EN
نقش انتخاب مواد در عملکرد فنرهای مارپیچی
در مورد عملکرد فنرهای مارپیچ، معمولاً طراحی در مرکز توجه قرار دارد. با این حال، ماده‌ای که فنر از آن ساخته شده نیز عامل بسیار مهمی است. انتخاب ماده تقریباً تمام عواملی را تعیین می‌کند که عملکرد فنر را شامل مقاومت، کشسانی، عمر سرویس و توانایی تحمل شرایط محیطی تعیین می‌کنند. انتخاب ماده مورد استفاده هرگز جزئی بی‌اهمیت نیست؛ بلکه تصمیمی اساسی است که کاربرد فنر در یک کاربرد خاص را مشخص خواهد کرد.
کلیدی متریال خواص
عملکرد فنر پیچشی به‌طور مستقیم به ویژگی‌های ذاتی ماده‌ای که از آن ساخته شده است، وابسته است. مهندسان باید این ویژگی‌ها را به‌دقت در نظر بگیرند تا عملکرد بهینه‌ای حاصل شود.
استحکام کششی یکی از مهم‌ترین خواص است. این خاصیت به معنای توانایی ماده در مقاومت در برابر پاره شدن تحت کشش است. داشتن استحکام کششی بالا اجازه می‌دهد که فنر در بارهای سنگین بدون تغییر شکل دائمی مورد استفاده قرار گیرد. به این خاصیت، مدول الاستیسیته نیز نزدیک است که برای ارزیابی سفتی ماده به کار می‌رود. هرچه مدول بزرگ‌تر باشد، فنر سخت‌تر بوده و تحت بار مشخصی کمتر تغییر شکل می‌دهد.
همچنین، چقرمگی توسط مهندسان در نظر گرفته می‌شود. این خاصیت به معنای توانایی ماده در جذب انرژی و تغییر شکل پلاستیکی بدون شکستن است. فنرهایی که ممکن است تحت ضربه یا بارگذاری نامنظم قرار بگیرند، باید از ماده‌ای ساخته شوند که چقرمه باشد؛ زیرا این امر تضمین می‌کند که به‌صورت ناگهانی و فاجعه‌بار دچار شکست نمی‌شوند.
مدت عمر خستگی و تحمل
فر springs متعددی تحت فشرده‌سازی و کشیده‌سازی مکرر قرار می‌گیرند. با گذشت زمان، این بارگذاری تکراری ممکن است منجر به شکست خستگی شود، زیرا ترکی ممکن است ایجاد شده و گسترش یابد تا در نهایt فنر بشکند. حد دوام یا استحکام خستگی ماده از اهمیت بالایی برخوردار است.
برخی آلیاژها در واقع با حد دوام بالا طراحی شده‌اند، یعنی می‌توانند تعداد بسیار زیادی چرخه بار را تحمل کنند. این امر از طریق ترکیب دقیق شیمیایی و فرآیندهای عملیات حرارتی انجام می‌شود که ساختار داخلی ماده را تقویت کرده و از ایجاد و گسترش ترک‌های خستگی جلوگیری می‌کند.
محیطی ملاحظات
محیط کارکرد، عامل مهمی در انتخاب مواد است. یک فنر که در محیط داخلی استفاده می‌شود، چالش‌های کاملاً متفاوتی نسبت به فنری دارد که در معرض عوامل محیطی قرار دارد.
مقاومت در برابر خوردگی در کاربردهایی که مربوط به شرایط مرطوب، مواد شیمیایی یا نمک هستند، ضروری است. فولاد کربنی معمولی به سرعت دچار خوردگی شده و باعث ایجاد حفره‌هایی می‌شود که منبع تنش بوده و می‌تواند عمر خستگی را به شدت کاهش دهد. در چنین شرایطی از آلیاژهای فولاد ضدزنگ یا سایر مواد ضد خوردگی باید استفاده شود تا یکپارچگی و عملکرد حفظ گردد.
این موضوع در مورد دما نیز مهم است. سایر مواد ممکن است در دمای بسیار بالا یا پایین، شکننده شوند یا استحکام خود را از دست دهند. در موارد کاربردهای دمای بالا، باید از آلیاژهای خاصی استفاده شود که در برابر تنش حرارتی خواص خود را از دست ندهند تا از فرورفتگی یا شکست فنر جلوگیری شود.
این اهمیت عملیات حرارتی
فرآیند ساخت ماده فنر تنها به ترکیب اولیه آلیاژ آن ختم نمی‌شود. فرآیند مهم دیگری در تولید، عملیات حرارتی است که خواص نهایی ماده را بهینه می‌کند. ساختار داخلی فلز از نظر دانه‌ها از طریق فرآیندهایی مانند سخت‌کاری و بازپخت بهینه‌سازی می‌شود.
عملیات حرارتی مناسب، مقاومت و کشسانی مورد نظر فنر را تعیین کرده و همچنین تنش‌های داخلی ایجاد شده در حین پیچش سیم را از بین می‌برد. این امر تضمین می‌کند که فنر به‌صورت قابل پیش‌بینی کار کند و به ظرفیت باردهی و انحراف مطلوب دست یابد.
تعادل عملکرد و هزینه
در نهایت، انتخاب ماده‌ای وجود ندارد که الزامات عملکردی را در مقابل هزینه مطرح نکند. آلیاژهای با مقاومت بالا، مقاوم در برابر خوردگی یا مقاوم در دمای بالا، هزینه‌های زیادی دارند. مسئله فنی این است که ماده‌ای طراحی شود که تمامی الزامات عملکردی را برآورده کند بدون آنکه هزینه‌های غیرضروری به آن تحمیل شود تا محصول نهایی هم مؤثر و هم اقتصادی باشد.