Pegas dibuat dengan cara menggulung, membengkokkan, atau mencap kawat logam atau strip stock menjadi bentuk yang menyimpan dan melepaskan energi mekanik. Metode yang paling umum adalah belitan kumparan — mengumpankan kawat melalui a Mesin pegas CNC yang membengkokkannya di sekitar mandrel dengan tinggi nada dan diameter yang dihitung secara tepat. Untuk produksi volume tinggi, proses ini berjalan dengan kecepatan antara 50 dan 400 bagian per menit tergantung pada ukuran pegas dan material.
Baik SEBUAHnda membuat prototipe satu bagian di bengkel atau menjalankan ribuan unit dalam iklan mesin melingkar pegas , langkah-langkah intinya sama: pilih kabel yang tepat, atur geometri, angin atau bentuk pegas, perlakuan panas, dan selesaikan permukaannya. Setiap tahap mempunyai toleransi yang secara langsung mempengaruhi beban pegas, umur kelelahan, dan konsistensi dimensi.
Bagian di bawah menguraikan setiap langkah secara mendetail — dengan pengukuran sebenarnya, pilihan material, dan pengaturan mesin — sehingga Anda dapat menghasilkan pegas yang bekerja dengan andal dari kumparan pertama hingga kumparan terakhir.
Memahami jenis pegas yang Anda butuhkan akan menentukan proses produksi, perkakas, dan konfigurasi mesin. Ada lima kategori utama yang digunakan dalam aplikasi industri dan konsumen.
Tipe yang paling umum. Kawat bundar dililitkan menjadi heliks dengan nada terbuka sehingga pegas terkompresi di bawah beban aksial. Dibuat pada kumparan CNC mesin pegas dengan penyesuaian alat nada. Toleransi panjang bebas biasanya ±1–2% dari panjang nominal.
Luka dengan kumparan yang rapat dan tegangan awal sehingga kumparan saling menekan saat diam. Kait dibentuk di setiap ujungnya oleh mesin pegas segera setelah penggulungan. Geometri kait — putaran penuh, setengah putaran, atau diperpanjang — diatur dalam program mesin.
Tahan gaya rotasi. Luka dengan lilitan tertutup atau terbuka, dengan kaki memanjang secara tangensial. SEBUAH mesin pegas torsi menekuk kaki ke sudut yang tepat — biasanya 90°, 180°, atau sudut khusus dalam ±1°.
Dicap atau ditekuk dari stok strip datar. Pegas daun otomotif menggunakan pelat bertumpuk yang dijepit di tengahnya. Pegas datar yang lebih kecil untuk elektronik dicap pada mesin cetak progresif dengan kecepatan hingga 800 pukulan per menit.
Mesin cuci berbentuk kerucut yang ditumpuk secara seri atau paralel. Dibentuk dengan mengosongkan mesin cuci dari lembaran dan menekannya ke dalam profil kerucut. Kapasitas beban sangat bervariasi menurut tinggi kerucut — perbedaan ketinggian 1 mm dapat mengubah beban sebesar 30–50%.
Pemilihan material bukanlah sebuah pilihan – paduan yang salah akan menyebabkan kelelahan dini, kegagalan korosi, atau penyimpangan dimensi akibat suhu. Tabel di bawah ini mencakup material pegas yang paling umum ditentukan di berbagai industri.
| Bahan | Standar | Kekuatan Tarik | Suhu Maks (°C) | Terbaik Untuk |
|---|---|---|---|---|
| Kawat Musik (Karbon Tinggi) | ASTM A228 | 1700–2400 MPa | 120 | Tujuan umum, siklus tinggi |
| Kawat yang Ditarik Keras | ASTM A227 | 1200–1900 MPa | 120 | Beban statis atau siklus rendah |
| Baja Tahan Karat 302/304 | ASTM A313 | 1300–2000 MPa | 260 | Lingkungan yang korosif |
| Baja Tahan Karat 316 | ASTM A313 | 1100–1800 MPa | 316 | Kelautan, paparan bahan kimia |
| Silikon Krom (SiCr) | ASTM A401 | 1900–2200 MPa | 245 | Pegas katup bertekanan tinggi |
| Inkonel 718 | AMS 5596 | 1240–1450 MPa | 700 | Luar angkasa, panas ekstrem |
| Perunggu Fosfor | ASTM B159 | 700–1100 MPa | 95 | Kontak listrik, non-magnetik |
Kabel musik (ASTM A228) menutupi secara kasar 70% dari seluruh produksi pegas kompresi di seluruh dunia karena kekuatan tariknya yang tinggi dan kualitas permukaan yang konsisten. Paduan silikon krom digunakan ketika tegangan operasi melebihi 45% kekuatan tarik atau ketika siklus pegas lebih dari 10 juta kali.
Diameter kawat menentukan kekuatan tarik: kawat musik 0,5 mm memiliki kekuatan tarik mendekati 2400 MPa, sedangkan kawat 6 mm dari paduan yang sama turun menjadi sekitar 1700 MPa. Hubungan terbalik ini dibangun dalam setiap persamaan desain pegas dan harus diperhitungkan sebelum menyiapkan mesin pegas.
Menjalankan mesin pegas tanpa terlebih dahulu menghitung parameter utamanya adalah pemborosan material dan menghasilkan suku cadang di luar spesifikasi. Rumus berikut ini merupakan dasar dari setiap desain pegas kompresi.
Dimana G = modulus geser (~80.000 MPa untuk baja), d = diameter kawat, D = diameter rata-rata kumparan, Na = jumlah kumparan aktif. Pegas klep khas otomotif dengan d = 3,5 mm, D = 28 mm, dan Na = 8 menghasilkan laju sekitar 28 N/mm.
C = D/d (indeks pegas). Pegas dengan indeks di bawah 4 mengalami konsentrasi tegangan tinggi pada kumparan bagian dalam — faktor Wahl mengoreksi perhitungan tegangan geser. Kebanyakan pegas dirancang dengan C antara 6 dan 12.
Nc = jumlah kumparan tidak aktif (tertutup), δ = pitch × Na. Untuk pegas kompresi dengan 2 ujung tertutup, Nc = 2. Panjang bebas langsung menentukan posisi berhenti mesin selama penggulungan pada a Mesin melingkar pegas CNC .
Panjang padat adalah tinggi terkompresi ketika semua kumparan bersentuhan. Selalu pastikan bahwa defleksi kerja menjaga pegas setidaknya 15% di atas panjang padat untuk menghindari pemasangan permanen. Banyak operator mesin pegas menggunakan ini sebagai pemeriksaan celah minimum.
Sebelum memprogram a mesin pegas , verifikasi bahwa desain melewati tiga pemeriksaan: (1) tegangan maksimum di bawah beban tetap di bawah 45% kekuatan tarik untuk aplikasi dinamis; (2) pegas tidak tertekuk — pegas ramping dengan rasio Lf/D di atas 4 rentan terhadap tekuk lateral; (3) frekuensi alami minimal 13 kali frekuensi operasi untuk menghindari resonansi. Hilangnya salah satu pemeriksaan ini menyebabkan kegagalan lapangan, sering kali dalam 100.000 siklus pertama.
A mesin pegas adalah sistem pembentukan yang dikontrol secara presisi yang mengambil kawat mentah dari kumparan dan membengkokkannya menjadi pegas jadi dalam satu lintasan terus menerus. Versi CNC modern menggantikan mekanisme bubungan dan tuas pada mesin lama dengan sumbu yang digerakkan servo yang dapat diprogram ulang dalam hitungan menit. Memahami apa yang terjadi di dalam alat berat sangat penting untuk memecahkan masalah penyimpangan diameter, variasi pitch, dan cacat kondisi akhir.
Kawat masuk melalui pelurus — serangkaian rol yang dipasang pada sudut bergantian — yang menghilangkan cetakan alami dan heliks dari kumparan. Pelurusan yang tidak memadai adalah penyebab utama variasi diameter kumparan dalam produksi. Kebanyakan mesin melingkar pegas gunakan pelurus 5 rol atau 9 rol; kawat yang lebih berat di atas 6 mm dapat menggunakan umpan rol penjepit bertenaga dengan umpan balik torsi. Kecepatan pengumpanan secara langsung menentukan kecepatan keluaran alat berat: pada pengumpanan 200 mm/s, pegas dengan panjang bebas 30 mm memerlukan waktu sekitar 0,15 detik untuk berputar.
Titik kumparan — pin atau roller karbida yang mengeras — membelokkan kawat ke mandrel atau ke udara bebas untuk menghasilkan diameter kumparan. Memindahkan titik melingkar ke dalam akan meningkatkan diameter; ke luar menguranginya. Alat pitch mengontrol gerak maju aksial per putaran, mengatur sudut pitch pegas dan akhirnya panjang bebas. Pada a Mesin pegas CNC , kedua sumbu memperbarui posisi 500–1000 kali per detik, memungkinkan diameter meruncing, nada variabel, dan profil berbentuk tong, semuanya dalam siklus angin yang sama.
Setelah jumlah kumparan yang diprogram tercapai, pisau pemotong akan memotong kawat dengan rapi. Pemotong harus menyala pada sudut rotasi yang benar untuk menghasilkan geometri ujung yang konsisten. Waktu pemotongan yang buruk akan menimbulkan kait, gerinda, atau ujung yang hancur sehingga gagal dalam penggilingan atau memengaruhi kekusutan pegas. Mesin berkecepatan tinggi menggunakan sistem pemutus pneumatik atau servo dengan waktu respons di bawah 5 milidetik.
Terkemuka mesin pegas produsennya termasuk WAFIOS (Jerman), Itaya (Jepang), Bamatec (Swiss), dan banyak pabrikan Cina. Mesin penggulung CNC 4-sumbu kelas menengah yang mampu menangani kawat 0,3–6 mm biasanya berharga antara $40.000 dan $120.000 USD tergantung pada kecepatan dan konfigurasi sumbu.
Urutan berikut mencakup produksi pegas kompresi industri dari kawat mentah hingga bagian jadi yang diperiksa. Pegas torsi dan pegas ekstensi mengikuti kerangka yang sama dengan modifikasi pada tahap pembentukan dan perlakuan panas.
Kawat yang masuk diverifikasi berdasarkan sertifikat material: toleransi diameter (biasanya ±0,5% untuk kawat musik), kekuatan tarik, kondisi permukaan, dan berat kumparan. Kawat dengan lapisan permukaan, lubang, atau diameter di luar toleransi ditolak sebelum mencapai mesin. Deviasi diameter hanya 2% akan mengubah laju pegas sekitar 8% (karena skala laju dengan d⁴).
Operator memasukkan kawat melalui pelurus dan mengumpankannya ke titik melingkar. Program CNC menentukan: laju pengumpanan kawat, titik setel diameter kumparan, pitch per putaran, jumlah kumparan total, dan posisi potong. Sampel artikel pertama digulung dengan kecepatan lambat — biasanya 10–20% dari kecepatan produksi — dan diukur pada cetakan. Penyesuaian posisi titik melingkar, sudut pitch pahat, dan waktu cut-off dilakukan hingga semua dimensi berada dalam toleransi.
Setelah artikel pertama disetujui, mesin berjalan dengan kecepatan produksi penuh. Tingkat keluaran bervariasi berdasarkan ukuran kabel: kawat 0,5 mm mengalir dengan kecepatan 200–400 pegas/menit; Kawat 6 mm mengalir dengan kecepatan 15–40 pegas/menit . Sampel dalam proses ditarik setiap 500–1000 keping dan diperiksa panjang bebasnya, diameter luarnya, dan jumlah kumparan totalnya. Sistem penglihatan otomatis pada mesin kelas atas memeriksa setiap bagian.
Pegas yang baru digulung membawa tegangan sisa dari proses pembentukan. Penghilang stres menghilangkan hal ini tanpa mengkristal ulang struktur mikro kawat yang dikerjakan dengan dingin. Untuk pegas baja karbon, ini berarti 200–260 °C selama 20–30 menit dalam oven sabuk jaring atau oven batch. Baja tahan karat membutuhkan suhu 315–370 °C. Setelah perlakuan, panjang bebas dapat berubah sebesar 0,5–2% seiring dengan berkurangnya tegangan sisa — hal ini harus diperhitungkan dalam program belitan.
Pegas kompresi dengan ujung tertutup digiling pada penggiling cakram ganda atau penggiling putar untuk menghasilkan permukaan bantalan yang rata. Penggilingan harus menghilangkan material yang cukup untuk menghasilkan persegi dalam toleransi — biasanya kemiringannya kurang dari 1,5° sesuai standar DIN 2096 / ISO 10243. Penggilingan bawah meninggalkan kontak titik, bukan kontak bantalan penuh; penggilingan berlebih memotong kumparan aktif dan mengurangi laju pegas.
Pegas beban tinggi dikompresi hingga ketinggian padat satu kali atau lebih untuk menginduksi tegangan sisa tekan yang menguntungkan pada permukaan kumparan bagian dalam. Proses ini — disebut scragging atau presetting — secara permanen memperpendek pegas sebesar 1–5% dari panjang bebasnya tetapi meningkatkan ketahanan pegas terhadap pengaturan permanen selama masa pakai. Pegas suspensi otomotif dan pegas katup hampir selalu terkelupas sebelum pengiriman.
Shot peening membombardir permukaan pegas dengan bola baja atau keramik kecil dengan kecepatan tinggi, menciptakan lapisan tegangan tekan sedalam 0,1–0,3 mm. Lapisan ini menahan retak lelah tarik yang timbul pada permukaan kawat. Shot peening dapat memperpanjang umur kelelahan pegas 200–500% dalam aplikasi siklus tinggi seperti pegas katup mesin yang berputar 10⁸ kali atau lebih.
Pegas baja karbon tanpa lapisan pelindung akan berkarat dalam beberapa minggu di lingkungan lembab. Hasil akhir yang umum meliputi: pelapisan elektro-seng (5–12 µm), minyak seng-fosfat, pelapis bubuk, atau pelapisan elektronik. Mata air untuk lingkungan makanan, medis, atau luar ruangan menggunakan bahan dasar baja tahan karat atau lapisan organik tambahan. Penggetasan hidrogen akibat pelapisan merupakan risiko yang diketahui — pemanggangan pasca-pelat pada suhu 190–220 °C selama 4–8 jam akan menghilangkan hidrogen yang terserap.
Setiap lot produksi menjalani pengujian dimensi dan beban. Penguji laju pegas memampatkan pegas menjadi dua atau tiga panjang tertentu dan mencatat gaya pada setiap titik. Laju pengukuran harus sesuai dengan spesifikasi desain dalam kisaran ±10% untuk pegas umum atau ±5% untuk pegas presisi. Pengambilan sampel statistik mengikuti tabel AQL — biasanya AQL 1.0 atau 1.5 untuk aplikasi kritis — yang berarti 1.000 pegas memerlukan pemeriksaan 80–125 sampel.
Untuk pembuatan prototipe, pekerjaan perbaikan, atau jumlah kecil, sangat mungkin untuk membuat pegas kompresi atau ekstensi yang berfungsi tanpa pegas khusus. mesin pegas . Perkakasnya minimal dan prosesnya mudah untuk kawat dengan diameter kurang dari 2 mm.
Pegas yang dibuat dengan tangan tidak akan sesuai dengan konsistensi dimensi komponen buatan mesin. Harapkan variasi panjang bebas ±3–5% dan variasi diameter ±2–4% saat memutar dengan tangan. Untuk barang apa pun yang memerlukan toleransi lebih ketat atau lebih dari 20–30 buah, a mesin melingkar pegas adalah solusi praktisnya.
Meski dengan terawat mesin pegas , cacat muncul ketika penyimpangan pengaturan atau sifat material bervariasi. Tabel berikut memetakan kerusakan yang paling sering terjadi hingga akar penyebabnya dan tindakan perbaikannya.
| Cacat | Kemungkinan Penyebabnya | Tindakan Korektif |
|---|---|---|
| OD secara bertahap meningkat selama berlari | Titik kumparan aus, ketegangan kumparan kawat berkurang | Ganti titik melingkar; tambahkan ketegangan kawat rem |
| Panjang bebas terlalu pendek | Alat pitch tidak berkembang cukup jauh; jumlah kumparan yang salah | Meningkatkan offset alat nada; memverifikasi jumlah pembuat enkode |
| Ujung tidak persegi | Penutupan kumparan ujung tidak rata; roda penggiling tidak rata | Sesuaikan cam koil ujung; roda penggiling pakaian |
| Retak pada permukaan kawat | Jahitan pada kawat; diameter mandrel terlalu kecil (tekanan tinggi) | Tolak banyak kawat; meningkatkan indeks pegas (rasio D/d) |
| Pegas kusut/saling bertautan | OD terlalu besar dibandingkan dengan nada; kait ujung pada pegas ekstensi | Mengurangi OD; tambahkan pembagi di nampan keluaran |
| Kecepatan pegas tidak konsisten | Variasi nada; diameter kawat di luar toleransi | Periksa kembali alat nada; kencangkan spesifikasi lot kawat |
| Ujung duri atau potongan yang tajam | Pisau potong tumpul; sudut potong yang salah | Pertajam atau ganti pisau; sesuaikan sudut bubungan potong |
Pegas bukanlah bagian komoditas — deviasi dimensi yang kecil menghasilkan perubahan signifikan pada beban dan umur kelelahan. Standar utama yang mengatur toleransi pegas adalah DIN 2095/2096 (kompresi), DIN 2097 (ekstensi), dan DIN 2194 (torsi). ISO 10243 dan ISO 8458 juga berlaku untuk rantai pasokan internasional.
DIN 2095 mendefinisikan tiga tingkat toleransi: Tingkat 1 (±0,5% panjang bebas), Tingkat 2 (±1%), Tingkat 3 (±2%). Mesin pegas yang memproduksi suku cadang Kelas 1 pada pegas dengan panjang bebas 80 mm harus menahan ±0,4 mm — dapat dicapai pada mesin penggulung CNC yang disetel dengan baik tetapi tidak pada mesin tipe bubungan yang lebih tua.
Toleransi pada OD mengikuti indeks pegas dan diameter kawat. Untuk pegas tipikal dengan OD = 20 mm dan d = 1,5 mm, toleransi Kelas 2 kira-kira ±0,4 mm. Modern mesin pegas sistem dengan umpan balik servo menahan OD dalam ±0,1 mm secara rutin.
Kuadrat (tegak lurus permukaan kumparan ujung terhadap sumbu pegas) ditentukan sebagai deviasi maksimum dalam mm per 100 mm panjang bebas. DIN 2096 Grade 2 memungkinkan 3 mm per 100 mm. Pegas untuk perakitan presisi — pegas katup, pegas instrumen — memerlukan kurang dari 1 mm per 100 mm.
Kecepatan pegas diuji pada sel beban pada dua panjang yang ditentukan. Toleransi biasanya ±10% untuk mata air komersial dan ±5% untuk mata air presisi. Pegas suspensi otomotif sering kali memiliki laju ±3% dan panjang bebas ±1%, sehingga memerlukan pengujian 100% pada mesin laju pegas otomatis.
Beralih dari prototipe buatan tangan atau mesin manual satu shift ke produksi penuh memerlukan perencanaan berdasarkan tiga variabel: kapasitas mesin, logistik material, dan infrastruktur inspeksi.
Gunakan perhitungan berikut: jika Anda membutuhkan 500.000 mata air per bulan dan kebutuhan Anda mesin melingkar pegas berjalan pada 80 pegas/menit, Anda memerlukan sekitar 104 jam mesin per bulan. Dengan 22 hari kerja dan 8 jam/shift, satu mesin dalam satu shift menghasilkan 192 jam mesin per bulan — sesuai dengan kapasitasnya. Namun jika Anda memperhitungkan waktu penyetelan (30–60 menit per peralihan), waktu henti pemeliharaan (5–8% dari total waktu untuk mesin yang dirawat dengan baik), dan waktu persetujuan artikel pertama, kapasitas efektif turun menjadi sekitar 160–170 jam yang dapat digunakan. Rencanakan 75–80% pemanfaatan aktual saat mengutip kapasitas produksi.
Dengan 500.000 pegas/bulan dengan pegas panjang bebas 30 mm yang menggunakan kawat 1,5 mm, Anda mengonsumsi sekitar 15.000 meter kawat per bulan — sekitar 130–160 kg tergantung kepadatan paduannya. Membeli kawat dalam gulungan 100 kg versus gulungan 500 kg dapat menghemat biaya bahan sebesar 8–15%. Konfirmasikan kompatibilitas spul dengan Anda mesin pegas sistem pelunasan sebelum pemesanan dalam jumlah banyak.
Inspeksi manual 100% dengan jumlah 500.000 lembar per bulan tidaklah praktis. Sistem penglihatan otomatis untuk diameter pegas, panjang bebas, dan kondisi akhir memeriksa 60–120 pegas per detik dan menandai kerusakan secara real-time. Penguji beban in-line memverifikasi laju pegas di setiap bagian. Biaya modal untuk sel inspeksi otomatis penuh mencapai $25.000–$80.000 USD tetapi terbayar kembali dengan cepat ketika tingkat kerusakan turun dari 1–2% menjadi di bawah 0,1%.
TK-13200、 TK-7230 TK-13200、 TK-7230 12 Sumbu MESIN GULUNG PEgas CNC ...
Lihat Detail
TK-13200、 TK-7230 TK-13200、 TK-7230 12 Sumbu MESIN GULUNG PEgas CNC ...
Lihat Detail
TK12120 TK-12120 MESIN COILING SPRING CNC 12 Sumbu ...
Lihat Detail
TK-6160 MESIN PENGGULIS MUSIM SEMI CNC TK-6160 ...
Lihat Detail
TK-6120 MESIN PENGGULIS MUSIM SEMI CNC TK-6120 ...
Lihat Detail
TK-5200 MESIN COILING SPRING CNC TK-5200 5 Sumbu ...
Lihat Detail
TK-5160 MESIN COILING SPRING CNC 5 Sumbu TK-5160 ...
Lihat Detail
TK-5120 MESIN COILING SPRING CNC 5 Sumbu TK-5120 ...
Lihat Detail