Από τι υλικό φτιάχνονται τα ελατήρια: οδηγός επιλογής

Από τι υλικό φτιάχνονται τα ελατήρια; Η απάντηση εξαρτάται από το φορτίο, τους κύκλους λειτουργίας και το περιβάλλον στο οποίο θα δουλέψουν. Ο χάλυβας ελατηρίων είναι η βάση, αλλά η υγρασία, τα χημικά, η ηλεκτρική αγωγιμότητα ή τα πολύ βαριά φορτία οδηγούν σε άλλα υλικά. Στο εργοστάσιό μας στον Ασπρόπυργο κατασκευάζουμε ελατήρια πιέσεως, έλξεως και στρέψεως σε έξι βασικά υλικά, με πιστοποιητικά για κάθε κατασκευή.

Στο άρθρο αυτό παρουσιάζουμε κάθε υλικό, πού ταιριάζει και πού όχι, πώς επιλέγετε ανάμεσά τους, γιατί η θερμική κατεργασία μετά την περιέλιξη είναι απαραίτητη και τι σημαίνουν τα πιστοποιητικά υλικών που συνοδεύουν τα ελατήριά σας.

Χάλυβας ελατηρίων EN 10270: το βασικό υλικό

Ο χάλυβας ελατηρίων κατά EN 10270 είναι το υλικό στο οποίο κατασκευάζεται η μεγάλη πλειονότητα των ελατηρίων. Πρόκειται για ανθρακούχο χαλύβδινο σύρμα, ψυχρής όλκησης, με υψηλό όριο ελαστικότητας και πολύ καλή αντοχή σε κόπωση. Αυτό σημαίνει ότι επιστρέφει στο σχήμα του μετά από εκατομμύρια κύκλους φόρτισης χωρίς να «κάθεται».

Τον χρησιμοποιούμε σε ελατήρια πιέσεως, έλξεως και στρέψεως για μηχανές παραγωγής, βαλβίδες, αντλίες, καλούπια, γεωργικά μηχανήματα και γενικές μηχανολογικές εφαρμογές. Είναι διαθέσιμος σε όλο το εύρος διατομών που δουλεύουμε, από 0,25 mm έως 35 mm στα ελατήρια πιέσεως και έως 25 mm στα έλξεως και στρέψεως.

Το βασικό του μειονέκτημα είναι ότι σκουριάζει. Σε ξηρό εσωτερικό περιβάλλον ή σε λαδωμένο μηχανισμό δεν υπάρχει πρόβλημα. Σε υγρασία, εξωτερικό χώρο ή επαφή με νερό χρειάζεται προστατευτική επικάλυψη ή αλλαγή σε ανοξείδωτο υλικό. Όταν δεν υπάρχει ειδική απαίτηση, ο χάλυβας EN 10270 είναι η επιλογή με την καλύτερη σχέση αντοχής και κόστους.

Ανοξείδωτος χάλυβας INOX AISI 302

Ο ανοξείδωτος χάλυβας INOX AISI 302 είναι το υλικό για ελατήρια που δουλεύουν σε υγρασία, τρόφιμα, θαλασσινό περιβάλλον και χημικά. Δεν χρειάζεται επικάλυψη, γιατί η αντοχή στη διάβρωση είναι ιδιότητα του ίδιου του κράματος. Έτσι το ελατήριο διατηρεί τη λειτουργία του και όταν βρέχεται ή πλένεται συχνά.

Τον επιλέγουμε για:

• Μηχανήματα τροφίμων και ποτών, όπου το πλύσιμο είναι καθημερινό.
• Σκάφη, λιμενικό εξοπλισμό και οτιδήποτε εκτίθεται σε θαλασσινό αέρα.
• Χημικές και φαρμακευτικές εγκαταστάσεις.
• Εξωτερικούς μηχανισμούς, πόρτες και εξοπλισμό σε ανοιχτούς χώρους.
• Ιατρικό εξοπλισμό, συνήθως σε μικρές διατομές.

Σε σύγκριση με τον χάλυβα EN 10270, ο INOX AISI 302 έχει χαμηλότερη αντοχή σε κόπωση για την ίδια διατομή. Γι’ αυτό, όταν μεταφέρουμε ένα σχέδιο από απλό χάλυβα σε ανοξείδωτο, ξαναϋπολογίζουμε το ελατήριο στο λογισμικό μας και συχνά αλλάζουμε ελαφρά τη διατομή ή τον αριθμό των σπειρών.

Χάλυβας 51CrV4 για βαριά φορτία

Ο 51CrV4 είναι χάλυβας κραματωμένος με χρώμιο και βανάδιο, σχεδιασμένος για υψηλές τάσεις και βαριές εφαρμογές. Δέχεται μεγαλύτερο φορτίο ανά διατομή από τον απλό χάλυβα ελατηρίων και διατηρεί την ελαστικότητά του σε επαναλαμβανόμενη βαριά καταπόνηση.

Τον χρησιμοποιούμε κυρίως σε:

• Ελατήρια γκαραζόπορτας και βαριών ρολών.
• Ελατήρια γεωργικών μηχανημάτων, καλλιεργητή και διαλογής ελαιών, που δέχονται κρούσεις και κραδασμούς.
• Βιομηχανικά ελατήρια μεγάλης διατομής σε πρέσες και μηχανές παραγωγής.
• Ελατήρια στρέψεως με μεγάλη ροπή.

Επειδή το υλικό δουλεύει σε υψηλές τάσεις, η θερμική κατεργασία μετά την περιέλιξη είναι ακόμα πιο κρίσιμη από ό,τι στον απλό χάλυβα. Χωρίς σωστή απόσβεση τάσεων, ένα ελατήριο από 51CrV4 μπορεί να χάσει τις διαστάσεις του από τις πρώτες φορτίσεις. Όπως και ο EN 10270, χρειάζεται προστασία από την υγρασία όταν τοποθετείται σε εξωτερικό χώρο.

Φωσφορούχος ορείχαλκος και σίδηρος

Ο φωσφορούχος ορείχαλκος είναι κράμα χαλκού με κασσίτερο και φώσφορο. Δεν έχει την αντοχή του χάλυβα, αλλά προσφέρει δύο ιδιότητες που ο χάλυβας δεν διαθέτει: ηλεκτρική αγωγιμότητα και μη μαγνητική συμπεριφορά. Τον χρησιμοποιούμε σε ελατήρια επαφών, διακοπτών, ασφαλειοθηκών, μπαταριοθηκών και ηλεκτρολογικών διατάξεων, όπου το ελατήριο πρέπει να άγει ρεύμα ή να μην επηρεάζει μαγνητικά πεδία. Αντέχει επίσης καλά στη διάβρωση.

Ο σίδηρος βρίσκεται στο άλλο άκρο: είναι το απλούστερο υλικό, χωρίς τις ελαστικές ιδιότητες του χάλυβα ελατηρίων. Τον χρησιμοποιούμε για απλές μορφές χαμηλής καταπόνησης, όπως εξαρτήματα από σύρμα, στηρίγματα, άγκιστρα και διαμορφωμένα τεμάχια που δεν δέχονται επαναλαμβανόμενη ελαστική παραμόρφωση. Δεν είναι κατάλληλος για ελατήρια που πρέπει να επιστρέφουν με ακρίβεια στο σχήμα τους μετά από πολλούς κύκλους.

Και τα δύο υλικά τα δουλεύουμε κατά παραγγελία, από ένα τεμάχιο έως σειρές παραγωγής, μαζί με τα διάφορα και ειδικά ελατήρια και εξαρτήματα από σύρμα.

Ατσαλοταινία κλαπέ C67S για φυλλωτά ελατήρια

Δεν είναι όλα τα ελατήρια από σύρμα. Τα φυλλωτά ελατήρια, τα ελάσματα επαναφοράς, τα κλιπ και πολλά εξαρτήματα από λαμαρίνα κατασκευάζονται από ατσαλοταινία κλαπέ C67S. Πρόκειται για ανθρακούχο χάλυβα σε μορφή ταινίας, ψυχρής έλασης, με ελαστικές ιδιότητες αντίστοιχες με του χάλυβα ελατηρίων.

Χρησιμοποιείται σε:

• Φυλλωτά ελατήρια και ελάσματα επαναφοράς.
• Κλιπ και συγκρατητήρες από λαμαρίνα.
• Επαφές και ελάσματα σε μηχανισμούς.
• Λάμες και διαμορφωμένα εξαρτήματα που κόβονται και κάμπτονται.

Η ατσαλοταινία C67S διατίθεται και ως υλικό: την εμπορευόμαστε σε όλες τις διαστάσεις, ώστε συνεργεία και κατασκευαστές να την προμηθεύονται για δικές τους κατασκευές. Όπως και στα ελατήρια από σύρμα, τα εξαρτήματα από ταινία χρειάζονται θερμική κατεργασία μετά τη διαμόρφωση για να αποκτήσουν τη σωστή ελαστικότητα. Περισσότερα για τη διαδικασία θα βρείτε στο άρθρο για την κατασκευή ελατηρίων.

Πώς επιλέγετε το σωστό υλικό

Η επιλογή υλικού γίνεται με βάση πέντε κριτήρια, τα οποία εξετάζουμε μαζί σας πριν από κάθε κατασκευή:

1. Φορτίο: για συνηθισμένα φορτία αρκεί ο EN 10270. Για υψηλές τάσεις και μεγάλες διατομές περνάμε σε 51CrV4.
2. Κύκλοι λειτουργίας: ένα ελατήριο που δουλεύει συνεχώς χρειάζεται υλικό με υψηλή αντοχή σε κόπωση. Ο σίδηρος αποκλείεται, ο ανοξείδωτος υπολογίζεται με μεγαλύτερο περιθώριο.
3. Περιβάλλον: υγρασία, νερό, τρόφιμα, θάλασσα και χημικά οδηγούν σε INOX AISI 302. Ηλεκτρική αγωγιμότητα ή μαγνητικά πεδία οδηγούν σε φωσφορούχο ορείχαλκο.
4. Θερμοκρασία: ο χάλυβας ελατηρίων χάνει ελαστικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Σε θερμό περιβάλλον ο ανοξείδωτος συμπεριφέρεται καλύτερα.
5. Κόστος: ο EN 10270 είναι το οικονομικότερο από τα υλικά με πλήρεις ελαστικές ιδιότητες. Ο ανοξείδωτος και ο 51CrV4 κοστίζουν περισσότερο και επιλέγονται όταν το απαιτεί η εφαρμογή.

Όταν μας φέρνετε ένα σπασμένο ελατήριο, το υλικό του δείγματος δεν είναι πάντα η σωστή απάντηση. Αν το ελατήριο έσπασε από σκουριά, το αντικαθιστούμε σε ανοξείδωτο. Αν «κάθισε» από υπερφόρτωση, εξετάζουμε 51CrV4 ή μεγαλύτερη διατομή. Οδηγίες για τη μέτρηση θα βρείτε στο άρθρο πώς να μετρήσετε ένα ελατήριο.

Θερμική κατεργασία και πιστοποιητικά υλικών

Όταν το σύρμα τυλίγεται σε σπείρες ή η ταινία κάμπτεται σε σχήμα, δημιουργούνται εσωτερικές τάσεις στο υλικό. Αν το ελατήριο μπει σε λειτουργία με αυτές τις τάσεις, χάνει μήκος, γωνία ή προένταση από τις πρώτες φορτίσεις και αστοχεί νωρίς. Η θερμική κατεργασία για απόσβεση τάσεων θερμαίνει το ελατήριο σε ελεγχόμενη θερμοκρασία ώστε το υλικό να «ηρεμήσει» και να σταθεροποιηθούν οι διαστάσεις του.

Τη θερμική κατεργασία την κάνουμε αποκλειστικά στις εγκαταστάσεις μας στον Ασπρόπυργο. Έτσι ελέγχουμε θερμοκρασία και χρόνο για κάθε υλικό ξεχωριστά, γιατί ο ανοξείδωτος, ο 51CrV4 και ο ορείχαλκος δεν κατεργάζονται με τις ίδιες παραμέτρους. Το ελατήριο δεν φεύγει από το εργοστάσιο πριν ολοκληρωθεί το στάδιο αυτό.

Κάθε κατασκευή συνοδεύεται από πιστοποιητικά υλικών. Το πιστοποιητικό τεκμηριώνει ότι το σύρμα ή η ταινία που χρησιμοποιήθηκε είναι πράγματι το υλικό που συμφωνήσαμε, με τη χημική σύσταση και τις μηχανικές ιδιότητες που ορίζει η προδιαγραφή του. Για βιομηχανικούς πελάτες, μελετητές και εργασίες με τεχνικό φάκελο, το πιστοποιητικό είναι απαραίτητο έγγραφο. Επικοινωνήστε μαζί μας μέσω της φόρμας επικοινωνίας για να συζητήσουμε το υλικό της δικής σας εφαρμογής.

Συχνές ερωτήσεις