Molla a spirale per avvolgitore cintura di sicurezza: 65Mn, coppia costante, verificata 200K cicli
Una molla a spirale per avvolgitore di cintura di sicurezza non è solo una striscia d'acciaio arrotolata in una bobina. Decide con quanta forza la cinghia si riavvolge lungo tutta la corsa del rocchetto, è inserita in un gruppo critico per la sicurezza che non deve mai bloccarsi, e deve comportarsi in modo identico sul pezzo numero uno e sul cinquantamillesimo. Sbaglia la curva di coppia e il guidatore lo sente ogni volta che allaccia la cintura.
Contesto del progetto e sfida
Un fornitore Tier-1 di sicurezza automotive si è presentato con un programma per avvolgitore cintura che si era bloccato. Il precedente fornitore di molle a spirale riusciva a mantenere un valore di coppia in un punto della curva, ma la coppia calava man mano che la molla si svolgeva, quindi il riavvolgimento della cinghia si indeboliva vicino alla massima estensione. La cintura risultava progressivamente più lenta più veniva tirata, i guidatori se ne accorgevano, e i reclami sul campo aumentavano proprio mentre si avvicinava una scadenza di lancio. Ri-approvvigionare una molla critica per la sicurezza così tardi di solito significa rinviare il programma - a meno che qualcuno non riesca a correggere la curva stessa invece di limitarsi a riprodurre il pezzo.
Il pezzo è una molla a spirale (tipo orologio) in acciaio per molle 65Mn di circa 30mm di diametro esterno, che compie diversi giri di corsa all'interno del rocchetto dell'avvolgitore. Un avvolgitore funziona scambiando la coppia della molla con la tensione della cinghia, quindi se la coppia diminuisce con la deflessione, la forza di riavvolgimento diminuisce di conseguenza. Il requisito era una coppia quasi costante su tutto il campo di lavoro, non un valore di picco a un singolo angolo. I vecchi pezzi perdevano dal 15 al 20 percento della loro coppia dallo stato avvolto allo stato esteso, il che faceva sembrare la cintura rigida alla prima tirata e pigra verso la fine della corsa.
La seconda pressione era la fatica. Una molla per avvolgitore si cicla ogni volta che la cintura viene estratta e rilasciata - centinaia di migliaia di volte nell'arco della vita di un veicolo, più i casi di uso improprio in cui la cintura viene tirata con forza. Il cliente voleva 200.000 cicli con perdita di coppia entro una banda definita e nessuna cricca all'estremità interna dove la molla si ancora all'albero. Entrambi i requisiti dovevano essere soddisfatti a 50.000 pezzi al mese, secondo una tempistica che non poteva slittare.
Soluzione di processo BQUQ
La nostra risposta: trattare la curva di coppia come il risultato da consegnare, non solo la geometria, e controllare avvolgimento, trattamento termico e distensione per mantenere la curva piatta e ripetibile da pezzo a pezzo.
Metrologia della curva di coppia prima di tutto
Abbiamo ricostruito la molla attorno a un obiettivo di curva di coppia invece che a una specifica a punto singolo. Larghezza del nastro, spessore e numero di spire attive sono stati riequilibrati in modo che la coppia rimanga entro una banda stretta su tutta la corsa. Ogni iterazione di progetto è stata avvolta secondo disegno e provata su un banco di misura della coppia, con la curva tracciata a diversi angoli di deflessione, ben prima di tagliare qualsiasi attrezzatura di produzione. Lavorare su una curva invece che su un numero è ciò che ci ha permesso di vedere il comportamento di coppia calante e di progettarlo via, invece di scoprirlo di nuovo in produzione. Due iterazioni hanno spostato la curva da una caduta ripida a una linea quasi piatta; la terza ha bloccato la forma.
Avvolgimento e trattamento termico
La spirale è formata da acciaio per molle 65Mn, poi austenitizzata, tempra e rinvenuta a una durezza che bilancia la ritenzione di coppia con la vita a fatica. La temperatura di rinvenimento è bloccata e registrata, perché è la leva più importante su quanto la coppia deriva nel corso della vita del pezzo. Dopo la tempra, ogni molla viene preimpostata oltre il suo campo di lavoro, in modo che assuma la sua deformazione permanente in fabbrica invece che sul campo, ed è esattamente questo che mantiene la prima tirata e la millesima tirata identiche.
Formatura delle estremità e controllo delle bave
Le molle a spirale cedono alle loro estremità. I ganci interno ed esterno sono formati per primi, poi burattati e sbavati sotto ingrandimento, perché una bava all'estremità interna diventa un punto di innesco di cricca una volta moltiplicata per 200.000 cicli. Le estremità sono ispezionate una per una prima che la molla entri nel gruppo avvolgitore, e la geometria dell'ancoraggio è mantenuta a disegno in modo che la molla si posizioni squadrata nel rocchetto e non strisci contro l'alloggiamento.
Specifiche chiave
| Voce | Specifica |
|---|---|
| Materiale | Nastro in acciaio per molle 65Mn, tempra e rinvenuto |
| Coppia erogata | Curva a coppia costante, ±5% da pezzo a pezzo all'interno di un lotto |
| Piattezza della coppia | Variazione di coppia ≤8% su tutta la corsa di lavoro |
| Vita a fatica | 200.000 cicli verificati, perdita di coppia ≤5%, nessuna cricca |
| Dimensioni | φ30mm diametro esterno, 0,6mm spessore materiale, 4 spire attive |
| Finitura superficiale | Estremità sbavate, finitura ossido nero |
| Volume | 50.000 pz/mese |
| Ispezione | Test della curva di coppia per lotto, campionamento su banco fatica, CMM sulle caratteristiche critiche |
| Consegna | Campioni in 5 giorni, primi 50.000 pz in 18 giorni |
Controllo qualità e consegna
Ogni lotto di produzione viene campionato e la sua curva di coppia tracciata rispetto alla curva approvata - se un lotto deriva fuori dalla banda, non viene spedito. Le caratteristiche critiche sono misurate su una CMM, e il requisito di fatica è dimostrato su un banco di ciclaggio con controlli periodici di coppia durante la prova. L'approvazione del primo articolo copre l'intera curva, non un singolo punto, quindi non c'è divario tra il campione che il cliente approva e i pezzi che riceve in volume. I dati di tendenza sono riesaminati lotto per lotto come allarme precoce contro l'usura dell'attrezzatura o la deriva del forno di trattamento termico.
Risultato: la molla riprogettata ha mantenuto la coppia entro la banda target su tutta la corsa, ha superato il test di 200.000 cicli con meno del 5 percento di perdita di coppia, ed è entrata in volume a 50.000 pezzi al mese, con campioni in 5 giorni e il primo lotto in 18 giorni. I programmi mensili rolling hanno rispettato la scadenza di lancio, e il flusso di reclami sulla forza di riavvolgimento si è fermato. Il lavoro si svolge sotto un sistema di qualità ISO9001:2015.
Prodotti e risorse correlati
Per vedere più parti avvolte e formate come questa, sfoglia le nostre collezioni di molle a elica e molle a torsione:
Per uno sguardo più da vicino a come dimostriamo la fatica delle molle, leggi il caso studio su Fatica di molla a compressione automotive ad alto carico. Altre domande e risposte sulla produzione si trovano nel nostro Centro FAQ.
FAQ
Cosa significa realmente "coppia costante" per una molla per avvolgitore?
Significa che la coppia rimane entro una banda stretta dallo stato avvolto alla massima estensione, invece di raggiungere un picco e poi calare. Su questo pezzo abbiamo mantenuto la variazione all'8 percento su tutta la corsa di lavoro, quindi la cintura si sente allo stesso modo sia che sia appena estratta sia che sia quasi completamente estesa, cosa che i pezzi precedenti non riuscivano a fare.
Come verificate 200.000 cicli senza testare ogni pezzo in eccesso?
Eseguiamo un campione da ogni lotto su un banco di ciclaggio e controlliamo la coppia a intervalli durante tutti i 200.000 cicli, con una banda di accettazione del 5 percento di perdita di coppia e nessuna cricca ammessa. I dati del banco sono registrati e spediti con il rapporto di ispezione per gli archivi del cliente.
Perché l'estremità interna è così importante su una molla a spirale?
Perché sopporta la concentrazione di tensione più acuta. Una piccola bava o un bordo formato ruvido diventa un innesco di cricca una volta ciclato centinaia di migliaia di volte, ed è di solito nascosto all'interno del gruppo. Formiamo, burattiamo e poi ispezioniamo ogni estremità sotto ingrandimento prima dell'assemblaggio, e manteniamo la geometria dell'ancoraggio a disegno.
Riuscite a mantenere ±5% di coppia e a raggiungere comunque 50.000 pezzi al mese?
Sì. La coppia è controllata da parametri di trattamento termico bloccati, preimpostazione e test della curva per lotto, non selezionando a mano i pezzi buoni da quelli cattivi. La produzione costante è di 50.000 pz/mese, con campioni in 5 giorni e i primi 50.000 pezzi in 18 giorni, quindi la curva e il volume non sono un compromesso.
