제조공정
산업 제조
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스프링은 외력에 반응하여 모양이 바뀌고 힘이 제거되면 원래 모양으로 돌아가는 장치입니다. 스프링 변형에 소비된 에너지는 스프링에 저장되어 스프링이 원래 모양으로 돌아올 때 회복될 수 있습니다. 일반적으로 모양 변화의 양은 가해지는 힘의 양과 직접적인 관련이 있습니다. 그러나 너무 큰 힘을 가하면 스프링이 영구적으로 변형되어 원래 모양으로 돌아오지 않습니다.
여러 유형의 스프링이 있습니다. 가장 일반적인 것 중 하나는 원통 또는 원뿔 모양으로 감긴 와이어로 구성됩니다. 연장 스프링은 코일이 일반적으로 서로 접촉하는 코일 스프링입니다. 스프링을 늘리기 위해 힘이 가해지면 코일이 분리됩니다. 대조적으로, 압축 스프링은 연속 코일 사이에 공간이 있는 코일 스프링입니다. 스프링을 짧게 하기 위해 힘이 가해지면 코일이 서로 더 가깝게 밀리게 됩니다. 비틀림 스프링이라고 하는 세 번째 유형의 코일 스프링은 적용된 힘이 코일을 더 단단한 나선형으로 비틀도록 설계되었습니다. 비틀림 스프링의 일반적인 예는 클립보드와 나비 머리핀에서 볼 수 있습니다.
코일 스프링의 또 다른 변형은 시계 스프링으로, 실린더나 원뿔형이 아닌 평평한 나선형으로 감겨 있습니다. 스프링의 한쪽 끝은 나선의 중심에 있고 다른 쪽 끝은 바깥쪽 가장자리에 있습니다.
일부 스프링은 코일 없이 제작됩니다. 가장 일반적인 예는 얕은 아치 모양의 판 스프링입니다. 자동차 서스펜션 시스템에 일반적으로 사용됩니다. 또 다른 유형은 원뿔 모양의 와셔 모양의 장치인 디스크 스프링입니다. 견고하고 탄성이 있는 재료의 개방형 코어 실린더도 스프링 역할을 할 수 있습니다. 비 코일 스프링은 일반적으로 압축 스프링으로 기능합니다.
매우 단순하고 코일이 없는 스프링은 역사적으로 사용되어 왔습니다. 탄력 있는 나뭇가지라도 샘으로 사용할 수 있습니다. 보다 정교한 스프링 장치는 여러 문화권에서 눈썹 족집게가 일반적이었던 청동기 시대로 거슬러 올라갑니다. 기원전 3세기에 알렉산드리아의 그리스 엔지니어 크테시비우스는 구리 합금에서 주석의 비율을 높이고 부품을 주조하고 망치로 두드려 경화시켜 "탄력 있는 청동"을 만드는 공정을 개발했습니다. 그는 판 스프링의 조합을 사용하여 군용 투석기를 작동하려고 시도했지만 충분히 강력하지 않았습니다. B.C. 2세기에 또 다른 투석기 공학자인 비잔티움의 필로(Philo of Byzantium)가 비슷한 장치를 만들었고, 분명히 어느 정도 성공했습니다. 자물쇠는 고대 로마 제국에서 널리 사용되었으며 적어도 한 가지 유형은 구부러진 금속 잎을 사용하여 잎이 키로 압축될 때까지 장치를 닫은 상태로 유지했습니다.
스프링 역사에서 다음으로 중요한 발전은 중세 시대였습니다. 1250년에 Villard de Honnecourt가 고안한 전동 톱은 물레방아를 사용하여 톱날을 한 방향으로 밀면서 동시에 장대를 구부렸습니다. 장대가 구부러지지 않은 상태로 돌아가면서 반대 방향으로 톱날을 당겼습니다.
코일 스프링은 15세기 초에 개발되었습니다. 일반적으로 시계에 동력을 공급하는 웨이트 시스템을 권선 스프링 메커니즘으로 교체함으로써 시계 제작자는 
CNC 기계에 의해 수행되는 스프링 코일링을 나타내는 다이어그램. 신뢰할 수 있는 휴대용 시간 측정 장치를 만들 수 있었습니다. 이러한 진보로 인해 대양을 항해하는 선박의 정확한 천체 항법이 가능해졌습니다.
18세기에 산업혁명은 스프링 제조를 위한 대량 생산 기술의 발전에 박차를 가했습니다. 1780년대에 영국의 자물쇠 제조공인 Joseph Bramah는 자신의 공장에서 스프링 와인딩 머신을 사용했습니다. 분명히 선반을 개조한 것으로, 이 기계는 커팅 헤드 대신 와이어 릴을 사용했습니다. 릴에서 나온 와이어는 선반에 고정된 막대에 감겨 있었습니다. 릴을 스피닝 로드와 평행하게 운반하는 리드 스크류의 속도는 스프링 코일의 간격을 변경하기 위해 조정될 수 있었습니다.
현재 스프링 사용의 일반적인 예는 휴대폰 터치패드의 키를 지원하는 작은 코일에서 건물 전체를 지지하고 지진 진동으로부터 건물을 보호하는 거대한 코일에 이르기까지 다양합니다.
강철 합금은 가장 일반적으로 사용되는 스프링 재료입니다. 가장 인기 있는 합금에는 고탄소(기타 줄에 사용되는 음악 와이어 등), 오일 템퍼링된 저탄소, 크롬 실리콘, 등이 있습니다. 크롬 바나듐, 스테인리스 스틸.
때때로 스프링을 만드는 데 사용되는 다른 금속은 베릴륨 구리 합금, 인청동 및 티타늄입니다. 고무 또는 우레탄은 원통형, 비코일 스프링에 사용할 수 있습니다. 세라믹 재료는 매우 고온 환경에서 코일 스프링용으로 개발되었습니다. 단방향 유리 섬유 복합 재료는 스프링에 사용할 수 있는지 테스트 중입니다.
와이어 구성 및 크기, 스프링 코일 직경, 코일 수 및 예상 외력의 양과 같은 요소를 기반으로 스프링의 특성을 설명하기 위해 다양한 수학 방정식이 개발되었습니다. 이러한 방정식은 설계 프로세스를 단순화하기 위해 컴퓨터 소프트웨어에 통합되었습니다.
다음 설명은 강철 합금 코일 스프링의 제조에 중점을 둡니다.
1 콜드 와인딩. 최대 0.75인치(18mm) 직경의 와이어는 두 가지 기본 기술 중 하나를 사용하여 실온에서 감길 수 있습니다. 하나는 아버(arbor) 또는 맨드릴(mandrel)이라고 하는 샤프트 주위에 와이어를 감는 것으로 구성됩니다. 이것은 전용 스프링 와인딩 머신, 선반, 척에 고정된 맨드릴이 있는 전동 핸드 드릴 또는 핸드 크랭킹으로 작동되는 와인딩 머신에서 수행될 수 있습니다. 선반의 리드 나사와 같은 가이드 메커니즘을 사용하여 와이어가 맨드릴을 감쌀 때 원하는 피치(연속 코일 사이의 거리)로 정렬해야 합니다.
대안적으로, 와이어는 맨드릴 없이 감길 수 있습니다. 이것은 일반적으로 중앙 탐색 컴퓨터(CNC) 기계로 수행됩니다. 
다양한 스프링 유형의 예. 와이어는 와이어를 휘게 하는 홈이 있는 헤드 쪽으로 지지 블록 위에서 앞으로 밀리게 되어 구부러집니다. 헤드와 지지 블록은 형성되는 스프링의 직경과 피치를 제어하기 위해 최대 5개 방향으로 서로에 대해 이동할 수 있습니다.
인장 또는 비틀림 스프링의 경우 코일링 작업이 완료된 후 끝단이 원하는 루프, 후크 또는 직선 섹션으로 구부러집니다.
7 코팅. 부식을 방지하기 위해 스프링의 전면을 페인트 칠하거나 액체 고무에 담그거나 아연이나 크롬과 같은 다른 금속으로 도금하여 보호합니다. 기계적 도금이라고 하는 한 가지 프로세스는 금속 분말, 물, 촉진제 화학 물질 및 금속 분말을 스프링 표면에 두드리는 작은 유리 구슬과 함께 용기에 스프링을 텀블링하는 것을 포함합니다.
대안적으로, 전기도금에서 스프링은 전기 전도성 액체에 잠겨 있어 도금 금속을 부식시키지만 스프링은 부식시키지 않습니다. 음전하가 스프링에 적용됩니다. 또한 액체에 잠긴 것은 도금 금속의 공급이며 양전하를 띠고 있습니다. 도금 금속이 액체에 용해되면서 양전하를 띤 분자를 방출하여 음전하를 띤 스프링으로 끌어당겨 화학적으로 결합합니다. 전기도금을 하면 탄소강 스프링이 부서지기 때문에 도금 직후(4시간 미만) 취성을 방지하기 위해 160-190°C(325-375°F)에서 4시간 동안 구워야 합니다.
완성된 스프링이 사양을 준수하는지 확인하기 위해 다양한 테스트 장치가 사용됩니다. 테스트 장치는 금속의 경도 및 알려진 힘 하에서 스프링의 변형량과 같은 특성을 측정합니다. 사양에 맞지 않는 스프링은 폐기됩니다. 테스트 결과에 대한 통계적 분석은 제조업체가 생산 문제를 식별하고 공정을 개선하여 결함 있는 스프링이 더 적게 생산되도록 하는 데 도움이 될 수 있습니다.
결함이 있는 스프링의 약 1/3은 생산 문제로 인해 발생합니다. 나머지 3분의 2는 스프링을 형성하는 데 사용되는 와이어의 결함으로 인해 발생합니다. 1998년에 연구자들은 스프링을 제조하기 전에 부적절한 와이어를 걸러낼 수 있는 와이어 코일 가능성 테스트(FRACMAT라고 함)의 개발을 보고했습니다.
컴퓨터로 작동되는 코일링 기계는 두 가지 방법으로 품질을 향상시킵니다. 첫째, 수동 작업보다 더 정밀하게 스프링의 직경과 피치를 제어합니다. 둘째, 전기 입력에 따라 크기가 달라지는 압전 재료를 사용하여 CNC 코일링 헤드는 스프링 특성 측정에 대해 실시간으로 정밀하게 조정할 수 있습니다. 결과적으로 이러한 지능형 기계는 사양을 충족하지 못해 거부해야 하는 스프링을 더 적게 생산합니다.
빠르게 성장하는 컴퓨터 및 휴대폰 산업의 수요로 인해 스프링 제조업체는 매우 작은 스프링을 만들기 위한 안정적이고 비용 효율적인 기술을 개발해야 합니다. 터치패드와 키보드의 키를 지원하는 스프링도 중요하지만 덜 분명한 애플리케이션도 있습니다. 예를 들어, 반도체 생산에 사용되는 테스트 장비 제조업체는 마이크로스프링 접촉 기술을 개발했습니다. 높이가 40mil(0.040인치 또는 1mm)에 불과한 수천 개의 작은 스프링이 반도체 웨이퍼의 개별 접점에 결합됩니다. 이 웨이퍼를 테스트 장비에 대고 누르면 스프링이 압축되어 매우 안정적인 전기 연결이 설정됩니다.
의료 기기는 또한 매우 작은 스프링을 사용합니다. 코일 스프링은 카테터나 내시경의 삽입 말단에 사용하기 위해 개발되었습니다. 직경 0.0012인치(30마이크로미터 또는 0.030mm)의 와이어로 만들어진 스프링의 두께는 0.0036인치(0.092mm)로, 사람의 머리카락과 거의 같습니다. 이번 봄에 개발한 일본 회사는 더 작게 만들려고 하고 있다.
지금까지 이루어진 궁극적인 소형화는 1997년 Bernard Krautler라는 오스트리아 화학자에 의해 이루어졌습니다. 그는 12개의 탄소 원자를 연결하고 코발트 원자를 사용하여 사슬의 각 끝에 비타민 B12 분자를 부착하여 분자 스프링을 만들었습니다. 이완된 상태에서 체인은 지그재그 모양입니다. 그러나 물에 젖으면 서로 단단히 꼬입니다. 사이클로덱스트린을 추가하면 사슬이 이완된 상태로 돌아갑니다. 이번 봄에 실용화가 아직 발견되지 않았지만 연구는 계속되고 있습니다.
제조공정
나선형 스프링은 충격이나 충격을 흡수하고 물체 사이의 압축 또는 당기는 힘에 저항하기 위해 에너지를 저장 및 방출하는 코일형 기계 장치입니다. 일반적으로 원통형 모양이며 의도된 용도에 따라 다양한 수의 코일이 특징입니다. 나선형 스프링을 제조하는 데 사용되는 와이어는 일반적으로 스프링에 압축 특성을 부여하기 위해 구성 후에 특별히 템퍼링됩니다. 와이어의 태그 또는 끝은 코일과 같은 높이로 절단되거나 부착 지점으로 스프링 축 너머로 확장될 수 있습니다. 나선형 스프링은 일반적으로 몇 가지 별개의 응용 분야에서 사용됩니다. 나선형
스프링은 적용된 하중을 탄성적으로 흡수하는 기계적 구성 요소입니다. 탄력적으로라는 말은 적용된 하중을 제거하면 이러한 스프링이 원래 위치로 돌아갈 것임을 의미합니다. 따라서 에너지 저장 또는 충격 흡수 기능이 필요한 애플리케이션에 유용합니다. 그러나 여러 유형의 스프링이 있으며, 모두 서로 다른 응용 분야 요구 사항에 대해 서로 다른 디자인과 적합성을 가지고 있습니다. 이 기사에서 우리는 스프링의 기본으로 돌아갈 것입니다. 먼저 스프링의 작동 원리에 대해 논의한 다음 다양한 유형의 스프링과 그 적용을 다룰 것입니다. 훅의 법칙: