Materias primas
Las aleaciones de acero son los materiales de resorte más utilizados. Las aleaciones más populares incluyen alto contenido de carbono (como el cable de música utilizado para cuerdas de guitarra), bajo contenido de carbono templado en aceite, cromo silicio , cromo vanadio y acero inoxidable.
Otros metales que a veces se usan para hacer resortes son la aleación de cobre y berilio, el bronce fosforoso y el titanio. Se puede usar hule o uretano para resortes cilíndricos sin espiral. El material cerámico se ha desarrollado para resortes en espiral en entornos de muy alta temperatura. Los materiales compuestos de fibra de vidrio unidireccional están siendo probados para su posible uso en resortes.
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Diseño
Se han desarrollado varias ecuaciones matemáticas para describir las propiedades de los resortes, en función de factores tales como la composición y el tamaño del cable, el diámetro de la bobina del resorte, el número de bobinas y la cantidad de fuerza externa esperada. Estas ecuaciones se han incorporado al software de la computadora para simplificar el proceso de diseño.
El proceso de manufactura
La siguiente descripción se centra en la fabricación de resortes en espiral de aleación de acero.
Enrollado
- 1 Bobinado en frío. El alambre de hasta 0.75 in (18 mm) de diámetro puede enrollarse a temperatura ambiente utilizando una de dos técnicas básicas. Uno consiste en enrollar el cable alrededor de un eje llamado eje o mandril. Esto se puede hacer en una máquina de bobinado de resorte dedicada, un torno, un taladro manual eléctrico con el mandril asegurado en el mandril o una máquina de bobinado operada por manivela. Se debe usar un mecanismo de guía, como el tornillo de avance en un torno, para alinear el cable en el paso deseado (distancia entre bobinas sucesivas) a medida que se enrolla alrededor del mandril. Alternativamente, el cable puede enrollarse sin un mandril. Esto generalmente se hace con una máquina de computadora de navegación central (CNC).
- El cable se empuja hacia adelante sobre un bloque de soporte hacia una cabeza ranurada que desvía el cable y lo obliga a doblarse. La cabeza y el bloque de soporte se pueden mover uno con respecto al otro en hasta cinco direcciones para controlar el diámetro y el paso del resorte que se está formando. Para los resortes de extensión o torsión, los extremos se doblan en los bucles, ganchos o ganchos deseados. secciones rectas después de completar la operación de bobinado.
- 2 Bobinado en caliente. El alambre más grueso o el material de barra se pueden enrollar en resortes si el metal se calienta para que sea flexible. Las máquinas de bobinado industriales estándar pueden manejar barras de acero de hasta 3 pulgadas (75 mm) de diámetro, y según se informa, los resortes personalizados se han hecho de barras de hasta 6 pulgadas (150 mm) de espesor. El acero se enrolla alrededor de un mandril mientras está al rojo vivo. Luego se retira inmediatamente de la máquina de bobinado y se sumerge en aceite para enfriarlo rápidamente y endurecerlo. En esta etapa, el acero es demasiado frágil para funcionar como un resorte, y posteriormente debe ser templado.
Endurecimiento
- 3 Tratamiento térmico. Ya sea que el acero se haya enrollado en caliente o en frío, el proceso ha creado tensión dentro del material. Para aliviar este estrés y permitir que el acero mantenga su resistencia característica, el resorte debe templarse mediante tratamiento térmico. El resorte se calienta en un horno, se mantiene a la temperatura adecuada durante un tiempo predeterminado y luego se deja enfriar lentamente. Por ejemplo, un resorte hecho de hilo musical se calienta a 500 ° F (260 ° C) durante una hora.
Refinamiento
- 4 molienda. Si el diseño requiere extremos planos en el resorte, los extremos se muelen en esta etapa del proceso de fabricación. El resorte se monta en una plantilla para garantizar la orientación correcta durante el rectificado, y se mantiene contra una rueda abrasiva giratoria hasta obtener el grado deseado de planeidad. Cuando se utiliza un equipo altamente automatizado, el resorte se mantiene en una manga mientras que ambos extremos se muelen simultáneamente, primero con ruedas gruesas y luego con ruedas más finas. Se puede usar un fluido apropiado (agua o una sustancia a base de aceite) para enfriar el resorte, lubricar la muela y transportar las partículas durante la molienda.
- 5 Shot peening. Este proceso fortalece el acero para resistir la fatiga y el agrietamiento del metal durante su vida útil de flexiones repetidas. Toda la superficie del resorte está expuesta a un aluvión de pequeñas bolas de acero que lo golpean suavemente y comprimen el acero que se encuentra justo debajo de la superficie.
- 6 Configuración. Para fijar permanentemente la longitud y el paso deseados del resorte, se comprime completamente para que todas las bobinas se toquen entre sí. Algunos fabricantes repiten este proceso varias veces.
- 7 Recubrimiento. Para evitar la corrosión, toda la superficie del resorte está protegida pintándola, sumergiéndola en caucho líquido o recubriéndola con otro metal como zinc o cromo. Un proceso, llamado revestimiento mecánico, consiste en voltear el resorte en un recipiente con polvo metálico, agua, químicos acelerantes y pequeñas cuentas de vidrio que golpean el polvo metálico sobre la superficie del resorte. Alternativamente, en la galvanoplastia, el resorte se sumerge en un conductor de electricidad. líquido que corroerá el metal plateado pero no el resorte. Se aplica una carga eléctrica negativa al resorte. También sumergido en el líquido hay un suministro del metal plateado, y se le da una carga eléctrica positiva. A medida que el metal plateado se disuelve en el líquido, libera moléculas cargadas positivamente que son atraídas por el resorte cargado negativamente, donde se unen químicamente. La galvanoplastia hace que los resortes de acero al carbono se vuelvan frágiles, por lo que poco después del revestimiento (menos de cuatro horas) deben hornearse a 160-190 ° C (325-375 ° F) durante cuatro horas para contrarrestar la fragilidad.
- 8 Embalaje. Las cantidades deseadas de resortes pueden simplemente empaquetarse a granel en cajas o bolsas de plástico. Sin embargo, se han desarrollado otras formas de embalaje para minimizar el daño o el enredo de los resortes. Por ejemplo, se pueden empaquetar individualmente, ensartar en alambres o varillas, encerrar en tubos o pegar en papel adhesivo.
Control de calidad
Se utilizan varios dispositivos de prueba para verificar que los resortes completados cumplan con las especificaciones. Los dispositivos de prueba miden propiedades tales como la dureza del metal y la cantidad de deformación del resorte bajo una fuerza conocida. Los resortes que no cumplen con las especificaciones se descartan. El análisis estadístico de los resultados de la prueba puede ayudar a los fabricantes a identificar problemas de producción y mejorar los procesos, por lo que se producen menos resortes defectuosos.
Aproximadamente un tercio de los resortes defectuosos son el resultado de problemas de producción. Los otros dos tercios son causados por deficiencias en el cable utilizado para formar los resortes. En 1998, los investigadores informaron el desarrollo de una prueba de disponibilidad de cables (llamada FRACMAT) que podría detectar cables inadecuados antes de fabricar resortes.
Las máquinas de bobinado operadas por computadora mejoran la calidad de dos maneras. Primero, controlan el diámetro y el paso del resorte con mayor precisión que las operaciones manuales. En segundo lugar, mediante el uso de materiales piezoeléctricos, cuyo tamaño varía con la entrada eléctrica, los cabezales de bobinado CNC pueden ajustarse con precisión en tiempo real a las mediciones de las características del resorte. Como resultado, estas máquinas inteligentes producen menos resortes que deben ser rechazados por no cumplir con las especificaciones.
El futuro
Las demandas de las industrias de computadoras y teléfonos celulares en rápido crecimiento están presionando a los fabricantes de resortes a desarrollar técnicas confiables y rentables para fabricar resortes muy pequeños. Los resortes que admiten teclas en paneles táctiles y teclados son importantes, pero también hay aplicaciones menos aparentes. Por ejemplo, un fabricante de equipos de prueba utilizados en la producción de semiconductores ha desarrollado una tecnología de contacto de microescalera. Miles de pequeños resortes, de solo 40 mils (0.040 in o 1 mm) de alto, están unidos a puntos de contacto individuales de una oblea semiconductora. Cuando esta oblea se presiona contra un instrumento de prueba, los resortes se comprimen, estableciendo conexiones eléctricas altamente confiables.
Los dispositivos médicos también usan resortes muy pequeños. Se ha desarrollado un resorte en espiral para usar en el extremo de inserción de un catéter o un endoscopio. Hecho de alambre de 0.0012 pulgadas (30 micrómetros o 0.030 mm) de diámetro, el resorte tiene 0.0036 pulgadas (0.092 mm) de espesor, casi lo mismo que un cabello humano. La compañía japonesa que se desarrolló esta primavera está tratando de hacerlo aún más pequeño.
La miniaturización definitiva realizada hasta ahora fue realizada en 1997 por un químico austriaco llamado Bernard Krautler. Construyó un resorte molecular al unir 12 átomos de carbono y unir una molécula de vitamina B12 a cada extremo de la cadena por medio de un átomo de cobalto. En el estado relajado, la cadena tiene forma de zigzag; sin embargo, cuando se humedece con agua, se retuerce fuertemente. Agregar ciclodextrina hace que la cadena regrese a su estado relajado. Aún no se ha encontrado una aplicación práctica de esta primavera, pero la investigación continúa.
Para leer más ………….
“Proceso de fabricación de resortes helicoidales: automotriz”. Ingenieros Industriales y Spring Makers. http://www.ozemail.com (noviembre de 2000).
“Descripción general de H & R Spring”. http://www.hrsprings.com/abouthr.html (noviembre de 2000).
Silberstein, Dave. “Cómo hacer resortes”. http://home.earthlink.net/ bazillion / intro.html (noviembre de 2000)