Sådan fremstilles en fjeder: fremstillingsprocessen for trykfjedre
Publiceret: 2023 02 20
Hvad er trykfjedre?
Trykfjedre har et særligt design. Deres komprimerede spiralform gør dem i stand til at modstå trykkræfter, og de kan fremstilles i cylindriske, koniske, tilspidsede, konvekse eller konkave former med konstant stigning, altså en fjeder med samme afstand mellem vindingerne hele vejen igennem, eller variabel stigning, altså en fjeder med forskellig afstand mellem vindingerne og dermed forskellige vindinghøjder langs spiralfjederens længde. De kan også leveres med slebne eller uslebne ender.
Du kan se hvordan spiralfjedre fremstilles hos Lesjöfors, på YouTube.
Hvordan fungerer trykfjedre?
En trykfjeder bruges i enhver anvendelse, hvor der er behov for at lagre energi. Når en tung belastning påføres trykfjederen, presses den sammen og komprimeres. Afstanden mellem vindingerne bliver derefter mindre, indtil fjedertråden rører ved sig selv, og fjederen når sin maksimalt komprimerede længde.
Vindingerne skaber en modvirkende kraft, når fjederen komprimeres, og lagrer kraften, indtil den frigives.
Eksempler på almindelige anvendelser
Vores kraftige industrielle trykfjedre bruges bredt inden for bilindustrien, landbrug,minedrift/stenbrud, olie og gas, jernbane, energi og elproduktion, byggeri og motorsport. Det er dog ikke en udtømmende liste. Vores spiralfjedre bruges i mange forskellige brancher.
Typer af trykfjedre
Lukkede og åbne spiralfjedre
Trykfjedre kan have lukkede og slebne ender, lukkede og uslebne ender, åbne og uslebne ender samt åbne og slebne ender. Men hvad betyder det, når man ser på, hvordan en trykfjeder fremstilles?
Disse variationer påvirker fjederens placering i den konkrete anvendelse, fjederens længde, når den ikke er komprimeret, dens bloklængde, når den er komprimeret, samt dens stigning og antal aktive vindinger.
Lukkede og slebne ender:
Det betyder, at afstanden mellem de sidste to vindinger reduceres, så endevindingerne rører hinanden, og de slibes for at skabe en plan overflade.
Lukkede og uslebne ender - endevindingerne rører hinanden, men der kræves ingen slibeproces for at gøre fladen plan.
Åbne og uslebne fjedre:
Disse har ender med konstant stigning, hvilket giver ens afstand mellem vindingerne helt ud til fjederens ende. Åbne og slebne trykfjedre slibes for at skabe fladere ender.
Som førende producent af trykfjedre fremstiller vi både store og små serier af fjedre til en lang række brancher. De kræver alle forskellige former på trykfjedre og forskellige endetyper, der passer til fjederens formål, miljø og funktion
Koniske, tøndeformede og timeglasformede fjedre
Koniske fjedre kaldes også tilspidsede fjedre. Disse trykfjedre vikles med stigende eller faldende udvendig diameter, hvilket giver en næsten kegleformet fjeder.
Konkave fjedre med timeglasform har en mindre vindingdiameter i midten. Denne symmetri gør det muligt at placere spiralfjederen centralt over et bestemt punkt.
Tøndeformede eller konvekse fjedre er trykfjedre med større diameter i midten end i enderne.
Fjedre med variabel stigning og konstant stigning
En fjeder med variabel stigning har forskellig afstand mellem vindingerne, hvilket giver varierende vindinghøjder langs spiralfjederens længde.
Fjedre med konstant stigning er den mest almindelige type trykfjeder, hvor tråden er viklet med samme diameter i hele længden.
Design og specifikationer for trykfjedre
Materialemuligheder
Fjedre er meget alsidige, og der findes mange typer metalfjedre, som udfører mange forskellige funktioner i stort set alle tænkelige miljøer. For at opfylde disse krav skal materialerne, der bruges til at optimere trykfjederens formål og kraft, vælges med stor omhu.
Et af de materialer, Lesjöfors oftest bruger, er oliehærdet krom-silicium, og vi har et af verdens største lagre af krom-silicium- og krom-vanadiumtråd.
Langt de fleste af vores kundetilpassede trykfjedre fremstilles af kulstofrigt fjederstål med høj styrke og elasticitet, tæt fulgt af rustfrit stål og oliehærdet stål tilsat krom.
Vi arbejder også med et bredt udvalg af ståltyper, kobber- og titanlegeringer samt superlegeringer, herunder Inconel, Hastelloy og Nimonic.
Specifikationer for belastning og udbøjning
Det er vigtigt at forstå fjederens nødvendige ydeevne i forhold til kraft og tilgængelig fjedervandring. De fleste trykfjederdesigns fastlægges på én af to måder: ved at angive en kraft ved en defineret længde eller en kraft over en defineret udbøjning.
Mål på trykfjedre angives som afstand, normalt i mm eller tommer/fod, og belastninger angives typisk i Newton (N), kg eller lbs.
Mange motorsportsanvendelser bruger det imperiale målesystem, for eksempel 250 lbs/in. Det betyder, at fjederen leverer 250 lbs kraft over 1” udbøjning.
Overvejelser om udvendig diameter og længde
Disse dimensioner er to af de fire elementer, der bestemmer fjederen og dens givne ydeevne. De andre er tråddiameter og det samlede antal vindinger.
Vi skal tage højde for den udvendige diameter i forhold til fremstilling. Selve fjederdesignet angiver en optimal udvendig diameter til den anvendelse, fjederen skal bruges til, og fjederen skal naturligvis passe i eller over den tilsigtede placering.
Teoretisk set er længden på en fjeder, der vikles på vores CNC-viklere, ubegrænset. Vi skal blot huske, at længere fjedre har risiko for udbøjning. Det sker, når fjederens vindinger bevæger sig sidelæns under belastning, indtil vindingerne kommer tæt på bloklængde.
Fremstillingsprocesser for trykfjedre
Koldvikling
Betegnelsen bruges, når en fjeder fremstilles af koldt materiale, enten udglødet eller forhærdet, og de nødvendige varmebehandlinger og anløbninger udføres efterfølgende.
Varmvikling
Betegnelsen bruges, når materialet opvarmes før vikling, og fjederen derefter hærdes og anløbes.
Vikling
Fjederproducentens betegnelse for at fremstille en fjeder eller beskrive fremstillingsprocessen.
Slibning
Når vi sliber en fjeder, sliber vi enderne for at skabe en større bærende flade og gøre enderne 90° vinkelrette på fjederens akse.
Test og kvalitetskontrol af trykfjedre
Træktest
Test af forlængelse for enten a) at kontrollere forspændingen, altså den kraft, der kræves for at begynde at adskille vindingerne, eller b) kontrollere den kraft, der leveres ved en defineret forlængelse eller udbøjning.
Udmattelsestest
Test for at kontrollere en komponents forventede levetid. Den udføres normalt på sikkerhedskritiske komponenter eller nye designs. Fjederen cykles mellem to punkter, indtil den svigter, eller indtil det foruddefinerede mål er nået. Udmattelseslevetiden kan estimeres med et Goodman-diagram og er en del af enhver designproces.
Ydeevnetest i en simuleret anvendelse
Fjederen testes i et næsten virkelighedstro miljø, som eliminerer konsekvenserne af fejl eller manglende overholdelse af de forventede designparametre, for at vurdere egnetheden.
Kontrol af dimensionel nøjagtighed
Som en del af enhver plan for fremstilling og kvalitet udføres dimensionskontroller på hvert trin i processen for at sikre, at den færdige fjeder lever op til tegningen og de forventede designkrav.
Almindelige problemer og fejltyper for trykfjedre
Overbelastning
Det sker, når en fjeder udsættes for mere kraft, end materialet kan modstå. Det resulterer som regel i plastisk deformation, hvor dimensionerne og de resulterende kræfter ændres uopretteligt.
Korrosion og materialetræthed
Den største årsag til svigt i en veldesignet fjeder. Korrosion og de efterfølgende mikroskopiske overfladerevner breder sig og kan til sidst føre til totalt svigt.
Tab af trækspænding
På samme måde som ved overbelastning af en trykfjeder skyldes tab af trækspænding i en trækfjeder som regel, at fjederen er blevet forlænget ud over materialets elastiske grænse. Det medfører plastisk deformation og ødelægger den forspænding, fjederen eventuelt havde.
Brud
Alt det ovenstående kan føre til brud. Enhver skade på fjedertråden kan medføre brud, og generelt gælder det, at jo højere belastet designet er, desto større er risikoen for brud ved et beskadiget område.
Konklusion og fremtidsperspektiv for trykfjedre
Vigtigheden af trykfjedre af høj kvalitet
Vores kunder kræver fjedre af højeste kvalitet, der kan leve op til kravene i deres anvendelsers funktion og miljø. Vores fjedres ydeevne, som komponent i kundens produkt, er med til at definere produktets succes.
Vores fjedre sidder i ventiler dybt under havets overflade, i lygtepæle langs motorveje, i utallige byggeprojekter og bidrager til sikkerheden på tværs af transportnetværk og energiforsyninger. Verdens infrastruktur er afhængig af vores fjedre.
Fjedre skal designes korrekt, fremstilles i det rigtige materiale og have den mest egnede overfladebehandling til fjederens formål. Uden en grundig vurdering af kravene til fjederens funktion opstår der en risikofaktor, som reducerer kvaliteten.
Derfor rådgiver vores ingeniører hver enkelt kunde og gennemgår alle aspekter af fjederens funktion. Derfor er vi stolte af kun at fremstille trykfjedre af højeste kvalitet. Vi lader ikke produktet forlade fabrikken, medmindre det lever op til den bedste kvalitet.
Løbende udvikling inden for design- og fremstillingsteknikker
Fjederdesign og fjederproduktion ligger i vores DNA. Vi har været på forkant med innovation og teknologi i branchen i over 170 år, og vi vil fortsætte med at investere i de mest avancerede fjederviklingsmaskiner samt understøttende software og teknologi på tværs af vores fabrikker.
Vi udvikler løbende vores teams viden på tværs af metallurger, ingeniører, designere og operatører. Vi investerer i alle for at sikre, at vi har de bedste kompetencer inden for fjederteknik og kan levere fjederprodukter af højeste kvalitet til vores kunder.