Hướng dẫn thiết kế lò xo đồng berili: đặc tính C17200, ứng suất và xử lý nhiệt

Đồng berili (BeCu) được sử dụng cho tiếp điểm lò xo khi một chi tiết cần đồng thời độ bền cao, độ dẫn điện tốt và khả năng chống mỏi. C17200 là một trong những mác phổ biến nhất cho tiếp điểm và lò xo dập.

Hướng dẫn này bao gồm các đặc tính quan trọng đối với thiết kế, các công thức lò xo cơ bản và các giới hạn thực tế cần trao đổi với đơn vị dập.

Vì sao chọn C17200

C17200 chứa khoảng 1,8-2,0% berili và có thể hóa bền bằng xử lý nhiệt. Ở trạng thái đã hóa già, vật liệu kết hợp độ bền kéo cao với độ dẫn điện thường trong khoảng 22-28% IACS, tùy theo trạng thái và xử lý nhiệt. Vật liệu cũng có khả năng chống mỏi tốt và chống chùng ứng suất ở nhiệt độ vừa phải.

So sánh đặc tính

Tính toán lò xo cơ bản

Đối với lò xo công-xôn tiết diện chữ nhật chịu tải ở đầu, ứng suất uốn lớn nhất và độ võng có thể được ước tính như sau:

• Ứng suất: σ = 6PL / (b t²)
• Độ võng: δ = 4PL³ / (E b t³)

Trong đó P là tải trọng, L là chiều dài công-xôn, b là chiều rộng, t là độ dày và E là mô-đun đàn hồi (khoảng 131 GPa đối với C17200). Quý khách nên dùng các giá trị này làm ước tính ban đầu và xác nhận bằng dữ liệu của nhà cung cấp vật liệu cùng thử nghiệm trên mẫu thử.

Ứng suất và hệ số an toàn

Đối với tiếp điểm tĩnh, cách phổ biến là giữ ứng suất làm việc dưới khoảng 60-70% giới hạn chảy. Với lò xo yêu cầu chống mỏi cao, ứng suất cho phép thấp hơn và phụ thuộc vào số chu kỳ và tỷ số ứng suất. Thử nghiệm mỏi ở hành trình làm việc thực tế là biện pháp kiểm tra đáng tin cậy nhất.

Xử lý nhiệt

C17200 thường được hóa già sau khi tạo hình. Chế độ hóa già điển hình trong khoảng 300-345°C trong 2-3 giờ, tùy theo trạng thái và sự cân bằng cần thiết giữa độ bền và độ dẫn điện. Quý khách nên xác nhận chu trình chính xác với nhà cung cấp vật liệu và đơn vị xử lý nhiệt.

Tạo hình và đàn hồi ngược

Đàn hồi ngược của BeCu thấp hơn thép không gỉ nhưng vẫn đáng kể. Việc bù trừ khuôn nên dựa trên trạng thái vật liệu và hướng uốn thực tế. Các mối uốn góc nhọn và uốn ngang thớ làm tăng nguy cơ nứt, vì vậy nên dùng bán kính uốn rộng và xem xét kỹ đường uốn.

Mạ và điện trở tiếp xúc

Mạ vàng, bạc, niken và thiếc là các lựa chọn phổ biến. Lớp mạ ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc, khả năng hàn và chống ăn mòn. Với tiếp điểm cần điện trở thấp, thường dùng vàng hoặc bạc trên lớp niken; lựa chọn cuối cùng phụ thuộc vào bề mặt tiếp hợp và môi trường.

Câu hỏi thường gặp

BeCu có còn cần thiết không?

Không phải lúc nào cũng vậy. Đồng phốt pho hoặc hợp kim dẫn điện cao không chứa berili có thể đủ cho các tiếp điểm chịu ứng suất thấp. BeCu được chọn khi cần kết hợp đồng thời độ bền, độ dẫn điện và tuổi thọ mỏi.

Có thể dập C17200 sau khi hóa già không?

Vật liệu thường được tạo hình ở trạng thái biến cứng từ nhà máy hoặc trạng thái ủ, sau đó hóa già sau khi tạo hình. Tạo hình vật liệu đã hóa già hoàn toàn làm tăng nguy cơ nứt.

Yếu tố nào ảnh hưởng nhiều nhất đến điện trở tiếp xúc?

Lực tiếp xúc, độ hoàn thiện bề mặt, lớp mạ và tạp nhiễm. Độ dẫn điện của vật liệu có vai trò, nhưng bề mặt tiếp xúc thường chi phối.

Xem thêm: lò xo kim loại chính xác và trao đổi về thiết kế lò xo.