آنچه باید از فنر و فنرسازی بدانیم

آنچه باید از فنر و فنرسازی بدانیم

فنر یکی از قطعات مکانیکی مهمی با توانایی جذب انرژی است که در تمامی صنایع از جمله خودروسازی و لوازم خانگی کاربرد های زیادی دارد. این قطعه دارای ابعاد گوناگون از بزرگ تا کوچک است که قابلیت بازیابی شکل اولیه پس از تغییر شکل را دارد و اصطلاحاً به آن یک قطعه مکانیکی الاستیک گفته می شود.

فنر چیست؟

فنر یک قطعه مکانیکی است که از جنس فلزی یا دیگر مواد انعطاف‌پذیر ساخته می‌شود و به صورت یک حلقه یا مجموعه از مجراهای پیچیده به شکل کویل تولید می‌شود. فنرها به عنوان یکی از اجزای مهم و رایج در مکانیک و ساخت قطعات صنعتی مختلف شناخته می‌شوند. این قطعات به منظور ذخیره انرژی مکانیکی و تأمین نیرو در سیستم‌ها و دستگاه‌های مختلف استفاده می‌شوند. فنرها در بسیاری از برنامه‌های مختلفی از جمله صنعت خودروسازی، الکترونیک، پزشکی، صنایع نفت و گاز، صنایع لوازم خانگی و... مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنجایی که فنرها از مواد انعطاف‌پذیر ساخته می‌شوند، قادرند به شکل‌دهی و تغییر شکل واکنش نشان دهند و انرژی را در خود ذخیره کرده و در زمان نیاز، آن را آزاد کنند تا نیروهای مختلفی را به کار بگیرند

انواع رایج فنر در صنعت:

فنرها بر اساس نوع تولید و ساخت به دو دسته مارپیچی و پیچشی تقسیم بندی می شوند.

فنرهای مارپیچی:

 فنرهای مارپیچی از طریق مارپیچی کردن سیم و یا مفتول تولید می شوند و خود آن نیز بر اساس نوع کاربرد به دو دسته فشاری و کششی دسته بندی می شوند.

فنرهای فشاری:

فنرهای فشاری فنرهایی هستند که جذب انرژی از طریق وارد کردن فشار به آن ها صورت می گیرد و می توانند فشار را تحمل کنند. بین حلقه های این نوع فنر فاصله ای وجود دارد که اصطلاحاً به آن ارتفاع فنر می گویند. این نوع از فنرها بسیار پرکاربرد هستند. به عنوان مثال فنر خودرو در قسمت سیستم تعلیق نمونه ای از این نوع فنر است.

فنرهای کششی:

بر خلاف فنر فشاری در فنر کششی ذخیره انرژی با کشیدن فنر صورت می گیرد. در این نوع از فنر فاصله ای میان حلقه های فنر وجود ندارد و به هم چسبیده اند. این نوع از فنر معمولاً در جاهایی کاربرد دارد که مانع از ایجاد فاصله میان دو قطعه می شود. معمولاً در دو طرف فنرهای کششی قلاب وصل می شود تا با قطعات مجاور اتصال یابد. یک نمونه از کاربرد این فنر در درب خودرو است که باز و بسته شدن آن را کنترل می کند.

فنر پیچشی:

فنرهای پیچشی برای ایجاد گشتاور ساخته می شوند. وقتی از دو طرف به این فنرها نیرو وارد می شود، حلقه های فنر از هم باز می شوند و انرژی حاصل از گشتاور را موجب می شود. این نوع از فنرها در قطعات لوزم خانگی بسیار کاربردی هستند.

فنرهای دایره ای (گارتر):

فنرهای دایره ای دو انتهایشان به هم متصل است و شکل دایره ای دارند. این نوع از فنرها در هر دو نوع فشاری و کششی تولید می شوند و قابلیت مقاومت در تمامی جهت ها را دارند. این فنرها در اتصالات برقی و موتورهای تسمه دار بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.

فنر حلزونی:

به دلیل اینکه این فنرها بیشتر در ساخت ساعت کاربرد دارند به آن ها فنر ساعت نیز گفته می شود و می تواند نیروهای چرخشی را کنترل کند. برای ساخت فنر حلزونی یک باند فولادی به دور خود پیچیده می شود. معمولاٌ در وسایلی که قطعات چرخشی در آن ها وجود دارد، از این فنر استفاده می شود و می تواند با چرخاندن انرژی را در خود ذخیره کند و سپس آزاد کند.

فنر چگونه کار میکند؟

فنرها بر اساس قانون هوک و اصول فیزیکی دیگر عمل می‌کنند. زمانی که به یک فنر نیرویی اعمال می‌شود و آن را کشیده یا فشرده می‌کنید، فنر به دلیل انعطاف خود، تغییر شکل می‌دهد و انرژی مکانیکی را در خود ذخیره می‌کند. سپس، زمانی که نیروی اعمالی بر روی فنر برطرف می‌شود، فنر باز می‌گردد به وضعیت اولیه‌اش و انرژی ذخیره‌شده در آن را آزاد می‌کند. این انرژی آزادشده می‌تواند برای انجام کارهای مختلفی مانند ایجاد حرکت یا اعمال نیروهایی در سیستم‌ها و دستگاه‌های مختلف استفاده شود. به طور کلی، فنرها از این انرژی ذخیره‌شده برای ایجاد نیروهایی که به آنها نیاز استفاده می‌شود، استفاده می‌کنند و در بسیاری از برنامه‌ها و صنایع از اهمیت بسزایی برخوردارند.

استانداردهای لازم فنر:

استانداردهای فنر، مجموعه‌ای از مقررات، رهنمودها و معیارهایی هستند که توسط سازمان‌ها، انجمن‌ها یا ارگان‌های صنعتی تهیه و ارائه می‌شوند و به منظور تضمین کیفیت، ایمنی و عملکرد بهینه فنرها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این استانداردها به طور گسترده در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، الکترونیک، پزشکی، صنایع نفت و گاز و... به کار می‌روند. برخی از مهم‌ترین استانداردهای فنر عبارتند از:

۱. ASTM A228/A228M: استانداردی برای فولادهای بازیابی کننده و کمانش پذیر برای استفاده در ساخت فنرها.

۲. ISO 9001: استانداردی برای سیستم مدیریت کیفیت که از جمله مواردی مانند طراحی، تولید و ارائه فنرها را پوشش می‌دهد.

۳. ASME B18.21.1: استانداردی برای قطرهای خارجی و داخلی و زاویه‌های فنرهای تخت برای مقابله با فشارهای مختلف.

۴. ISO 10243: استانداردی برای روش‌های آزمایش فنرهای فشاری به منظور ارزیابی کیفیت و عملکرد آنها.

۵. SAE J1127: استانداردی برای کابل‌های فنری و لوله‌های فنری که در سیستم‌های خودروسازی استفاده می‌شوند.

این استانداردها اهمیت بسیاری در تضمین کیفیت و عملکرد صحیح فنرها دارند و تولیدکنندگان معمولاً باید طبق این استانداردها عمل کنند تا اطمینان حاصل شود که محصولات آنها با معیارهای بین‌المللی و صنعتی سازگار هستند.

روش های ساخت فنر:

قبل از ساخت فنر باید در مرحله طراحی، اندازه ابعاد، تعداد سیم پیچ ها، نیرو، کاربرد و ترکیب سیم مشخص شود. تولید فنر با پیچیدن سیم انجام می شود که می تواند به صورت سیم پیچی گرم و یا سرد صورت پذیرد.

سیم پیچی سرد: در سیم پیچی سرد، سیم با دمای معمول اتاق به دور شافت مورد نظر پیچیده می شود.فنرپیچی به روش سرد برای تیراژ بالا و فنرهای با قطر مفتول پایین و تنش پسماند پایین مورد استفاده قرار می گیرد.

سیم پیچی گرم: در سیم پیچی به روش گرم که بیشتر برای فنرهای بزرگ تر و ضخیم تر مورد استفاده قرار می گیرد، سیم یا مفتول مورد نظر گرم می شود که این کار باعث می شود راحت تر پیچیده شود. بعد از اینکه به دور شافت مورد نظر پیچیده شد بلافاصله سرد (مثلاً در روغن) می شود و سفت می شود و شکل نهایی را به خود می گیرد.

*** فارغ از نوع گرم یا سرد بودن، پس از این مرحله فنرها برای عملیات تنش زدایی توسط مشعل های حرارتی در کوره حرارت داده می شوند و  بعد از این مرحله برای صاف شدن دو سر فنرها تحت عملیات سنگ زنی قرار می گیرند. در مرحله بعد عملیات شات پیلینگ صورت می گیرد که باعث می شود عمر فنر تحت بارهای نوسانی افزایش پیدا کند.

در عملیات شات پیلینگ سطح فنر ساچمه کوبی می شود. در نهایت فنرها تحت عملیات گالوانیزاسیون قرار می گیرند و پوشش دهی می شوند و سپس فنرها برای کنترل نهایی و تست وارد آزمایشگاه می شوند تا تست هایی مثل کشش، فشار و ارتجاع بر روی آن ها انجام شود.

دستگاه های مورد استفاده در ساخت فنر:

دستگاه سیم پیچ (Coiling) یک دستگاه CNC است که برای ساخت فنر مورد استفاده قرار می گیرد. در این دستگاه سیم های فلزی بین چند غلتک چرخانده می شوند و به شکل فنر در می آیند و انواع فنرهای فشاری و مخروطی را می توان با این دستگاه ساخت.

دستگاه فرمینگ یک دستگاه CNC کامل است که برای ساخت فنرهایی مثل فنر فشاری و پیچشی مورد استفاده قرار می گیرد و تقریباً شش تا هشت غلتک دارد که سیم ها را به شکل فنر درمی آورد.

دستگاه خم کننده فنر با استفاده از خم کردن سیم به وسیله غلتک ها، فنرهای فرمینگ را تولید می کند.

متریال (مواد اولیه) مورد  استفاده برای ساخت فنر:

برای تولید فنرها اغلب از فولاد فنر استفاده می شود که توانایی تحمل خم شدن و بازگشت را دارد. همچنین فولاد فنر استحکام کششی مناسبی نیز دارد. برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی نیز از عناصر کروم، مولیبدن و نیکل نیز استفاده می شود. استفاده از فولادهای زنگ نزن در ساخت فنرها موجب بهبود استحکام و مقاومت خوردگی فنرها می شود. اغلب فولادهای سخت شده نیز نیازی به عملیات حرارتی ندارند.

کاربرد فنر در صنایع:

فنرها در صنایع مختلفی به عنوان اجزای اساسی استفاده می‌شوند و کاربردهای گسترده‌ای دارند. برخی از صنایعی که از فنرها استفاده می‌کنند عبارتند از:

1. صنعت خودروسازی: فنرها در خودروها برای سیستم‌های آشفتگی، تعلیق، صندلی و سیستم‌های فرمان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

2. الکترونیک: فنرها در تولید قطعات الکترونیکی، مانند کلیدهای فشاری و کانکتورها، استفاده می‌شوند.

3. صنایع پزشکی: در صنایع پزشکی، فنرها برای استفاده در دستگاه‌های پزشکی مانند پمپ‌های دارو، ابزارهای جراحی و دستگاه‌های تشخیصی به کار می‌روند.

4. صنایع نفت و گاز: فنرها برای استفاده در سیستم‌های لوله‌کشی، کلمپ‌ها و سیستم‌های تثبیت و آب بندی در صنایع نفت و گاز استفاده می‌شوند.

5. صنایع لوازم خانگی: فنرها در انواع لوازم خانگی مانند یخچال، ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی و سیستم‌های قفل و روشنایی استفاده می‌شوند.

6. صنعت هوافضا و دفاعی: در این صنایع، فنرها برای استفاده در تجهیزات هواپیماها، خودروهای نظامی، سیستم‌های پرتاب موشک و سیستم‌های مخابراتی استفاده می‌شوند.

به طور کلی، فنرها به عنوان اجزای بسیار مهم و چندمنظوره در صنایع مختلف به کار می‌روند و برای انتقال نیرو، انرژی ذخیره‌شده و انجام کارهای مکانیکی اساسی همانند فشار، کشش و لغزش بسیار مفید هستند.

امیدواریم اطلاعات مندرج در مقاله برای شما کاربران و بزرگواران کاربردی و ارزشمند بوده و همواره ما را همراهی نمایید.