معیارهای انتخاب انواع فنرهای صنعتی

انواع فنرهای صنعتی، از قطعات اصلی تجهیزات صنعتی و سیستم های مکانیکی به شمار می رود. فنرها با خاصیت الاستیکی خود، عمل ذخیره سازی انرژی در سیستم مکانیکی دستگاه ها و تجهیزات و آزادسازی آن را انجام می دهند. در طراحی و تولید فنر، نکته ای که حائز اهمیت است، کیفیت و طول عمر آن می باشد. بسیاری از این قطعات در شرایط محیطی خاصی به کار گرفته می شوند. بنابراین باید از استحکام بالایی برخوردار بوده تا بتوان در تجهیزات مورد استفاده روی کارایی و کیفیت آن در طولانی مدت حساب کرد. از این رو با علم بر شرایط محیطی اطراف و نوع کاربری و مواد به کار رفته در تولید فنر، می توان دقت لازم را برای انتخاب انواع فنرهای صنعتی به کار برد. نوع فولاد به کار رفته در تولید فنر، ظرفیت فنر را برای تحمل فشارهای دینامیکی و استاتیکی مشخص می کند. در این مقاله به معیارهای انتخاب فنر مناسب برای کاربردهای صنعتی می پردازیم.

انتخاب انواع فنرهای صنعتی بر چه اساسی باید باشد؟

یکی از مهم ترین نکاتی که برای انتخاب فنر مناسب جهت کاربردهای صنعتی، مطرح می شود، به مواد مورد استفاده در تولید فنر مربوط می شود. موادی که در تولید فنر به کار گرفته می شود، باید با شرایط محیطی محل مورد نظر سازگاری داشته باشد تا فنر طول عمر مفیدی داشته باشد و از تعویض قطعه یا تعمیرات مربوط به آن بی نیاز بود. هر یک از آلیاژهای مختلف برای محیط های خاصی مناسب به نظر می رسند. با شناخت خواص آلیاژها و شرایط محیط می توان فنر مناسب و با کیفیت را در تجهیزات صنعتی به کار برد. خوردگی و دما و حرارت از عوامل محیطی مؤثر بر عملکرد، کیفیت و دوام فنرها می باشد. انتخاب مناسب انواع فنرهای صنعتی بر اساس مقاومت در برابر این عوامل محیطی صورت می گیرد. در ادامه مقاله به بررسی این موارد بیشتر می پردازیم.

مقاومت فنر در برابر دما و حرارت

یکی از عوامل محیطی مؤثر که کاربری انواع فنرهای صنعتی و کیفیت مواد به کار رفته در آن را تحت تأثیر قرار می دهد، دما و حرارت است. همه محیط ها، دمای یکسانی ندارند. از طرفی موادی که برای تولید فنر به کار می روند هم در برابر دمای گرم و سرد خاصیت یکسانی ندارند. به عبارتی استفاده از فنرها در محیطی که دمای آن بیش از تحمل آن هاست، تغییر شکل و شکنندگی آن ها را به همراه خواهد داشت. انتخاب فنرهای صنعتی از جنس آلیاژها که در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین مورد استفاده قرار می گیرند، باید بر اساس دمای توصیه شده صورت بگیرد. به طور مثال در پروژه هایی که دمای محیط تا 120 درجه سانتی گراد می رسد، فولاد پرکربن استانداردهای لازم را دارد و می تواند انتخاب مناسبی برای استفاده در این محیط باشد. استفاده از فنرهای ساخته شده با این مواد در دمای بالاتر از آن یا برای موقعیت هایی با بارگذاری شوک و ارتعاشات و ضربات زیاد توصیه نمی شود. یا اگر محیط مورد نظر دارای دمای بسیار کمی باشد به عنوان مثال در سیستم های سرمایشی، استفاده از فولادهای ضد زنگ یا آلیاژهای نیکل مناسب تر است. فولاد ضد زنگ، از جمله آلیاژهای بسیار مقاوم در برابر حرارت تا 500 درجه سانتی گراد می باشد.

مقاومت فنر در برابر خوردگی

رطوبت و آلودگی از دیگر عوامل محیطی است که بر عملکرد و کیفیت فنرها تأثیر می گذارد. عدم مقاومت فنرها در برابر این عوامل زیست محیطی و آسیب های جوی، واکنش فلزات به کار رفته در فنرها با محیط پیرامون را در پی داشته و منجر به خوردگی و از کار افتادن آن ها می شود. بنابراین لازم است که از خوردگی فنرها جلوگیری کرده و آن را در برای آسیب های جوی و محیطی به درستی پوشش داد.

در محیط هایی که احتمال خوردگی فنرها وجود دارد، استفاده از فنر ضد زنگ انتخاب بهتری است. فنر ضد زنگ به دلیل دارا بودن مولیبدن، در برابر خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. از این رو اغلب برای مصارف شیمیایی از این نوع فنر استفاده می شود. فنرهای مورد استفاده در محیط های سخت با شرایط خورندگی بسیار بالا با آلیاژهای خاص طراحی و تولید می شوند. فولاد ضد زنگ، در برابر آب و رطوبت، آلودگی و آسیب های محیط زیست، مقاومت و دوام طولانی دارد. این فنرها با انواع مختلف برای میزان سختی و چقرمگی متفاوتی طراحی می شوند.

فولاد ضد زنگ از آلیاژهای آهن که حاوی چند درصد کروم، مولیبدن و نیکل می باشد، ساخته می شود.

به دلیل وجود کروم در فولاد ضد زنگ، یک لایه اکسید محافظ تشکیل می شود که آن را در برابر خوردگی و سایش مقاوم می کند. به طور کلی میزان مقاومت در برابر خوردگی گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ در شرایطی محیطی گوناگون، متفاوت است.

استحکام کششی فنرها

یکی از پارامترهای مهم در طراحی و تولید فنرهای به کار رفته در تجهیزات و صنایع، مقاومت کششی فنر می باشد. فولاد فنر، استحکام کششی فوق العاده ای دارد و از انعطاف پذیری خوبی برخوردار است. از این رو با استفاده از این فنرها، شرایط برای حفظ خاصیت الاستیسیته و مقاومت در برابر ارتعاشات و تنش ها فراهم می گردد.

فنرهای ساخته شده از فولاد ضد زنگ با وجودی که به طور دائم در حالت خمش، فشردگی، کشیدگی و تحمل بارهای شدید قرار می گیرند، مجدداً به حالت اولیه خود بازمی گردند. استحکام کششی فولاد فنر در برخی موارد تا ۱۴۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع نیز می رسد. با انجام اقداماتی مانند عملیات حرارتی می توان استحکام کششی فولاد ضد زنگ را افزایش داد. مناسب ترین محدوده استحکام، بین 1200 تا 1500 نیوتن بر میلی متر مربع تخمین زده می شود. با این حال در برخی از موارد استحکام کششی از این محدوده هم بالاتر می رود. به عنوان مثال استحکام کششی فولادهای سیلیسیم منگنزدار ممکن است تا حدود ۱۸۵۰ نیوتن بر میلی‌ متر مربع افزایش پیدا کند.

فولادهای ضد زنگ داپلکس، در مقایسه با فولادهای آستنیتی از استحکام کششی بیشتری برخوردار هستند.

سخن پایانی

برای ساخت و تولید انواع فنرهای صنعتی از فولاد فنر با ترکیب آلیاژهای مختلف استفاده می شود. این نوع فنرها در برابر نیروهای ارتعاشی و تنشی و شرایط محیطی مقاوم هستند. با توجه به شرایط محیطی مورد استفاده و با شناخت خواص آلیاژها می توان فنر مناسب را انتخاب نموده و آن را در تجهیزات صنعتی به کار گرفت. در شرایط دمایی و حرارت بالا، فولادهای حاوی کرم، وانادیم و تنگستن به کار گرفته می شود. فولادهای حاوی کروم، نیکل و مولیبدن برای مقاومت در برابر خوردگی مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد سیلیسیم در فولاد ضد زنگ خاصیت الاستیسیته فنر را بیشتر می کند.

برای ساخت و تولید فنرهای بزرگ خودرو و لوکوموتیو استفاده از فولادهای دارای کرم و وانادیم مناسب تر است. برای مواردی که نیاز به استحکام و مقاومت در برابر ضربات نیاز باشد، فولادهای سیلیسیم دار کارایی بهتری دارد.  برای ساخت فنرهای خودرو هم از فولادهای فنر حاوی منگنز و کربن استفاده می شود.

طبق مطالب بیان شده در این مقاله برای تولید و کاربرد انواع فنرهای صنعتی، استفاده از محصولات مناسب که هم با شرایط محیطی سازگار و هم مقرون به صرفه و در دسترس باشد، باید مورد توجه قرار بگیرد. با شناخت دقیق خواص آلیاژها و شرایط محیطی می توان فنر مناسب را برای استفاده در صنایع و تجهیزات مختلف انتخاب نمود.