Come viene fabbricata una molla di tensione, che influenza hanno il design della molla di tensione, le forme degli occhielli, le caratteristiche della molla e i materiali della molla, e cosa significano termini tecnici come precarico, rilassamento, punto di snervamento e carico dinamico per una molla di tensione? Al fine di rinfrescare le conoscenze di base per la prossima progettazione della molla di tensione (video), Gutekunst Federn discute brevemente questi argomenti relativi alla molla di tensione. Poiché ovunque la forza deve essere applicata per tensione piuttosto che per compressione, non c’è modo di aggirare la molla di tensione. Le molle di tensione sono usate, per esempio, nella costruzione di veicoli come molle di ritorno, così come nelle porte dei garage, nelle serrature, nelle scatole dei letti e nei relè nella costruzione di impianti e attrezzature. A volte si usano anche sistemi di molle di tensione con diverse molle di tensione. Gli esempi di applicazione più comuni sono i gruppi di molle per porte di garage o i meccanismi di piegatura per cassetti di letti in connessione parallela, dove i componenti con una massa maggiore sono tenuti in posizione con forze e coppie di molle costanti.
La produzione
Le molle di tensione sono fatte di fili d’acciaio per molle rotonde o ovali. Il filo d’acciaio per molle viene solitamente formato in qualsiasi forma desiderata in un processo di formatura a freddo, sia avvolgendolo attorno a un mandrino con un sistema a un dito, sia – nel caso di macchine avvolgitrici per molle completamente automatiche – con l’aiuto di diversi perni guidafilo (sistema a due o tre dita). Gli occhielli sono formati direttamente durante il processo di verricellizzazione o sono impostati in un’operazione a valle. Le molle di tensione sono generalmente fabbricate in modo cilindrico con un occhiello tedesco 1/1 su ogni lato, in conformità alla norma EN 13906-2. Lo specialista delle molle Gutekunst ha messo insieme un breve video su YouTube che mostra come viene prodotta una molla di metallo. Basta digitare“video di produzione primaverile” su Google.
Forme a molla e forme a occhiello
Oltre al design della molla di tensione cilindrica con una caratteristica molla lineare, vengono spesso prodotte anche molle di tensione coniche o a forma di barile. Con le estremità della molla coniche coniche, oltre alla caratteristica della molla progressiva, si ottiene una maggiore durata. Una curva di forza decrescente non può essere generata attraverso il design della molla di tensione; questo richiede un meccanismo di leva della molla di tensione, come con una base del letto. Si usano diverse forme di occhielli a seconda dell’applicazione. Oltre alle forme classiche di occhiello come l’occhiello tedesco 1/1 o l’occhiello a gancio, vengono offerte anche delle estremità a molla più resistenti come il bullone filettato rullato o il tappo filettato avvitato, con una conseguente maggiore durata di vita. In generale, le molle di tensione non sono adatte all’uso permanente a causa degli occhielli, poiché la connessione dell’occhiello alla curva di transizione è un punto debole importante.
Tre forze si verificano con gli occhi delle molle di tensione – il carico di trazione, il carico di torsione e il carico di flessione. Per questo è importante assicurarsi che la forza applicata alle molle di tensione sia centrata sull’occhiello, altrimenti c’è un rischio maggiore di rottura dell’occhiello. Inoltre, il raggio di transizione (r) dal corpo della molla all’occhiello della molla deve essere sempre maggiore dello spessore del filo (d).
Precarico
Nel caso della molla di tensione, una pre-tensione è creata durante la fabbricazione da una torsione contro la bobina successiva. Questo precarico è largamente desiderato perché riduce al minimo la lunghezza operativa richiesta della molla di trazione. Tuttavia, per la produzione di molle di tensione vale quanto segue: maggiore è il precarico, maggiore è lo sforzo di produzione. La pretensione dipende anche dal rapporto di avvolgimento “w = D/d” (“D” diametro medio di avvolgimento, “d” spessore del filo), diminuisce con l’aumento del rapporto di avvolgimento. Se non si desidera alcun precarico per una molla di tensione, come una molla di misurazione, questo può essere quasi completamente rimosso in seguito con una temperatura di tempera più alta e un tempo di tempera più lungo. Anche le molle di tensione formate a caldo non contengono precarico. Per poter garantire le proprietà della molla richieste, come la dimensionalità della costruzione o le proprietà di forza, dopo la fabbricazione, il precarico (F0) o il diametro medio della bobina (D) è normalmente tollerato come compensazione di fabbricazione.
Rilassamento, sforzo di taglio e forze della molla
Se la molla di tensione viene caricata a temperature più alte per un periodo di tempo più lungo, una certa percentuale della forza della molla viene persa – come avviene per tutte le molle metalliche. Questa perdita di forza si chiama rilassamento e aumenta con l’aumentare della temperatura e della tensione. Poiché il rilassamento, a seconda del materiale e della temperatura, può significare una perdita di forza fino al 20 per cento, la corsa massima della molla dovrebbe essere al massimo l’80 per cento della tensione ammissibile. Se la tensione di taglio supera il valore ammissibile del punto di snervamento quando la molla di tensione è caricata, si verifica una riduzione permanente del precarico o una deformazione della molla di tensione. Inoltre, bisogna prestare attenzione all’oscillazione di risonanza della molla di tensione; idealmente, le oscillazioni della frequenza dell’eccitatore sono dieci volte più piccole della frequenza naturale della molla, altrimenti possono verificarsi notevoli aumenti di stress che portano alla rottura della molla.
La forza della molla/rigidità della molla dipende dal filo d’acciaio della molla e dal tasso della molla o dalla costante della molla. Il tasso della molla definisce anche il rapporto tra la forza della molla e la sua corsa. Fondamentalmente, il dimensionamento della forza della molla può essere influenzato dalle seguenti misure:
- Diametro del filo (d) più grande > Molla più dura
- Diametro della bobina (De) più grande > Molla più morbida
- Numero di spire della molla (n) maggiore > Molla più morbida
Carico dinamico
Icarichi dinamici sono carichi variabili nel tempo con più di 10.000 colpi. A differenza delle molle a compressione, non esistono diagrammi di resistenza alla fatica per le molle a trazione, con i quali viene specificato un possibile campo di sollecitazione dinamica sulla base del materiale, del diametro del filo e della tensione della corsa. La ragione di ciò è la varietà di forme degli occhielli, la maggior parte dei quali non hanno resistenza alla fatica a causa dell’arco di transizione dal corpo della molla all’occhiello. Le forme ad occhiello come il tappo filettato avvitato o il bullone filettato rullato hanno migliori proprietà dinamiche, ma comunque devono essere eseguiti dei test di vita reale per ogni molla di tensione usata dinamicamente per la rispettiva applicazione di lavoro.
Materiale e superficie della molla
La selezione del filo d’acciaio per molle non solo influenza la forza della molla, ma fornisce anche le proprietà appropriate per la rispettiva applicazione della molla. Così, oltre ai normali fili d’acciaio per molle non legati, si usano anche acciai per molle inossidabili, fili per molle di valvole legati al SiCr, leghe di rame per buone proprietà elettriche, leghe di nichel per un’alta resistenza al calore e alla corrosione e leghe di titanio per le più alte esigenze dell’ingegneria aeronautica. Inoltre, possono essere applicati vari trattamenti superficiali per ottimizzare la molla. Con le molle di trazione, tuttavia, il trattamento della superficie è difficile perché le bobine sono così vicine.
Dopo e vantaggi
Gli svantaggi della molla di tensione sono la dimensione dello spazio di installazione, il punto sensibile al collegamento dell’occhiello e la conseguente perdita totale della forza della molla dopo la rottura di un occhiello. I vantaggi più importanti della molla di tensione sono la libertà dall’attorcigliamento, la possibilità di trasmissione della forza centrica e la libertà dall’attrito dovuta all’eliminazione di elementi di guida come manicotti o mandrini.
Per ulteriori informazioni sul tema delle molle di tensione, cliccare sui seguenti link o chiamare il numero (+49) 035877 227-11. Buona fortuna!
Informazioni aggiuntive:
- Design della molla di tensione (video)