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Sviluppo nella storia della primavera

Date:Jul 13, 2018

Una molla è un dispositivo che cambia forma sotto l'azione di una forza esterna. Quando la forza viene rimossa, ritorna alla sua forma originale. L'energia consumata dalla molla viene immagazzinata in primavera e può essere ripristinata quando la molla ritorna alla sua forma originale.

Generalmente, la quantità di cambiamento di forma è direttamente correlata alla grandezza della forza applicata. Tuttavia, se viene applicata troppa forza, la molla si deformerà in modo permanente e non tornerà mai più alla sua forma originale.
| sfondo

Le molle sono principalmente dei seguenti tipi. Tra questi, il più comune è composto da un filo avvolto in una forma cilindrica o una forma conica. Una molla di tensione è una molla elicoidale le cui bobine sono solitamente in contatto tra loro.

Quando viene applicata una forza per allungare la molla, le bobine vengono separate. Al contrario, la molla di compressione è una molla elicoidale che ha uno spazio tra le bobine continue; quando viene applicata una forza per accorciare la molla, le bobine vengono schiacciate insieme.



Il terzo tipo di molla elicoidale, chiamata molla di torsione, fa sì che la forza esterna torci la spirale in una spirale più stretta. Esempi comuni di molle a torsione appaiono negli Appunti e nelle forcelle a farfalla.

Un'altra variazione della molla elicoidale è la molla dell'orologio, che viene avvolta in un disco a spirale piatta anziché un cilindro o un cono. Un'estremità della molla è al centro della spirale e l'altra estremità è al suo bordo esterno.



Alcune molle non sono fatte con bobine. L'esempio più comune è una molla a lamina, che ha la forma di un arco poco profondo e viene comunemente utilizzata nei sistemi di sospensione per autoveicoli. L'altro tipo è una molla a disco, un dispositivo simile a una rondella simile a un cono troncato. Il cilindro a nucleo solido aperto e il materiale elastico possono anche fungere da molla. Le molle non elicoidali generalmente funzionano come molle a compressione.
| Storia

Molle molto semplici e non elicoidali sono state usate nel corso della storia. Anche i rami elastici possono essere usati come molle. I dispositivi a molla più complessi possono essere fatti risalire all'età del bronzo e le pinzette per sopracciglia sono più comuni in diverse culture. Nel III secolo aC, Ctsii Bius, un ingegnere ad Alessandria, in Grecia, sviluppò un processo per creare "bronzo elastico", gettando la percentuale di stagno nella lega di rame, colando la parte e indurendola con un martello. Cercò di usare le molle a balestra per manovrare le catapulte militari, ma mancavano di forza. Nel secondo secolo aC, un altro ingegnere di catapulta, Philo di Byilo, costruì un dispositivo simile e apparentemente ottenne un certo successo. I lucchetti sono ampiamente usati nell'impero romano. Almeno un tipo di lucchetto utilizza foglie di metallo curve per mantenere il dispositivo chiuso finché l'anta metallica non viene bloccata da un blocco di compressione della chiave.



Il prossimo grande sviluppo nella storia della primavera fu nel Medioevo. Una sega elettrica progettata da Valadde Hunnururt utilizza una ruota idraulica per spingere la lama in una direzione mentre si piega una barra; quando l'asta ritorna allo stato non rettificato, tira la lama nella direzione opposta.



La molla elicoidale fu sviluppata all'inizio del XV secolo. Sostituendo il sistema gravitazionale e utilizzando un meccanismo a molla per alimentare il segnatempo, gli orologiai possono creare dispositivi di temporizzazione portatili affidabili. Questo avanzamento ha reso possibile una precisa navigazione astronomica delle navi oceaniche.

Nel diciottesimo secolo, la rivoluzione industriale promosse lo sviluppo della produzione su larga scala della tecnologia primaverile. Negli anni ottanta dell'Ottocento, il fabbro britannico Joseph Bramah usò una macchina a molla nella sua fabbrica. Ovviamente è stato modificato da un tornio, e la macchina ha sostituito una testa di taglio con una fila di fili. Il filo sulla bobina è avvolto attorno ad un'asta fissa sul tornio. La velocità della vite di comando è tale che la bobina è parallela alla coclea e può essere regolata per cambiare la spaziatura delle bobine della molla.

Gli attuali esempi comuni di utilizzo delle molle sono le piccole bobine che supportano i tasti sul touchpad del telefono, le enormi bobine che supportano l'intero edificio e le proteggono dalle vibrazioni sismiche.
| Materiali grezzi


Le ferroleghe sono i materiali primaverili più comunemente utilizzati. Le leghe più popolari sono i materiali ad alto tenore di carbonio (come il filo di acciaio per corde di chitarra), il basso tenore di carbonio temperato ad olio, il silicio al cromo, il cromo vanadio e l'acciaio inossidabile. Altri metalli a volte utilizzati per produrre molle sono il rame al berillio, il bronzo fosforoso e il titanio. La gomma o l'uretano possono essere utilizzati per molle cilindriche non elicoidali. I materiali ceramici per molle elicoidali sono stati sviluppati in ambienti a temperature molto elevate. I materiali compositi monostrutturali in fibra di vetro sono stati testati per le molle.

| Design

Varie equazioni matematiche sono state sviluppate per caratterizzare la molla in base a fattori quali composizione e dimensioni del filo, diametro della bobina, numero di bobine e quantità di forza esterna prevista. Queste equazioni sono state incorporate nel software per computer per semplificare il processo di progettazione.

| Produzione

Quanto segue è una breve introduzione al processo di fabbricazione delle molle elicoidali in acciaio.

Rotolo freddo Un filo con un diametro di 0,75 (18 mm) può essere arrotolato a temperatura ambiente usando una delle due tecniche di base. Avvolgere attorno a un albero chiamato albero o mandrino. Questo può essere fatto su una avvolgitrice a molla dedicata, un tornio, un trapano a mano elettrico con un mandrino fissato alla pinza o un avvolgitore azionato a scuotimento manuale. Un meccanismo di guida, come una vite guida su un tornio, deve allineare la linea con il passo desiderato (distanza tra le bobine successive) mentre si avvolge attorno al mandrino. In alternativa, il filo può essere avvolto senza un mandrino. Questo di solito è fatto con un computer centrale di navigazione (CNC). Spingere il filo sul blocco di supporto in modo che sia rivolto verso una testa scanalata, deflettendo il filo e costringendolo a piegarsi. La testa e il blocco di supporto possono essere mossi l'uno rispetto all'altro in cinque direzioni per controllare il diametro e il passo della molla che si sta formando. Per le molle di trazione o di torsione, dopo che l'operazione di avvolgimento è completata, le estremità sono piegate nel ciclo desiderato, gancio o sezione diritta.

Hot roll. Se il metallo viene riscaldato per ammorbidirlo, il filo o la barra più spessa può essere arrotolato in una molla. Gli avvolgitori industriali standard sono in grado di gestire fili in acciaio fino a 75 mm di diametro. Secondo i rapporti, alcune molle personalizzate sono realizzate con barre da 150 mm. L'acciaio è riscaldato e avvolto attorno al mandrino. Viene quindi immediatamente rimosso dal rullo, posto nell'olio, rapidamente raffreddato e indurito. In questa fase l'acciaio è troppo fragile per funzionare come una molla e deve essere successivamente temperato.



Trattamento termico. Se l'acciaio è laminato a caldo o laminato a freddo, questo processo crea stress nel materiale. Per liberare questo stress e mantenere l'elasticità unica dell'acciaio, la molla deve essere trattata termicamente mediante rinvenimento. La molla viene riscaldata nella fornace, mantenuta alla temperatura appropriata per un tempo predeterminato, e quindi lasciata raffreddare lentamente. Ad esempio, una molla fatta di filo viene riscaldata a 500 ° F (260 ° C) per un'ora.



Grinding. Se il progetto richiede che le estremità delle molle siano piatte, le estremità vengono molate in questa fase del processo di produzione. La molla viene montata nell'attrezzatura per garantire che l'orientamento sia corretto durante il processo di rettifica e viene controllato sulla mola rotante fino a raggiungere la planarità desiderata. Quando si utilizzano apparecchiature altamente automatizzate, la molla viene trattenuta nel manicotto ed entrambe le estremità vengono messe a terra contemporaneamente, prima dalla mola a grana grossa e poi dalla mola più sottile. Un fluido adatto (acqua o materiale a base di olio) può essere utilizzato per raffreddare la molla, lubrificare la mola e portare via le particelle durante il processo di rettifica.

Colpo di pallinatura. In questo processo, la durata a fatica dell'acciaio durante la piegatura ripetuta viene rafforzata e la fatica e la fessurazione del metallo sono resistite. L'intera superficie della molla è esposta a una serie di piccole sfere d'acciaio che vengono martellate per levigare e comprimere l'acciaio sotto la superficie per ottenere una tensione residua di compressione.



Messa a punto. Al fine di fissare in modo permanente la lunghezza e il passo della molla, sarà completamente compresso in modo che tutte le bobine siano in contatto tra loro. Alcuni produttori ripetono questo processo molte volte.



Rivestimento. Per prevenire la corrosione, l'intera superficie della molla è verniciata, impregnata di gomma liquida o rivestita con un altro metallo come zinco o cromo. Uno di questi processi è un processo di rivestimento meccanico che prevede il rotolamento di una molla in un contenitore con polvere metallica, acqua, un promotore e perle di vetro per premere la polvere metallica contro la superficie della molla. In alternativa, nella galvanoplastica, la molla viene immersa in un liquido conduttivo, che corrode il metallo placcato anziché la molla. Una carica negativa viene applicata alla molla. Il metallo placcante si dissolve nel liquido e viene dato un carico positivo. Quando il metallo di placcatura si dissolve nel liquido, rilascia molecole caricate positivamente che sono attratte dalla molla caricata negativamente dove formano un legame chimico. La placcatura elettrolitica può generare molle di acciaio al carbonio, quindi poco dopo la placcatura (meno di quattro ore), devono essere cotte a 160-390 ° C (160-190 ° C) per quattro ore per contrastare l'infragilimento. La causa principale è che la placcatura elettrolitica può causare infragilimento da idrogeno.



pacchetto. Un numero specifico di molle può essere semplicemente imballato alla rinfusa in una scatola o in un sacchetto di plastica. Tuttavia, sono state sviluppate altre forme di imballaggio per ridurre i danni alla molla oi grovigli. Ad esempio, possono essere imballati singolarmente, impacchettati su fili o barre, racchiusi in tubi o apposti su carta adesiva.

| Controllo di qualità


Vari dispositivi di test sono utilizzati per verificare che le molle complete soddisfino le specifiche. Il dispositivo di prova misura la durezza e la forza della molla del metallo e la quantità di deformazione sotto carichi noti. Le molle che non soddisfano le specifiche verranno scartate. L'analisi statistica dei risultati dei test può aiutare i produttori a identificare i problemi di produzione e migliorare i processi, con il risultato di un minor numero di molle difettose.

Circa un terzo delle molle difettose è causato da problemi di produzione. Gli altri due terzi sono causati da difetti nel filo della molla. Nel 1998, i ricercatori hanno riportato un test lineare a molla che poteva essere usato per schermare fili inaccettabili.



Gli avvolgitori per computer possono migliorare la qualità in due modi. Innanzitutto, controllano il diametro e il passo della molla in modo più preciso rispetto al funzionamento manuale. In secondo luogo, utilizzando un materiale piezoelettrico le cui dimensioni variano con l'ingresso di corrente, la testina di avvolgimento può regolare in modo preciso il valore misurato della caratteristica della molla in tempo reale. Di conseguenza, queste macchine intelligenti riducono il numero di molle che devono essere scartate se non soddisfano le specifiche.

Un paio di: Ispezione materiale

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