فنر چیست و چگونه ساخته میشود؟

فنر چیست؟

فنر چیست؟


فنر چیست؟

فنر به جسمی گفته میشود که دارای ویژگی بازگشت ‌پذیری و کشسانی باشد. در علم مواد؛ طبق قانون مهندسی ‌شیمی وقتی در یک جسم جامد، مایع و یا گاز با وارد شدن نیرو (برای استفاده از انرژی مکانیکی ذخیره شده در آن) تغییر شکلی حاصل شود و بعد از برداشته شدن نیرو شکل آن جسم، به حالت اولیه برگردد فنر گفته میشود.
فنر یکی از قطعات پرکاربرد در زندگی روزمره انسانها است که مثل قطعات مهم و پرمصرف صنعتی مانند : پیچ، مهره، واشر و…. در بسیاری از وسایل و دستگاه های مختلف بکار برده شده است. تاریخ استفاده از فنر به زندگی انسانهای اولیه برمیگردد که آنها از نوعی فنر ساده غیر مارپیچی در «کمان» تیر و کمان (نوعی فنر طبیعی) به کار میبردند. فنرها امروزه از جنس فلز فولاد در انواع و اندازه های گوناگون جهت مصارف گوناگون با ماشین آلات پیشرفته فنر سازی تولید میشوند.

تحلیل سازه فنر

در فیزیک مکانیک (قانون هوک) و در تحلیل سازه‌ها؛ خاصیت کشسانی فنر از سه قسمت مورد بررسی قرار میگیرند :

  1. نیروی وارد شده (Force)
  2. مقدار تغییر شکل (X)
  3. میزان سختی فنر (K)

برای شناخت کارایی فنر ابتدا باید به قانون هوک آشنا باشیم. این قانون به ما میگوید تغییر طول یک ماده با نیروی وارد شده بر آن رابطه مستقیم دارد. وقتی که نیرو از حدکشسانی آنها کمتر باشد آن ماده از این قانون تبعیت میکند و به مواد هوکی شناخته میشوند. (F = -KX)

با افزایش میزان نیرو آن ماده از قانون هوک منحرف شده و به واسطه وارد شدن از دامنه کشسانی تغییر شکل داده و کارایی خود را از دست میدهد.

مهندسی مواد فنر

در علم مواد (مکانیک جامدات) وقتی قطعه‌ای زیر فشار نیروهای خارجی قرار میگیرد قبل از شکسته‌شدن به دو صورت تغییر شکل میدهد :

  • تغییر شکل الاستیکی (کشسان) : در این وضعیت اگر نیروی وارده از روی جسم برداشته شود، آن جسم به حالت اولیه خود برمیگردد.
  • تغییر شکل پلاستیکی (مومسان) : در این وضعیت اگر نیروی وارد شده از روی جسم برداشته شود آن جسم به اندازه اولیه خود برنمیگردد.

اجسام فنرها دارای خاصیتی هستند که به خاطر نیروی وارد شده و برداشته شده از آنها به حالت و اندازه اولیه خود برمیگردند. زمان تولید فنر در فنرسازی باید به این مسئله دقت شود؛ به علت زیاد بودن نیروها و تغییر شکلهای ایجاد شده بر روی آنها، باید حد الاستیک قطعه تولیدی را بالا برد. با این حساب فولاد بکار برده شده برای تولید انواع فنر باید تحت تنش بالای (kg/mm2 21000) باشد که بتواند تغییر شکلهای الاستیکی نشان دهد و همچنین زیر نیروهای وارد شده متغیر مقاومت داشته باشد. کارگاه تولید فنر ، بهترین محصولات خود را از جنس فولادهای با مقادیر مناسبی همچون سیلیسیون، منگنز، کزم، وانادیم و مولیبدم برای تولید انواع فنر به کار میبرد.

تولید انواع فنر
تولید انواع فنر

فرآیند ساخت فنر

امروزه در فرآیند تولید فنر به این نکته توجه میشود که فنرها چه ویژگی‌ها و کاربردهایی دارند؛ در نتیجه تولیدکنندها، فنرها را در جنس های مختلف و مطابق مصرف آنها تولید میکند. به طور مثال جنس فنرهای استیل و فنرهای گالوانیزه که در آب مورد استفاده قرار میگیرند باید ویژگی مقاومت در برابر زنگ‌زدگی را داشته و برای لحیم کاری مناسب باشند؛ بسیار متفاوت از جنس فنرهایی است که در بخشهای مغناطیسی و اسیدی کار میکنند، که باید جنس آنها تشکیل شده از استیل 316 باشد تا کارایی خود را از دست ندهند.

فنرهای فولادی : نوعی فنر که حاوی کُرُم، وانادیم و تنگستن میباشد و در برابر حرارت مقاومت بالایی دارد و به خاطر جنس فولادهای مقاوم به کار رفته در آن به (فولاد فنر) هم مشهور است. محتوای به کار رفته در فلز فنرهای فولادی شامل: کُرُم، نیکول و مولیبدن؛ این نوع فنرها را در برابر خوردگی مقاوم و به اصطلاح (فولادهای زنگ‌نزن) مشهور کرده است.

فولاد فنر : این نوع فولاد به خاطر مقاومت کششی زیاد و خاصیت الاستیسیته (کشسانی) بالای خود و استحکام مکانیکی بالا مقابل سایش و ارتعاش همچنین مقاومت ویژه خود در برابر فرسایش، از پرکاربردترین فنرها است. سیلیسیوم موجود در این نوع فنر خاصیت کشسانی و کُرُم به کار رفته در آن، مقاومت در برابر خوردگی فنرهای فولادی را بالا برده است. فولادهای فنر به خاطر دارا بودن مقاومت کششی و خاصیت الاستیسیته بالا تحت شرایط بارگذاری کنترل شده نه تنها تغییر شکل دائمی نمیدهند بلکه به حالت اولیه خود نیز برمیگردند.

این ویژگی ها نه تنها به خاطر وجود عناصر به کار رفته در این نوع فنر، بلکه در فرآیند تولید مانند : عملیات حرارتی سپس تغییر فرم در زمان سرد شدن آنها در آب یا روغن باعث تغییر خاصیت و کاربرد مورد نظر به دست می آید. برای تولید فنر تخت و یا فنر مارپیچی؛ هنگامی که بعد از فرآیند ساخت، تحت عملیات حرارتی قرار داده نمیشوند از فولادهای سخت کشیده یا نورد شده استفاده میشود. هنگام ساخت فنرهای بزرگ برای اتومبیل و یا لوکوموتیو قطار از فولادهای کُرُم و وانادیم‌ دار استفاده میشود. البته این نوع فولاد معایب خاص خود را دارد که میشود به قابلیت بسیار پایین کیفیت آنها در جوشکاری به خاطر ترک خوردگی و شکستگی اشاره کرد.

فنر چگونه ساخته می شود؟
فنر چگونه ساخته می شود؟

کاربرد فولادهای فنر

با توجه به ویژگی ها و خاصیتهای منحصر به فرد فولادهای فنر، از این نوع فولاد برای تولید فنر در وسایلی همچون: انواع آنتن، سیم موسیقی (گیتار، سنتور)، سیم پیچ، گیره‌های فنردار، سلاحهای فلزی مانند چاقو و شمشیر،  واشر، تیغ اره و سیستم تعلیق اتومبیل و انواع فنرهای دیگر ساخته میشود.

فولادهای فنر استاندارد :

با توجه به ترکیب شیمیایی به کار رفته در فولادهای فنر، پرمصرفترین آنها در گونه های مختلفی دسته بندی میشوند؛ گروهی از فولاد فنرها در نوع پرکربن و کم کربن، کُرُم سیلیکوم، کُرُم وانادیم و گروه دیگر آن به نامهای اختصاری که در زیر به آن اشاره شده است وجود دارند.

 Crv4 50 –  فولاد 1.7117 – فولاد Crv – 1.8159 – فولاد Ck75 –  فولاد ۵۰ – فولاد 1.1248 – فولاد Ck67  فولاد

فولادهای فنر کربنی : این نوع فولاد در 9 گرید فولاد پرکربن و کم کربن دسته بندی شده که عنصر اصلی این نوع فنر آلیاژ کربن است و مهمترین خاصیت این نوع فولاد را درایفای نقش مکانیکی آنها بازی میکند. وجود کربن در این نوع فلز باعث قوی و سخت‌تر شدن این نوع فولاد برای استفاده در صنعتهای مختلف اتومبیل‌سازی و ساختمان‌سازی در ساخت تیغ چاقو و اره، ساخت چرخ دنده و زنجیر، ساخت میلگردهای مستحکم، ساخت ابزارهای سوراخ کاری مثل مته و ساخت ریل های راه آهن میشوند.

ساخت انواع فنر
ساخت انواع فنر

فولادهای فنر آلیاژی : ترکیب اصلی این نوع فولاد با آلیاژهای مختلف مانند آلیاژ نیکل و مس با ویژگیهای خاص خود برای ساخت فنر میباشد. این نوع فولاد هم در 9 گرید دسته بندی میشود. فولادهای فنر آلیاژی قابلیت تحمل دمای بسیار بالا، شکل پذیری بسیار عالی، مقاوم در برابر خوردگی و سایش، همچنین تحمل فشار و ضربات زیاد با بارهای شدید را دارد.

موارد استفاده از این نوع فنرهای فولادی برای ساخت فنرهای لایه‌ای تخت، فنرهای پیچشی و استوانه‌ای، ساخت رینگ و فنرهای تحت بارگذاری بالا در صنعت اتومبیل سازی، همینطور ساخت فنرهای میله‌ای تحت پیچش میباشد.

فولادهای سیلیسیوم دار : دسته ای دیگر از فولادهای آلیاژی فولادهای سیلیسیوم دار تا مقدار 2 درصد هستند که به خاطر وجود موادی همچنین: 75/0 درصد سیلیسوم، 95/0 درصد منگنز، 4/0 درصد کربن با مس یا بدون مس، مولیبدن و وانادیوم خاصیت ارتجاعی بسیار بالایی و مستحکم برابر ضربهای زیاد در قیاس با فولادهای دیگر دارند.

فولاد منگنزدار : فولاد منگنز که از فرآیند فولاد آلیاژی با حاوی 13 درصد منگنز مقاومت بسیار زیادی در برابر ضربه و سایش دارد. در زمان تولید فولادهای منگنزدار اگر در فرآیند عملیات حرارتی قرار بگیرد، استحکام کششی این فولاد تا 1400 نیوتون بر میلیمتر مربع افزایش پیدا میکند. فولاد منگنزدار اگر حاوی سیلیسیوم نیز باشد استحکام کششی آن تا حدود 1850 نیوتون بر میلیمتر مربع میرسد. فولادهای منگنزدار با محتوای 2 درصد منگنز ، 45.0 درصد کربن ، 25.1 درصد منگنز و 4.0 درصد کربن ؛ برای ساخت فنر خودروها مناسب خواهند بود.

دو نوع دیگر از فولاد منگنزدار که کاربردهای متفاوتی دارند؛ توع اول فولادی که حاوی: 38.4 درصد نیکول ، 64.15 درصد کُرُم ، 14.0 درصد کربن ، 1 درصد منگنز، 12.0 درصد مس ، 32.0 درصد سیلیسیوم و 68.2 درصد مولیبدن است که به خاطر مقاومت در برابر گرمای بسیار بالا در تولید فنر موتورهای جت استفاده میشود و نوع دوم این فولاد که حاوی: 20 درصد کربن کُرُم ، 15 درصد ولفرام ، 50 درصد کبالت ، 10 درصد نیکول و حداکثر 150 درصد کربن که در دمای 760 درجه سانتی گراد میتواند ویژگیهای خود را حفظ کند.

  • درسایز بندی فنرها از 010 تا 10 میلیمتر تمامی فولادهایی مثل: فولاد ck67، 50crv4 ، ck75 از آلیاژهای دیگری تولید شده است.

فولادهای فنر زنگ نزن : نام دیگر این نوع فولاد استنلس استیل است که به خاطر به کار رفتن مقدار زیاد آلیاژ کُرُم در این نوع فولاد، مقاومت در برابر خوردگی (مقاوم در برابر زنگ‌زدگی) و پوسته شدن همچنین تحمل کردن دمای بالای 280 درجه سانتیگراد، فولادهای فنر زنگ نزن، کاربردهای متفاوتی دارند. این نوع فولاد در 5 گرید دسته‌بندی میشود. فولاد فنرهای ضد زنگ میتوانند در برابر پیچش، خمش، همچنین خوردگی و خمیدگی از خود مقاومت زیادی نشان دهند که این از مهمترین ویژگی آنهاست. مهمترین مورد مصرف از این نوع فنرها در صنعت و کار با ماشین آلات سبک و سنگین صنعتی به خاطر جمع کردن نیروی زیاد در خود و آزاد کردن آن استفاده میشود.

خواندن
در ساخت فنر از چه مواد و آلیاژ استفاده می شود؟

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

خانه محصولاتتماسارتباط با ما