فنر وسیله‌ای است که در واکنش به نیروی خارجی، تغییر شکل و حالت می‌دهد و پس از حذف نیرو، به حالت اولیه خود باز می‌گردد. انرژی که برای تغییر حالت به فنر اعمال می‌شود، در آن ذخیره شده و از این انرژی برای بازگشت به حالت اولیه استفاده می‌کند. به طور کلی، میزان تغییر حالت فنر به طور مستقیم با میزان نیروی وارد شده به آن، ارتباط دارد. علاوه بر این، هر نوع فنری، ظرفیت و تحمل نیروی مشخصی را دارد. به این ترتیب، اگر نیروی وارد شده به فنر بیش از حد تحمل آن باشد، فنر شکل خود را از دست می‌دهد و اصطلاحا دفرمه می‌شود.
علاوه بر نیروی وارد شده، مواد تشکیل دهنده فنر نیز نقش مهمی در تعیین ظرفیت و تحمل آن را دارند. در این مطلب قصد داریم اطلاعاتی را در مورد نحوه ساخت فنر و مواد تشکیل دهنده آن ارائه کنیم.
مواد تشکیل دهنده فنر
فنرها بصورت یک مخزن انرژی هستند که انرژی پناسیل کشسانی را ذخیره می‌کنند و از آن برای بازگشت به حالت اولیه استفاده می کنند. اما فنرها تنها خاصیت کشسانی ندارند بلکه از آنها می توان برای کند کردن حرکت‌ها و جلوگیری از ضربه نیز استفاده کرد. به این ترتیب، فنرها را باید از موادی ساخت تا خاصیت کشسانی بالایی داشته باشد و به راحتی فرم و حالت خود را از دست ندهد.
ویژگی‌های زیر باید قبل از تولید فنر در نظر گرفته شوند:
۱. شکل‌پذیری خوب (نرمی به همراه خواص الاستیک کم)
۲. فاقد نقص‌های ظاهری و درونی
۳. هزینه پایین
۴. قابل دسترس بودن
پس از بررسی ویژگی های ذکر شده در بالا، در تولید فنر باید از مواد اولیه‌ای استفاده کرد که دارای خواص زیر باشند:
به طور کلی پیدا کردن مواد اولیه‌ای که همه خواص ذکر شده در بالا را به صورت یکجا داشته باشد، بسیار دشوار است اما قطعا می توان از مواد اولیه‌ای استفاده کرد که بیشتر این خواص را دارا باشد.
مواد اولیه برای تولید فنرهای سبک:
فنرها را می توان بسته به نوع‌شان (فنر پیچشی، فنر فشاری، فنر کششی، فنر وایرفرمینگ، فنر غیر متعارف و غیره) و محیط استفاده از آنها با مواد اولیه مختلفی تولید کرد:
الف. فولاد ضد زنگ
معمولا این نوع مواد اولیه برای آن دسته از فنرهایی مناسب است که با محیط خورنده و درجه حرارت بالا سروکار دارند. فولاد ضد زنگ بیشتر در فنرهای صنعتی کارایی دارد و به پنج دسته کلی تقسیم می‌شود:
۱. فولاد ضد زنگ آستینی
مواد تشکیل دهنده این نوع فولاد کروم، نیکل و منگنز هستند. خاصیت غیرمغناطیسی این نوع فولاد یکی از ویژگی‌های مهم آن محسوب می‌شود. علاوه بر این، به خاطر خواص ضد خوردگی، می‌توان از این ماده برای تولید فنرهایی استفاده کرد که در محیط خورنده به‌کار می‌روند. فولاد ضدزنگ آستینی ممکن است زودتر دچار خستگی و ترک خوردگی شود. انعطاف پذیری این ماده در دمای بالا بسیار عالی است و می‌توان آن را به راحتی به شکل فنر درآورد اما پس از سرد شدن، انعطاف خود را از دست می‌دهد.
۲. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
این فولاد دارای مقاوت خوبی در برابر خوردگی است و معمولا برای تولید فنرهایی با قطر ۵ یا ۶ میلیمتر استفاده می‌شوند.
۳. فولاد ضد زنگ فریتی
این نوع فولاد نیز در برابر خوردگی مقاوم است اما انعطاف پذیری پایینی دارد. فولاد فریتی مقاومت کمی در برابر حرارت دارد و برای فنرهایی به کار می‌رود که با حرارت بالا سروکار ندارند.
۴. فولاد ضد زنگ رسوبی
کروم، نیکل، مس، آلومینیوم، تیتانیوم یا مولیبدن مواد اصلی تشکیل دهنده این فولاد هستند. این فولاد در برابر حرارت و خوردگی مقاوم است و انعطاف پذیری بالایی دارد.
۵. فولاد ضد زنگ دوفازی
این فولاد از ترکیب آستنیت‌ها و فریت‌ها ساخته می‌شود. فنرهایی که با این فولاد ساخته می‌شوند، دربرابر خوردگی، تنش و ترک خوردگی به طور قابل توجهی مقاوم هستند.
ب. آلیاژ با پایه مس
برنج، فسفر و مس سه آلیاژ مهم هستند که با پایه مس برای تولید فنر استفاده می‌شوند. آلیاژ مسی نسبت به مواد آهنی، استحکام تسلیم پایین‌تری دارند که در نتیجه باعث به حداقل رساندن میزان تنش در فنرها می‌شوند. تفاوت آلیاژ مس نسبت به فولادهای کربنی این است که این نوع آلیاژ غیر مغناطیسی بوده و در برابر دما مقاوم هستند. علاوه بر این آلیاژ مس در برابر خوردگی مقاومت بهتری از خود نشان می‌دهد.
ج. آلیاژهای پایه نیکل:
این نوع آلیاژ برای فنر مفتولی و ورقی کاربرد دارد. آلیاژهایی که پایه نیکل دارند، نسبت به دیگر مواد اولیه گران‌تر هستند. به این ترتیب، بهتر است از این نوع آلیاژ تنها در موارد خاص استفاده کرد. این ماده اولیه، دارای خواص جالبی از قبیل مقاوت بالا در برابر خزش یا افت بار در دمای بالا است و غیر مغناطیسی بودن آن یکی از ویژگی‌های برجسته آلیاژ با پایه نیکل محسوب می‌شود.
د. مواد متفرقه:
در برخی موارد استفاده از مواد اولیه ذکر شده در بالا، برای ساخت فنرهای سبک، مقرون به صرفه نیست. به همین دلیل در استفاده‌های معمول، مواد متفرقه برای تولید فنر به کار می‌روند. یکی از این مواد متفرقه آلیاژ تیتانیوم است. آلیاژهای تیتانیوم خواص استحکامی بالا و رضایت بخشی دارند و ویژگی مقاوت آنها در مقابل خوردگی بسیار برجسته‌تر از دیگر ویژگی‌ها است. این نوع آلیاژها سبک بوده و در مکان‌هایی که سبک بودن یک ضرورت و مزیت به شمار می‌رود، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مواد اولیه برای تولید فنرهای سنگین:
فنرهای حلقه‌ای ساخته شده از میله‌هایی با قطر بیش از ۱۲ میلیمتر، فنرهای سنگین یا به اصطلاح سنگین کار به شمار می‌روند. به طور کلی، فنرهای سنگین به دلایل اقتصادی و عملکردی، به صورت گرم شکل داده می‌شوند. سختی پذیری، تنش کار و شرایط محیطی برخی از مهمترین ویژگی‌هایی هستند که در انتخاب مواد اولیه برای فنرهای سنگین کار باید در نظر گرفته شوند.
سخن آخر
کیفیت مواد اولیه به کار برده شده در روند تولید فنر، شرط اصلی مقاومت و استحکام آن در برابر عوال خارجی به شمار می‌رود. شرکت ابتکار صنعت فنر در کنار به کارگیری مواد اولیه با کیفیت، از طراحی دقیق و استاندارد برای تولید فنر استفاده می کند. مهندسین شرکت ما، تمام تخصص خود را برای تولید فنرهای با کیفیت و جلب رضایت مشتریان، به کار می‌گیرند. برای ثبت سفارش خود، با مشاوران ما تماس بگیرید.