링, 레이싱 스프링 |
| 스테인레스 302/304(ASTM A313) | 69,000~75,900 | 260 | 내식성, 의료, 식품, 해양 |
| 인청동 | 43,500 | 90 | 전기 접점, 부식 환경 |
| 인코넬 X-750 | 75,800 | 500 | 고온 항공우주 및 전력 장비 |
스프링율 공식은 와이어 직경의 4승을 사용하기 때문에 탄소강에서 스테인리스강으로 전환해도 사람들이 기대하는 만큼 스프링율이 변하지 않습니다. G의 10~15% 감소는 d의 아주 작은 증가로 보상될 수 있습니다. 위의 재료 비교표는 출발점이며, 생산을 위한 표면 마감 및 와이어 공급 특성을 포함한 전체 선택 논리는 당사 가이드에서 다룹니다. 스프링 기계 생산을 위한 스프링 재료 선택 .
원통형 압축 스프링의 스프링율은 다음과 같습니다.
k = G × d 4 / (8 × D 3 × 나)
여기서 k는 스프링율(N/mm), G는 전단 계수(N/mm²), d는 와이어 직경(mm), D는 평균 코일 직경(mm), Na는 활성 코일 수입니다. 모든 단위를 일관되게 유지하십시오. 밀리미터와 미터를 혼합하는 것이 가장 일반적인 오류입니다.
하중 F를 받는 나선형 스프링의 직접 전단 응력 공식은 8FD/(πd³)입니다. 이는 코일 내부에 응력이 집중되는 와이어의 곡률을 무시합니다. Wahl 계수 K_w는 해당 효과를 수정합니다.
K_w = (4C − 1)/(4C − 4) 0.615/C
여기서 C는 스프링 지수입니다. 수정된 전단 응력은 τ = K_w × 8FD/(πd³)입니다. 스프링 지수 7에서 Wahl 계수는 약 1.21에 불과합니다. 지수 3에서는 1.62를 넘어섰습니다. 이것이 항상 낮은 스프링 지수에서 응력을 확인하는 이유입니다.
악보 와이어(G = 79,300 N/mm²), 와이어 직경 d = 2.0 mm, 평균 코일 직경 D = 14 mm, Na = 8 활성 코일로 압축 스프링을 설계합니다. 닫힌 끝과 접지 끝이 있는 총 코일: Nt = Na 2 = 10.
1단계 — 스프링 지수: C = D/d = 14/2 = 7, 권장 4~12 범위 내에 있습니다.
2단계 - 스프링 비율: k = 79,300 × 16 / (8 × 2,744 × 8) = 1,268,800 / 175,616 = 7.22N/mm .
3단계 - 120N 하중에서의 편향: 초 = 120 / 7.22 = 16.6mm . 자유 길이는 45mm이므로 하중 시 압축 길이는 28.4mm입니다.
4단계 - 솔리드 높이: Ls ≒ Nt × d = 10 × 2 = 20mm . 고체 위의 간격은 28.4 − 20 = 8.4mm이며 이는 편향 이동의 약 28%이며 권장되는 10% ~ 15% 여유를 안전하게 초과합니다.
5단계 - 스트레스 확인: K_w = 1.21; τ = 1.21 × 8 × 120 × 14 / (π × 8) = 647N/mm² . 이 직경의 뮤직 와이어에 허용되는 일반적인 전단 응력은 최소 인장 강도의 약 45%(약 900N/mm²)이므로 설계는 편안하지만 과도한 여유를 두지 않고 작동합니다. 이러한 허용 응력 백분율은 표준 스프링 설계 참조에서 나온 것이며 정확한 수치는 공급업체가 제공한 와이어의 인장 등급에 따라 다릅니다.
종이에 완벽하게 보이는 스프링은 생산하기 어렵거나 비용이 많이 들 수 있습니다. 아래 규칙은 교과서 이론보다는 코일링, 연삭 및 템퍼링 장비에 대한 실제 경험에서 나온 것입니다.
3 미만에서는 코일링 중에 내부 반경의 와이어 표면이 너무 심하게 변형되고 맨드릴에 과도한 공구 압력이 나타납니다. 12 이상에서는 스프링이 다루기 쉽고, 직경 공차를 유지하기가 더 어려워지며, 가벼운 측면 하중 하에서 인접한 코일이 닿을 수 있습니다. 대부분의 CNC 스프링 기계는 인덱스 4와 10 사이에서 가장 안정적인 품질을 생산합니다.
압축 스프링은 가느다란 기둥처럼 동작합니다. 특정 자유 길이 대 평균 직경 비율을 초과하면 하중이 가해지면 옆으로 휘어집니다. 평행 지지 스프링의 경우 임계 비율은 약 4입니다. Lf/D가 4를 초과하는 경우 설계에는 가이드 로드, 외부 슬리브 또는 원추형 스프링 모양이 필요합니다. 좌굴은 재료의 문제가 아니라 형상의 문제입니다. 와이어 등급을 변경해도 문제가 해결되지 않습니다.
압축 스프링의 일반적인 제조 공차는 스프링 지수에 따라 결정됩니다. 합리적인 작업 가정은 최대 8까지의 지수에 대해 약 ±1%, 10 이상의 지수에 대해 ±1.5% ~ ±2%의 외경 공차입니다. ±1% ~ ±2%의 자유 길이 공차가 현실적입니다. 자유 길이 공차가 엄격해지면 일반적으로 추가 분류 또는 연삭이 필요합니다. 스프링율 공차는 와이어 직경 공차에 따르므로 매우 정확한 스프링율이 필요한 경우 d를 엄격하게 업스트림으로 제어해야 합니다.
다축 CNC 코일링 기계는 단일 패스로 피치, 직경, 이송 길이 및 절단 각도를 제어합니다. 이는 툴링을 변경하지 않고도 설계에 가변 피치, 감소된 끝 코일 또는 나선형 각도 변경이 포함될 수 있음을 의미합니다. 5축 CNC 스프링 성형 기계는 대부분의 정밀 나선형 스프링에 필요한 범위의 피치 정확도를 유지하므로 설계자는 파생된 값이 아닌 제어된 치수로 피치를 지정해야 합니다. 피치가 서지 동작에 중요한 경우 도면에 기록하십시오. 일정한 피치 설계는 생산 시 항상 검증하기가 더 쉽습니다.
끝 코일이 닫혀도 끝 표면은 여전히 불규칙합니다. 연삭하면 전체 와이어 폭에 걸쳐 끝이 평평해지고 스프링이 수직으로 세워집니다. 연삭 품질은 두 가지 출력, 즉 연삭면의 평평한 너비와 스프링 축에 대한 끝의 직각도에 의해 판단됩니다. 정밀 어셈블리의 경우 일반적으로 사양에 따라 와이어 끝 둘레의 최소 75%가 평평하게 접지되어야 합니다. 에이 CNC 스프링 연삭기 생성된 열이 와이어 표면을 태우지 않도록 연삭 휠의 공급과 체류 시간을 제어합니다. 과도하게 연마하면 와이어 단면적이 줄어들고 끝 코일이 약해지는 반면, 덜 연마하면 흔들리는 시트가 남습니다.
CNC 스프링 연삭 기계 제조업체, OEM/ODM 공급업체 - WNJ 기계 중국 OEM/ODM CNC 스프링 연삭 기계 제조업체 및 스프링 연삭 기계 공급업체로서 Omnipotent Spring Machine Co.,ltd offe... 제품보기 → 코일링 콜드 와이어는 특히 각 코일의 내부 반경에 상당한 잔류 응력을 발생시킵니다. 응력 완화는 재료에 따라 달라지는 온도에서 짧은 시간 동안 완성된 스프링을 가열하여 이루어집니다. 음악용 와이어는 일반적으로 약 180°C~230°C, 오일 강화 와이어는 약 230°C~260°C, 크롬-실리콘 합금은 약 350°C~430°C에서 완화됩니다. 목표는 와이어를 부드럽게 하지 않고 치수를 안정화하고 피로 수명을 향상시키는 것입니다. 스프링 작업장에서 사용되는 템퍼링로는 부하 전반에 걸쳐 균일한 온도를 유지하므로 배치의 모든 스프링이 동일한 처리를 받습니다. 불균일한 템퍼링은 배치 간 자유 길이 변화의 일반적인 원인입니다.
수백만 번의 사이클을 견뎌야 하는 스프링의 경우 쇼트 피닝은 와이어 표면을 압축하고 피로 균열의 시작점을 응력장 아래로 밀어냅니다. 압축 잔류 응력 설정이라고도 하는 사전 설정에는 스프링을 단단한 높이로 한 번 또는 여러 번 압축하여 내부 섬유에 유익한 잔류 응력을 유도하는 작업이 포함됩니다. 두 프로세스 모두 밸브 스프링과 서스펜션 스프링의 표준이지만 비용이 추가됩니다. 피로한 삶이 필요할 때만 사용하십시오.
전체 생산을 시작하기 전에 작은 배치를 실행하여 측정된 스프링율, 응력 제거 후 자유 길이, 솔리드 높이의 세 가지 사항을 확인합니다. 측정된 속도가 꺼져 있으면 실제 와이어 직경을 먼저 확인하십시오. 왜냐하면 네 번째 거듭제곱은 0.02mm 와이어 허용 오차도 눈에 보이는 속도 변화로 확대하기 때문입니다. 그런 다음 활성 코일 수가 기계에서 실제로 생산된 최종 처리와 일치하는지 확인하십시오. 하나의 추가 끝 코일로 만들어진 폐쇄 및 연삭 스프링은 계산된 것보다 더 부드럽게 작동합니다.
기계 유형은 도면만큼 중요합니다. 일정한 피치와 연삭 끝이 있는 순수 원통형 압축 스프링은 끝 연삭 기계가 뒤따르는 스프링 코일링 기계의 표준 작업입니다. 가변 피치, 원추형 모양 또는 구부러진 다리가 있는 스프링에는 더 많은 축이 필요합니다. 에이 12축 CNC 스프링 캠리스 기계 모든 작업축이 독립적으로 움직이고 제품군 간에 변경할 캠이 없기 때문에 복잡한 형상을 처리합니다. 코일링, 끝단 연삭 및 열처리를 포함하여 와이어에서 완성된 스프링까지의 생산 경로는 다음 기사에 단계별로 설명되어 있습니다. 스프링 제조 방법 .
맞춤형 CNC-1225 12AXES CNC SPRING CAMLESS MACHINE 공장, 회사 - WNJ 기계 Zhejiang Omnipotent Spring Machine Co.,ltd(WNJ Machine)는 중국 도매 CNC-1225 12AXES CNC SPRING CAMLESS MACHINE 공장 및 공동 회사입니다. 제품보기 → 도어 래치에서 작동하는 압축 스프링은 작동 빈도가 다르고 스프링의 동적 동작이 변하기 때문에 자동차 연료 분사기에서는 작동하지 않을 수 있습니다. 다음에 사용되는 압축 스프링 자동차 및 모빌리티 애플리케이션 서지 주파수, 피로 수명, 작동 온도에서의 완화 여부를 확인해야 합니다. 디자이너가 제작한 그림은 시작에 불과합니다. 생산 장비는 수천 개의 조각에 걸쳐 일관되게 형상을 유지해야 합니다.
k = G × d⁴ / (8 × D³ × Na)를 사용합니다. d, D 및 Na를 일관된 단위로 측정합니다. G가 N/mm²이고 모든 치수가 mm인 경우 결과는 바로 N/mm입니다. 가장 빈번한 오류는 와이어 게이지와 실제 와이어 직경을 혼합하는 것입니다.
4~12 사이의 스프링 지수를 목표로 하고, 정밀 스프링에 선호되는 영역은 6~10입니다. 4 미만에서는 와이어가 내부 반경에 과도한 응력을 받습니다. 12 이상에서는 스프링을 다루기 어렵고, 정확하게 감고, 일관되게 측정하기가 어려워집니다.
스프링이 수직으로 서 있어야 하거나 평평한 시트가 있는 홈에 안착되거나 주기적인 하중을 지탱해야 하는 경우 닫힌 끝과 접지 끝을 지정합니다. 밸브 스프링, 로드 셀 및 의료 기기 스프링은 폐쇄형 및 접지형 끝을 사용합니다. 스프링이 로드나 포켓에 의해 안내되는 저비용, 저주기 응용 분야에는 일반 끝 부분이 허용됩니다.
건조한 실내, 비부식성 환경에서 최고의 강도와 최고의 피로 수명을 위해 뮤직 와이어를 선택하십시오. 스프링에 습기, 화학 물질 또는 세척이 감지되면 스테인레스 302 또는 304를 선택하고 낮은 전단 계수는 동일한 스프링 속도에 대해 와이어 직경이 약간 더 크다는 것을 의미합니다. 스테인레스는 또한 약 260°C까지 유용한 강도를 유지하는 반면, 음악용 와이어는 120°C 이상에서는 성능을 잃습니다.
끝이 평행한 스프링의 경우 자유 길이 대 평균 직경 비율을 약 4 미만으로 유지합니다. 비율이 더 높은 경우에는 가이드 로드나 외부 슬리브를 사용하거나 원추형 또는 통형 스프링으로 변경하십시오. 좌굴은 더 강한 재료를 선택하여 해결할 수 없습니다. 기하학 문제입니다.
예. 다축 CNC 스프링 포머는 피치 도구와 와이어 피드를 독립적으로 이동하므로 동일한 부품에서 스프링 축을 따라 피치가 변경될 수 있습니다. 가변 피치는 고유 진동수를 제어하고 장거리 이동 스프링의 솔리드 높이를 줄이는 데 사용됩니다. 일관된 결과를 얻으려면 피치 프로파일을 단일 공칭 값이 아닌 도면의 점 테이블로 지정하십시오.
TK-13200, TK-7230 TK-13200, TK-7230 12축 CNC 스프링 코일링 기계 ...
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TK-13200, TK-7230 TK-13200, TK-7230 12축 CNC 스프링 코일링 기계 ...
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