フォーク スプリングの製造: 仕様、材料、公差、および調達

フォーク スプリングは、伸縮フォークの内側に配置され、ダンパーでは吸収できない衝撃を吸収しながら、車両、ライダー、荷物を適切な車高に保持する螺旋圧縮スプリングです。製造は原理的には複雑ではありません。ワイヤをコイル状に巻き、応力を緩和し、端を研磨し、ショットピーニングし、プリセットし、コーティングし、テストします。 30,000 km を走行しても自由長を維持するスプリングと、1 シーズン以内にたわむスプリングを分けるのは、その背後にある考え方ではなく、そのステップに適用される制御です。

フォーク スプリングを調達する人にとって、簡単な答えはまず最初にあります。取り付けられた長さ、その長さでの荷重、利用可能な移動距離、および腐食環境を何よりも優先して修正することです。バネレート、線径、コイル数、材質はすべてこれら 4 つの数値に従います。単一の値ではなくレート帯域を要求し、すべてのスプリングがプリセットされていることを確認し、コーティングが塩水噴霧試験に耐えることを確認してください。

フォーク スプリングの役割と用語の範囲

フォーク スプリングは、その形状ではなくその役割によって定義されます。つまり、静荷重を担い、車高を設定し、バンプを越えてエネルギーを返します。

一般的なオートバイでは、利用可能な移動量のおよそ 25 ～ 35 パーセントが自転車とライダーの重量によって失われます。このサグ値は、スプリングレートとプリロードスペーサーの長さによって設定され、フォークが移動の途中で機能するか、最初の 3 分の 1 を無駄にするかが決まります。ダンパーはフォークの移動速度を制御します。スプリングは、それがどこに配置されるか、そしてそれを動かすのにどれだけの力が必要かを決定します。

フォーク スプリングは、オートバイ、アドベンチャー バイク、エンデューロ バイク、ATV、スノーモービル、マウンテン バイク (倒立式やカートリッジ式など) の伸縮フォークに使用されています。機械的には普通の圧縮コイルばねですので、フォークスプリングと同じコイリング、熱処理、ショットピーニング、試験設備を用いて産業機械に使用される汎用コイルばねを製造しています。 2 つの市場の違いは、プロセスではなく、合格基準です。フォーク スプリングは評価され、ペアで適合され、疲労テストが行​​われますが、工業用スプリングは自由長と荷重についてのみチェックされる場合があります。

フォークスプリング製造のステップバイステップ

以下の各ステップは仕上げ速度または疲労寿命に影響を与えるため、単一の機械よりもシーケンス制御が重要になります。

1. 受電線検査。 クロムシリコンまたは音楽線のすべてのコイルの直径、引張強度、継ぎ目や脱炭などの表面欠陥が検査されます。レートはおおよそワイヤ直径の 4 乗で変化するため、直径の制御は重要です。4.5 mm ワイヤで 0.02 mm の誤差があると、レートは約 4 パーセント変化します。
2. コイル巻き。 フォーク スプリングはほとんどの場合、CNC コイラーで冷間コイル化されます。ホットコイリングは、約 8 mm を超えるワイヤに対してのみ行われます。プリセットするとバネが短くなるため、ピッチは図面の要求より少し長めに設定されています。
3. 成形と研削を終了します。 クローズドエンドとグラウンドエンドにより、スプリングはフォークキャップとダンパーシートに対して直角に配置されます。端が直角ではない場合、横荷重とスティクションが発生します。
4. 熱処理。 クロム シリコンはオーステナイト化され、油焼き入れされ、約 45 ～ 50 HRC まで焼き戻された後、成形によって残った残留応力を除去する応力除去パスが続きます。
5. ショットピーニング。 鋳鋼ショットにより表層が圧縮されます。これは利用可能な中で最も安価で最も効果的な疲労改善であり、約束ではなく適用範囲とアルメン強度によって指定されます。
6. プリセット（スクラッギング）。 スプリングは、しっかりした高さまで、または設置長さを超えて圧縮され、意図的に最も高い応力がコイルに生じ、自由長が安定します。
7. 負荷とレートのテスト。 レートは 1 点ではなく 2 つの定義された長さの間で測定され、スプリングはペアを一致させることができるようにバンドに分類されます。
8. 表面仕上げ。 リン酸亜鉛とパウダーコート、電子コート、またはクロムメッキ。海岸、冬季、オフロードでの使用では、仕様はより厚手のコーティングまたはステンレスワイヤーに移行します。
9. 最終検査と書類作成。 バッチごとの荷重テスト、コーティングの厚さ、寸法レポート、およびロットのトレーサビリティ。

バイヤーは、これらの各段階での能力を実際に評価しています。コイル製造、熱処理、ピーニング、プリセット、テストを 1 つの屋根の下で行うメーカーは、バッチ データを表示できます。熱処理を外部委託している企業は通常、これを行うことができません。同じ生産ラインでは、乗用車や小型商用車用の OE 交換用サスペンション スプリングも供給されており、コイリング、熱処理、ショット ピーニングの各段階を共有しています。

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ワイヤー材料: 各グレードで得られるもの

クロムシリコンは、繰り返しハードに使用する場合のデフォルトです。ステンレスは、同一形状のレートの約 10 パーセントを犠牲にして耐食性を実現します。ミュージック ワイヤーは、軽量で乾燥した用途にのみ使用できる低コストの選択肢です。

図面に書き込む価値のある公差

レートを範囲として指定し、自由長を最小値と最大値として指定し、プリセットをオプションではなく必須の操作として扱います。

リニア、プログレッシブ、およびデュアルレート: 曲線の選択

ほとんどのロードフォークとレースフォークは、ダンパーが進行を制御する必要があるため、リニアスプリングを使用します。プログレッシブまたはデュアルレート スプリングは、荷物を積んだアドベンチャー バイクや多用途 ATV など、移動が制限され、荷重が大きく変化する場合に役立ちます。

リニア スプリングは 10 mm の移動量でも 100 mm の移動量でも同じレートを与えるため、セットアップを予測可能にします。プリロードによって車高が設定され、残りはオイル レベルとバルブ制御によって行われます。プログレッシブスプリングは、コイルに沿ってピッチが変化するか、密に巻かれた部分が閉じて動作を停止するため、圧縮されるにつれてレートが上昇します。これにより、移動量の最初の 3 分の 1 が大きくなり、ボトミング抵抗が強化されますが、減衰設定が複雑になり、サグ測定の意味が薄れます。デュアルレート設計は 2 つの中間に位置し、2 つの異なるレートと意図的に配置できる移行ポイントを備えています。トレードオフについては、この比較で詳しく説明します。 リニア＆プログレッシブサスペンションスプリング .

アップグレードされたカスタムレートのスプリングは、目標が車高の低さであっても、荷重時のサポートの強化であっても、ブレーキ時の安定性の向上であっても、同じルールに従います。

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フォークスプリングが早期に故障する理由

ほとんどすべての早期故障は、不完全なショットピーニング、欠落または部分的なプリセット、腐食孔食、または熱処理後に確認されていない速度の 4 つの原因のいずれかに遡ります。

• たるみ。 プリセットを省略した場合やストレスリリーフが短すぎる場合には、自由長が数ミリメートル縮み、フォークの乗り心地が低くなり、すぐに底付きします。
• 疲労亀裂。 亀裂は通常、応力集中と残留引張応力が最も高い、接地端に隣接する最初のアクティブなコイルから始まります。
• 腐食孔食。 深さわずか 0.1 mm のピットが応力を高める役割を果たし、疲労寿命を一桁短縮する可能性があります。これが、コイル接触点におけるコーティングの損傷が重要となる理由です。
• コイルバインド。 プリロード後のアクティブコイル間のギャップが小さすぎる場合、フォークがフルトラベルに達する前にスプリングが固くなり、シャーシ全体に負荷が急激に増加します。
• 熱によるレートドリフト。 ワイヤーグレードが高温に対応していない場合、ブレーキまたはホットダンパーに近いスプリングはより早く荷重を失います。

フォークスプリング製造の調達チェックリスト

サプライヤーのプロセス制御をばねのデューティサイクルに合わせて、仕様書ではなく最初の製品データを要求してください。

• ワイヤーはどこで作られていますか? 工場証明書はすべてのロットに付属していますか?
• 冷間コイル化可能な線径と外径範囲、およびエンド形状はどのようなものがありますか?
• 熱処理は社内で行われ、どの程度の硬度範囲が検証されていますか?
• どのようなショットピーニング強度と範囲が指定されていますか?また、アルメンストリップテストはどのくらいの頻度で実行されますか?
• プリセットはどのように行われ、前後のフリー長は記録されますか?
• 負荷、速度、疲労、塩水噴霧、寸法などのどのテストを社内で実行できますか?
• 簡単な検査報告書から完全な PPAP 提出まで、どのような文書が提供されますか?
• サンプルのリードタイム、最小注文数量、コーティングのオプションは何ですか?

見積もりまたは設計レビューを要求する場合は、設置長さ、その長さでの負荷、移動量、目標レート、および年間量を送信します。を通じてエンジニアリング チームに連絡できます。 お問い合わせページ .

コスト、工具、リードタイム: 価格を左右するもの

ワイヤグレードとショットピーニングは 2 つの最大のコスト要因です。冷間コイル フォーク スプリングの場合、工具が重要になることはほとんどありません。

• ワイヤーグレード: クロムシリコンはオイルテンパーMBよりもキログラムあたりのコストが高く、ステンレスは再び高くなります。
• ショットピーニングとプリセットはサイクルタイムを増加させますが、利用可能な疲労保険の中で最も安価です。
• クローズドエンドとグランドエンドはクローズドエンドのみよりコストがかかりますが、スティクションを除去します。
• コーティング: リン酸亜鉛上のパウダーコートは、電子コートや単純なオイル仕上げよりもコストがかかります。
• 量: セットアップは小規模な注文を支配しますが、コーティングとテストは大規模な注文を支配します。
• ドキュメンテーション: 疲労データを含む完全な PPAP では、材料費ではなくエンジニアリング時間が追加されます。
• リードタイム: サンプルは通常、図面の承認後 2 ～ 4 週間かかり、ワイヤの入手可能性とコーティングに応じて生産には 4 ～ 6 週間かかります。

よくある質問

フォークスプリングとショックスプリングの違いは何ですか?

どちらも圧縮コイルスプリングですが、フォークスプリングは長く、レートが低く、通常はチューブに囲まれているため、腐食への曝露とプリロードのかかり方が変わります。

フォークスプリングの一般的な線径はどれくらいですか?

オートバイのフォーク スプリングは通常、外径 25 ～ 40 mm、自由長 300 ～ 600 mm の 3.5 ～ 6.5 mm のワイヤを使用します。自転車のフォークスプリングはさらに薄く、約 1.6 ～ 2.5 mm です。

フォークスプリングをカットしてレートを上げることはできますか？

切断によりアクティブなコイルが除去され、速度は上がりますが、新しい端は閉じられておらず、研磨されていないため、固体の高さが変化し、コイルあたりの応力が増加します。通常は、新しいスプリングを指定することをお勧めします。

どのレート許容範囲をリクエストすればよいですか?

一致する OEM ペアの場合は ±5% が適していますが、アフターマーケットでは ±7 ～ 10% が一般的です。セット内の 2 つのスプリングを互いに 2 ～ 3% 以内に一致させることは、絶対的な数値よりも重要です。

フォークスプリングの寿命はどのくらいでしょうか?

適切にプリセットされ、ショットピーニングされたクロム シリコン スプリングは、50,000 km にわたって自由長を 1 ～ 2% 以内に維持する必要があります。プリセットを行わない場合、20,000 km 以内で 5 ～ 8 mm のサグが発生するのが一般的です。

フォーク スプリングの製造では、設備リストよりもプロセス規律が重視されます。ワイヤ制御、社内熱処理、検証済みのショット ピーニング、および各部品のプリセッティングが、耐用年数にわたってレートと自由長の安定性を維持します。まず設置長さ、荷重、移動距離、および環境を定義し、速度を一定の範囲に抑え、社内実験室を持つサプライヤーにパンフレットではなくバッチ データで証明してもらいます。