Mitä on jousiteräs? - Opas jousiteräksestä, koneistuksesta ja suunnittelusta

Monet ympärillämme olevat mekaaniset järjestelmät joutuvat vaimentamaan iskuja ja tahatonta energiaa. Esimerkiksi auton jousitusjärjestelmän on vaimennettava tien kuopasta ajon aikana tulevaa iskua. Muuten matkustajat kokevat ei-toivotun ajokokemuksen. Jousiteräs tarjoaa juuri tätä! Se pystyy vaimentamaan suuren määrän energiaa ilman pysyvää muodonmuutosta. Tämä on vain pieni esimerkki. Tällä uskomattomalla materiaalilla on lukuisia sovelluksia.

Mikä on jousiteräs?

Jousiteräs on erityinen terästyyppi, jolla on kyky säilyttää muotonsa ilman pysyvää muodonmuutosta jopa suuren kuormituksen alaisena. Jousiteräksellä on korkea myötölujuus ja suuri elastisuus. Nämä ominaisuudet tekevät jousiteräksestä erityisen sopivan sovelluksiin, jotka vaativat iskunvaimennusta.

Jousiteräksen määritelmä

• Miten sepät tekivät jousiterästä?

Perinteisesti sepät kehittivät tekniikoita jousiteräksen valmistamiseksi erehdyksen ja kokeilun avulla. He valmistivat runsashiilistä terästä, joka kävi läpi lämmitys-, sammutus- ja päästöprosessin. Tällä tavoin tuotettiin kestävää ja sitkeää terästä tuon aikakauden huippusovelluksiin.

Miten jousiteräs eroaa tavallisesta hiiliteräksestä

Katsotaanpa: ”Mitä eroa on jousiteräksellä ja tavallisella teräksellä?”. Hiiliteräkseen verrattuna jousiteräksellä on korkea myötölujuus, korkea elastisuus, hyvä sitkeys ja väsymiskestävyys. Kemiallinen koostumus ja lämpökäsittely ovat hieman erilaiset. Tämän seurauksena jousiteräkset kehittävät kyvyn taipua syvästi ja palauttaa alkuperäiseen muotoonsa.

Onko jousiteräs kovaa vai pehmeää?

Jousiteräs on kovempaa kuin tavallinen hiiliteräs. Korkea hiilipitoisuus yhdessä seosaineiden, kuten Si:n, Mn:n, V:n ja Cr:n, kanssa tekee siitä kovemman. Lämpökäsittely parantaa kovuutta entisestään.

Jousiteräs vs. ruostumaton teräs

Jousiterästä käytetään pääasiassa sen suuren elastisuuden vuoksi, kun taas ruostumatonta terästä käytetään ensisijaisesti sen korroosionkestävyyden vuoksi. Suurta lujuutta vaativissa sovelluksissa jousiteräs on aina ihanteellinen valinta työstettäville materiaaleille.

Jousiteräksen tärkeimmät laatuluokat

Useimmiten jousiterästä kutsutaan niin, koska sitä käytetään usein jousien valmistukseen. Toiminnallisesti seuraavat metallit luokitellaan sellaisiksi niiden erinomaisten jousiominaisuuksien vuoksi. Esimerkiksi 17-7PH ruostumatonta terästä, joka luokitellaan materiaalitieteen näkökulmasta puoliausteniittiseksi erkautuslujittuvaksi ruostumattomaksi teräkseksi, kutsutaan yleisesti myös "jousiteräkseksi" lämpökäsittelyn jälkeen. Joten yleisesti ottaen jousiteräs voidaan luokitella neljään luokkaan:

1. Hiilijousiteräkset: 1075, 1095, 5160

Tavalliset hiilijousiteräkset ovat kustannuksiltaan edullisimpia. Hiiliteräs antaa niille korkean myötölujuuden ja elastisuuden korkean hiilipitoisuuden ansiosta. Normaalisti hiilipitoisuus vaihtelee 0.6–1.0 %:n välillä.

Kumpi on parempi, 5160- vai 1095-teräs?

5160-luokan jousiteräksellä on korkeampi sitkeys kuin 1095-luokan jousiteräksellä. Tämä johtuu siitä, että 5160-luokan jousiteräksen lujuus perustuu hiileen ja pieneen kromililisäykseen. Toisaalta 1095-luokan jousiteräksen lujuus perustuu kokonaan korkeaan hiilipitoisuuteen, mikä tekee faaseista erittäin kovia ja hauraita.

• 5160 ja 50CrV4

Jousiteräslajin 5160 ja 50CrV4 ominaisuudet ovat hyvin samankaltaisia ​​koostumukseltaan ja mekaanisilta ominaisuuksiltaan. Ainoa ero on 50CrV4-jousiteräksen vanadiinimikroseostus. V-lisäys hienosäätää raerakennetta, mikä parantaa lujuutta ja sitkeyttä.

2. Seostetut jousiteräkset: 60Si2Mn, 55CrSi

Seosaineet, kuten Si, Cr ja Mn, lisäävät lujuutta ja sitkeyttä valtavasti. Pii on yksi jousiteräksen tärkeimmistä seosaineista. Se muokkaa mikrorakennetta siten, että myötölujuus, joka puolestaan ​​parantaa myötölujuutta ja elastisuutta huomattavasti. Mn ja Cr parantavat karkenevuutta ja lujuutta. 60Si2Mn ja 55CrSi ovat yleisiä seosjousiteräslaatuja.

3. Ruostumattomat jousiteräkset: 301, 302, 17-7PH

Ruostumaton jousiteräs on kalliimpaa kuin muut jousiteräslaadut. Kaikilla ruostumattomilla jousiteräksillä on korkea kromipitoisuus, joka luo pinnalle korroosiosuojakerroksen. 301-laadulla on hieman korkeampi hiilipitoisuus ja alhaisempi nikkelipitoisuus kuin 302-laadulla. Vertailun vuoksi 301-laatu on hieman vahvempaa kuin 302-laatu. Toisaalta 302-laatu on korroosionkestävämpi.

17-7 PH ruostumaton teräs on toinen jousissa käytetty materiaali. 17 ja 7 merkitsevät Cr:n ja Ni:n prosenttiosuuksia. ”PH” osoittaa, että se on erkautuskarkeneva seos. Se tarkoittaa, että se muovataan pehmeämmässä tilassa, kun taas lujuus kasvaa vanhenemisen aikana.

4. Musiikkilanka (ASTM A228)

Nuottilanka on valmistettu erittäin hyvälaatuisesta materiaalista. Koska nämä langat on kylmävedetty, niiden elastisuus paranee kylmämuokkauksen aikana. Yleensä ne voidaan valmistaa runsashiilisestä teräksestä. Seosaineet parantavat jousen ominaisuuksia.

Koostumus ja mekaaniset ominaisuudet

Jousiteräksen kemiallisella koostumuksella on tärkeä rooli mikrorakenteen muokkaamisessa. Tämä muokkaaminen johtaa mekaanisten ominaisuuksien muutoksiin. Jokaisella seosaineella on oma erityinen tehtävänsä syklisen kuormituksen, taivutuksen, väännön ja iskun kestävyyden parantamisessa.

Hiilen, piin, kromin ja vanteen roolit

Hiili ja pii ovat jousiterästen tärkeimmät seosaineet. Hiili lujittaa terästä välikarkenemisen ja karbidin muodostumisen kautta. Pii auttaa mikrorakenteen hienostumisessa. Se estää sementiitin muodostumista ja edistää martensiitin muodostumista. Kromi muodostaa kovia karbideja. Vanadiini on mikroseosaine. Jo pieni prosenttiosuus vanadiinia hienontaa mikrorakennetta huomattavasti.

Jousiteräksen mekaaniset ominaisuudet

1075 Mekaaniset ominaisuudet

1095 Mekaaniset ominaisuudet

5160 Mekaaniset ominaisuudet

60Si2Mn:n mekaaniset ominaisuudet

17-7PH mekaaniset ominaisuudet

Lämpökäsittely ennen koneistusta

Lämpökäsittely on välttämätön vaihe jousiteräksen kovuuden, lastuttavuuden ja elastisuuden säätämiseksi. Koneistuksessa halutaan alhaisempi kovuus ja jälkikäteen vaaditaan korkea elastisuus. Normaalisti jousiteräs hehkutetaan ennen koneistusta ja sen jälkeen karkaistaan ​​ja päästätään.

Kuinka lämpökäsitellä jousiterästä?

• Hehkutus: Austeniitti 760 asteessa^OC ja sitten uuni jäähdytetään 550-600 asteeseen^O Sitten ilmajäähdytys.
• Karkaisu: Austeniitti yli 800 asteen^OC ja pidä sitten jonkin aikaa leikkauspaksuuden mukaan. Sitten jäähdytä öljyssä.
• Lämpökäsittely: Kuumenna 300–500 asteeseen^OC ja pidä sitä jonkin aikaa. Jäähdytä sitten hitaasti.

Miksi jousiteräksen lämpökäsittely on välttämätöntä

Koska valssatut tai hehkutetut jousiteräkset eivät ole kovin kimmoisia, ne käyvät läpi sammutus- ja päästöprosessin haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi.

CNC-työstö jousiteräksestä ja työstettävyys

Jousiterästen CNC-työstö mahdollistaa monimutkaisten osien valmistuksen suurella tarkkuudella. Hyvien tulosten saavuttamiseksi tarvitaan kuitenkin kokenut työstölaitteisto ja oikeat asetukset.

• Onko jousiteräs työstettävissä?

Jousiteräs on vaikeasti työstettävä materiaali. Sen korkea kovuus aiheuttaa ongelmia leikkaamisessa. Oikeilla asetuksilla ja lämpökäsittelyllä jousiteräksestä voidaan valmistaa korkealaatuisia osia.

Kone hehkutetussa tilassa vs. lämpökäsittelyn jälkeen

Hehkutetussa tilassa työstäminen on aina helppoa. Kovuusarvo laskee, mikä helpottaa leikkaamista. Toisaalta lämpösammutuksen ja/tai päästön jälkeen jousiteräksen pinta muuttuu erittäin kovaksi työstöä varten.

CNC-työstöjousiteräsprosessi

CNC-sorvausjousiteräs

CNC-sorvauksessa työkappale pyörii työkalun ollessa paikallaan. Sitä käytetään yleisesti akselisymmetristen muotojen kanssa.

CNC-jyrsintäjousiteräs

CNC-jyrsinnässä työkalu liikkuu, mutta työkappale pysyy paikallaan. Sitä käytetään monien ominaisuuksien omaavien suurten kappaleiden työstöön. Vinkkinä voidaan mainita, että myötäjyrsintästrategia toimii parhaiten jousiteräksille.

5-akselinen jousiteräksen työstö

5-akselinen koneistus mahdollistaa erittäin monimutkaisten ominaisuuksien veistämisen aihioista. Työkalulla on joustavuutta liikkua eri suuntiin. Työkappale on kiinnitettävä kerran. CNC-kone hoitaa kaikki pyörimiset.

Jousiteräksen hionta

Hionta suoritetaan jousiteräksestä valmistettujen osien viimeistelyssä. Hiominen vähentää pinnan karheutta ja hienosäätää mittoja.

Jousiteräsosien mittatilaustyönä työstäminen

Vaikka mikä tahansa osa voidaan valmistaa jousiteräksestä, joitakin yleisesti tuotettuja osia on lueteltu alla:

• Lehtijouset
• Kierrejousitetut istuimet
• Puristimet ja klipsit
• Erittäin lujat akselit
• Kulutusta kestävät tapit
• Veitsiaihiot ja työkalut
• Jousituksen osat
• Mukautetut jousimekanismit

CNC-työstöjousiteräksen valinnan edut

CNC-työstö painaa enemmän kuin muut työstöprosessit. Jopa kovilla teräksillä, kuten SAE 1095, 17-7 PH, 5160 jne., CNC-työstö tarjoaa lupaavia tuloksia. Osia, kuten klipsuja, työkaluja, räätälöityjä jousia, litteitä osia tai erittäin lujia mekaanisia elementtejä, voidaan valmistaa helposti.

Tiukat toleranssit ja toistettavuus

Koska CNC ei ole kovin riippuvainen manuaalisista asetuksista, se eliminoi inhimilliset virheet. CNC noudattaa CAD- ja CAM-ohjelmia ja valmistaa siten samat mitat joka kerta. CNC-työstö sopii erinomaisesti jousiteräksestä valmistetuille osille, jotka vaativat tarkkaa taipumaa tai sovitusta. Esimerkkejä ovat jousien pidikkeet, välilevyt, litteät jouset, lukitusmekanismit ja kulutusta kestävät terät.

Korkealaatuinen viimeistelykyky

Koska CNC-koneen asetukset ovat kiinteät jokaiselle kopiokappaleelle, koneistusvirheitä esiintyy hyvin harvoin. Viimeistelytoimenpiteiden, kuten hionnan ja kiillotuksen, toleranssit ovat kiinteät joka kerta. Näin ollen se tuottaa jatkuvasti erinomaisen pinnanlaadun.

Suunnittelun vapaus

CNC-koneistus tarjoaa laajan joustavuuden muotoilussa. Se ottaa huomioon jousien osien tilarajoitukset. Ominaisuudet, kuten taskut, urat, kartiot ja ohuet profiilit, voidaan tehdä helposti. Suunnitelmiin tehdyt muutokset voidaan helposti sisällyttää CAD- ja CAM-tiedostoihin. Joten manuaalisia säätöjä ei tarvita joka kerta.

Vinkkejä osien suunnitteluun

Hyvä suunnittelu on korkealaatuisen valmistuksen kulmakivi. Asiantuntevat suunnittelijat ottavat huomioon suunnittelun jokaisen osa-alueen. Oikea materiaalivalinta, toleranssien määrittely ja tarvittavien ominaisuuksien sisällyttäminen on tärkeää kestävässä suunnittelussa.

Valitse oikea teräslaatu

Jousiterästä on saatavilla eri laatuina ja luokkina. Jokaisella jousiteräslaadulla on oma käyttötarkoituksensa. Esimerkiksi runsashiiliset laadut, kuten 1095, sopivat parhaiten sovelluksiin, jotka vaativat suurta kovuutta ja alhaisia ​​kustannuksia. Seoslaadut, kuten 5160, priorisoivat sitkeyttä ja ruostumattomat teräkset tarjoavat korroosionkestävyyttä. On aina parasta kysyä neuvoa asiantuntijavalmistajilta, kuten TUOFA:lta.

Springback-korvaus

Jousiteräksessä ilmenee takaisinjoustovaikutusta taivutuksessa. Siksi taivutuskulmissa tulisi ottaa huomioon takaisinjoustovarat.

Toiminnot ja ominaisuudet

Jousiteräksisten komponenttien tulisi sisältää ominaisuuksia, jotka minimoivat jännityskeskittymisen. Tässä mielessä ominaisuudet, kuten pyöristetyt säteet, terävien kulmien välttäminen ja jännitystenpoistourat, ovat olennaisia.

Jousiteräksen sovellukset

Jousiterästä käytetään laajalti esimerkiksi jousitusjärjestelmissä, kytkimissä, venttiilijousissa, kiinnityspidikkeissä ja erilaisissa vaimennuskomponenteissa. Näissä sovelluksissa hyödynnetään jousiteräksen korkeaa elastisuutta ja korkeaa myötölujuutta.

Autonosat

• Jousitusjärjestelmät
• Kytkimet
• Venttiilin jouset
• Pidikkeet

Teollisuuskoneet ja robotiikka

• Jousi
• Litteät jouset
• Lukko aluslevyt
• Ohjausliuskat
• Robottimekanismit

Lääketieteelliset laitteet ja instrumentit

• Kirurgiset työkalut
• Oikomishoidot
• Tarkkuuspihdit
• Mekaaniset kokoonpanot

Yksilölliset ratkaisut

Jousiterästä käytetään sovelluksissa, jotka vaativat suurta elastisuutta ja lujuutta. Monet valmistajat suosivat jousiterästä mittatilaustyönä valmistetuissa osissa sen korkean kestävyyden vuoksi.

Onko jousiteräs hyvä veitsien valmistukseen?

Kierreteräs on erittäin tärkeä veitsien valmistuksessa sen erinomaisen sitkeyden, teränpitävyyden ja korkean kovuuden ansiosta. Korkea hiili- ja piipitoisuus mahdollistaa kovuuden parantamisen lämpökäsittelyn aikana. Korroosionkestävyys on kuitenkin edelleen ongelma muille kuin ruostumattomille teräksille.

Mikä on paras teräs veitsiin?

Ei ole olemassa yhtä ainoaa parasta laatua. CPM S90V/S110V on kuitenkin yksi parhaista kovuuden ja reunanpitävyyden suhteen.

Yhteenveto

Jousiteräs on erittäin monipuolinen materiaali, jota käytetään monissa sovelluksissa. Jousiteräkset säilyttävät muotonsa myös liiallisen taivutuksen jälkeen. Niillä on korkea elastisuus, lujuus, sitkeys ja korkea väsymiskestävyys. Jousiterästä käytetään yleensä runsaasti jousitusjärjestelmissä ja mekaanisissa kokoonpanoissa iskunvaimennuskykynsä ansiosta.

UKK

Onko D2 vai 1095 parempi?

D2 tarjoaa paremman kulutuskestävyyden koneenosille, kun taas 1095 on parempi kovuuden ja sitkeyden suhteen.

Ruostuuko jousiteräs?

Yleisesti ottaen monet jousiterästyypit voivat ruostua. Mutta ruostumattomat teräslaadut, kuten 301 tai 302, tarjoavat hyvän korroosionkestävyyden.

Onko jousiteräs hyvä työkaluihin?

Kyllä. Jousiteräksistä valmistetuilla työkaluilla on erittäin hyvä mittapysyvyys ja kulutuskestävyys.

Sopiiko 5160 jousiteräs veitsiin?

5160-jousiteräs on erittäin hyvä veitsien valmistukseen. Korroosionkestävyys on edelleen ongelma.

Onko jousiteräs vahvempaa kuin ruostumaton teräs?

Jousiteräs on lujempaa kuin monet teräslajit. Jousiteräs voi olla ruostumattoman teräksen alaluokka. Siksi ruostumattomat teräslajit, kuten 17-7PH, ovat myös erittäin lujia.