EoW July 2014

Articolo tecnico

Gli effetti del trattamento termico sulle proprietà delle

molle di estensione a cura di Mark Hayes, consulente tecnico dell’Institute of Spring Technology, Sheffield, Regno Unito

Riassunto Durante un programma di lavoro effettuato nel 2013, per rispondere ai numerosi quesiti posti dai produttori di molle, sono state prodotte molle di estensione in filo di acciaio al carbonio e in filo di acciaio inossidabile. Queste molle sono state misurate e testate sotto carico per valutarne la tensione iniziale e il limite elastico. I risultati indicano la necessità di una revisione della norma EN 13906-2. 1 Introduzione I produttori di molle sono consapevoli del fatto che il trattamento termico di distensione effettuato sulle molle di estensione durante la produzione produce i seguenti effetti: • il diametro esterno, e pertanto la costante elastica della molla, si modifica • la tensione iniziale che si genera durante l’avvolgimento si riduce • inoltre qualcuno potrebbe anche sapere che il limite elastico aumenta Secondo la norma EN 13906-2 la massima tensione ammissibile (non corretta) per molle di estensione è pari al 45 per cento della resistenza a rottura Rm. Vale a dire che si potrebbe caricare il corpo della molla di estensione fino a una tensione applicata del 45 percento della resistenza alla trazione del filo e non si verificherebbe alcuna deformazione plastica. Ciò presuppone che le molle siano state sottoposte a ricottura di distensione dopo l’avvolgimento. L’argomentazione dell’autore è che a questa definizione del limite elastico spesso si attribuisce un valore troppo alto.

Lo scopo del presente studio è di analizzare il limite elastico e come il limite elastico venga influenzato dalla temperatura del trattamento termico. Allo stesso tempo è stata colta l’occasione per analizzare l’effetto della temperatura del trattamento termico sul diametro esterno, la tensione iniziale e la costante elastica della molla. La maggior parte delle molle di estensione presenta una caratteristica di carico/deflessione teorica simile a quella delle molle di prova analizzate in questo studio nella Figura 1 . Si suppone che quando una molla di estensione viene caricata oltre il proprio limite elastico (29N nella Figura 1 ), tutta la deformazione plastica si produce nel corpo della molla, con conseguente riduzione della tensione iniziale. La maggior parte delle molle di estensione dispone di ganci con lo stesso diametro esterno nominale del corpo della molla, come anche nel caso delle molle prodotte per il presente studio, illustrate nella Figura 2 . L’assunto di tutte le norme progettuali internazionali per le molle di estensione è che i ganci siano perfettamente rigidi senza deflessione a livello elastico o plastico fino alla loro massima tensione ammissibile. Tale assunto è errato, tuttavia per molle di estensione con oltre 20 spire del corpo, l’errore che si verifica ignorando la deflessione dei ganci è effettivamente minimo. La stragrande maggioranza delle molle di estensione è realizzata in acciaio al carbonio trafilato (a volte con un rivestimento di Zn o Zn/Al) secondo la norma EN 10270-1 oppure in acciaio inossidabile trafilato secondo la norma

CARICO rispetto a DEFLESSIONE

Non precaricato 29 sovraccaricati N

Carico (N)

DEFLESSIONE (mm)

▲ ▲ Figura 1 : Caratteristiche di carico/deflessione

▲ ▲ Figura 2 : Molle di prova

EN 10270-3, classe 1.4310 o tipo 302. Pertanto, questi sono i due materiali analizzati nel presente studio.

2 Molle Le molle per il presente studio sono state gentilmente fornite da Advanex (2) di Nottingham, Regno Unito Queste sono state avvolte su una macchina automatica che ha formato entrambi i ganci e immediatamente dopo l’avvolgimento, l’autore ha raccolto le molle per effettuare il trattamento termico in condizioni accuratamente controllate, senza un eccessivo ritardo dopo l’avvolgimento. Le molle sono state prodotte in filo da 0,71mm, con un diametro esterno nominale di 6,03mm, 19,5 spire, una tensione iniziale relativamente alta e ganci inglesi o ganci a croce. La resistenza alla trazione dell’acciaio al carbonio corrispondeva a 2465MPa e quella dell’acciaio inossidabile a 1981MPa.

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Luglio 2014