راهنمای کامل نحوه ساخت فنر: مواد، فرآیند و ماشین آلات

پاسخ سریع: فنر چگونه ساخته می شود

فنر به عنوان سیم پیچی شروع می شود و با گذراندن یک سری مراحل تولید کنترل شده به یک جزء دقیق تبدیل می شود. پاسخ مستقیم این است که فنرها با وارد کردن سیم به یک دستگاه شکل دهی یا سیم پیچی، پیچاندن آن در اطراف ابزار برای ایجاد شعاع و گام مورد نظر، و سپس اعمال عملیات حرارتی، آسیاب، تکمیل و بازرسی ساخته می شوند. سیم پیچی سرد رایج ترین روش است زیرا برای قطر سیم تا حدود 10 تا 12 میلی متر سریع و مقرون به صرفه است. میله‌های بزرگ‌تر اغلب داغ زخم می‌شوند، زیرا فولاد برای خم شدن دقیق در دمای اتاق خیلی سفت است.

اگرچه توالی می تواند بسته به نوع فنر متفاوت باشد، جریان تولید معمولی به این صورت است:

1. مواد، قطر و وضعیت سطح سیم صحیح را انتخاب کنید.
2. سیم را به دستگاه سیم پیچ یا شکل دهی فنر CNC وارد کنید.
3. سیم را به شکل مارپیچ مورد نیاز باد یا خم کنید.
4. فنر را به طول برش دهید و آن را از تغذیه سیم جدا کنید.
5. عملیات حرارتی یا استرس قطعه را از بین می برد تا استرس داخلی را از بین ببرد.
6. وجه های انتهایی را آسیاب کنید، قلاب ها را بسازید، یا هر عملیات ثانویه را کامل کنید.
7. یک پوشش محافظ اعمال کنید و فنر را از نظر بار، سرعت و ابعاد آزمایش کنید.

به طور خلاصه، یک فنر با تغییر شکل پلاستیکی کنترل شده سیم به شکل الاستیک و به دنبال آن عملیات حرارتی و مکانیکی ایجاد می شود که آن شکل را تحت بارهای مکرر قابل اعتماد می کند.

مواد مورد استفاده برای ساخت فنر

اولین تصمیم در تولید فنری انتخاب مواد است. اکثر فنرها از فولاد فنری ساخته شده اند زیرا استحکام تسلیم بالا و مقاومت خوبی در برابر خستگی ارائه می دهد. متداول‌ترین گریدهای کربن مشابه SAE 1070 تا 1095 هستند. سیم سیلیکونی کروم با رنگ روغن یکی دیگر از مواد پرکاربرد برای کاربردهای پراسترس است. محیط‌های مقاوم در برابر خوردگی معمولاً به گریدهای فولاد ضد زنگ مانند 302، 304 یا 316 منجر می‌شوند. برای طرح‌های رسانا یا کم مغناطیسی، مس بریلیم و برنز فسفر انتخاب می‌شوند.

شرایط مادی به اندازه ترکیب مهم است. سیم از پیش سخت شده به صورت سرد زخمی می شود و پس از آن فقط تنش از بین می رود، که تولید را سریع نگه می دارد. سیم آنیل شده در حالت نرم تری پیچیده می شود و بعداً سخت شده و تمپر می شود. قطر سیم‌های بزرگ، معمولاً بالای 10 تا 12 میلی‌متر، اغلب به سیم‌پیچ داغ نیاز دارند، زیرا سفتی مواد تشکیل را در دمای اتاق دشوار می‌کند. استفاده از شرایط نامناسب سیم می‌تواند منجر به تقسیم سیم پیچ، قطرهای ناسازگار یا عمر خستگی ضعیف شود.

اگر شما گزینه های مواد را با هم مقایسه می کنید، جزئیات راهنمای انتخاب مصالح سیم فنری می تواند به شما کمک کند ظرفیت بار، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه را متعادل کنید. این انتخاب نه تنها بر عمر مفید فنر بلکه بر نوع دستگاه، سرعت شکل دهی و چرخه عملیات حرارتی نیز تأثیر می گذارد.

فرآیند تولید گام به گام بهار

فرآیند هسته ساخت فنر صرف نظر از اینکه قطعه یک فنر فشرده کوچک باشد یا یک سیم پیچ تعلیق بزرگ یکسان است. این مراحل سفر کامل از سیم تا فنر تمام شده را توصیف می کند.

سیم پیچی و شکل دهی سیم

فرآیند فنرسازی در دستگاه کویلینگ آغاز می شود. سیم توسط غلتک های تغذیه از قرقره کشیده می شود، صاف می شود و به سمت سنبه یا ابزار شکل دهی فشار داده می شود. دستگاه سیم را به دور ابزار می چرخاند تا بدنه حلزونی ایجاد کند و گام با حرکت محوری ابزار یا راهنمای سیم کنترل می شود. برای فنرهای استوانه ای استاندارد، دستگاه کویل CNC سریع ترین گزینه است. به عنوان مثال، الف دستگاه کلاف فنری CNC 3 محوره راهنمای سیم، ابزار گام و قطر سیم پیچ را با دقت کنترل شده سروو قرار می دهد. این نوع برای فنرهای فشاری و کششی در تولید با حجم متوسط ​​رایج است. اشکال پیچیده تر به یک ماشین شکل دهی با محورهای اضافی نیاز دارند که می تواند سیم را در چندین جهت بدون بادامک ثابت خم کند.

کارخانه ماشین سیم پیچ فنری CNC سفارشی TK-320B 3AXES CNC، Comapny - ماشین WNJ شرکت ماشین فنری همه کاره ژجیانگ (ماشین WNJ) یک کارخانه عمده فروشی چینی TK-320B 3AXES CNC SPRING COILING MACHINE است و ... مشاهده محصول →

در طول سیم پیچ سرد، سیم از پیش سخت شده در دمای اتاق به اطراف ابزار فشار داده می شود. از آنجایی که فولاد فنر در برابر خمش مقاومت می کند، دستگاه باید نیروی زیادی را اعمال کند. در سیم پیچ گرم، سیم قبل از اینکه وارد سیم پیچ اول شود، با سیم پیچ های القایی گرم می شود. سیم پیچ داغ نیروی مورد نیاز را کاهش می دهد و از ترک خوردن در میله های سنگین جلوگیری می کند، اما مرحله گرمایش و حذف رسوب را اضافه می کند.

گرما درمانی و کاهش استرس

پس از کلاف شدن، فنر پر از تنش داخلی است. اگر بدون درمان استفاده شود، فنر ممکن است تحت بارگیری دائمی شود یا ترک بخورد. تنش زدایی با گرم کردن فنر در حدود 250 تا 450 درجه سانتیگراد به مدت 20 تا 60 دقیقه بسته به متریال و قطر سیم انجام می شود. این دما کمتر از دمای سخت شدن است، بنابراین تنها با حفظ استحکام مکانیکی سیم از پیش سخت شده، تنش پسماند را کاهش می دهد. برای فنرهایی که از سیم آنیل شده تشکیل می شوند، یک چرخه کامل سخت شدن و تمپر مورد نیاز است. فنر تا دمای آستنیته گرم می شود، در روغن خاموش می شود و سپس در دمای پایین تر برای تنظیم سختی و شکل پذیری گرم می شود. هر دو فرآیند در یک کوره حرارتی صنعتی انجام می شود. بسیاری از تولیدکنندگان از a کوره طبع فنری سری ضد زنگ زیرا گرمایش یکنواخت، سرعت نوار نقاله قابل تنظیم و مناطق دمای کنترل شده را فراهم می کند. کیفیت عملیات حرارتی ثابت بسیار مهم است: فنری که کمتر دمیده می شود بسیار شکننده خواهد بود، در حالی که فنری که بیش از حد گرم شده ظرفیت بارگذاری خود را از دست می دهد.

کارخانه سفارشی کوره فنری WNJ210 (سری Panint)، Comapny - WNJ Machi شرکت ماشین فنری همه کاره ژجیانگ (WNJ Machine) یک کارخانه عمده فروشی چینی کوره فنری WNJ210 (سری Panint) است و ... مشاهده محصول →

سنگ زنی و آماده سازی پایان

فنرهای فشاری معمولاً به صفحات انتهایی صاف و مربعی نیاز دارند تا فنر بتواند به طور یکنواخت در یک مجموعه بایستد. انتهای فنر هنگام سیم پیچی بسته می شود، سپس فنر روی دستگاه آسیاب فنر CNC آسیاب می شود. آسیاب دو دیسکی هر دو انتها را به طور همزمان پردازش می کند، که تنوع بین فنرها را کاهش می دهد. عملیات سنگ زنی باید به اندازه کافی مواد را حذف کند تا یک سطح بلبرینگ صاف بدون کاهش بیش از حد سطح مقطع سیم ایجاد شود. تلورانس های معمولی آسیاب انتهایی تا چند دهم میلی متر کنترل می شوند و بسیاری از فنرها تا مربع انتهایی 1 تا 3 درجه آسیاب می شوند. برای فنرهای کششی و پیچشی، انتهای آن زمین نمی شود. درعوض، حلقه ها، قلاب ها یا پاها در یک عملیات جداگانه با استفاده از ابزار خمشی تشکیل می شوند.

شات پینینگ و از پیش تنظیم

شات پینینگ یک فرآیند کار سرد است که سطح فنر را با شات گرد کوچک چکش می کند. تنش پسماند فشاری در لایه بیرونی ایجاد می کند که عمر خستگی را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. فنرهایی که میلیون‌ها چرخه را پشت سر می‌گذارند، مانند فنرهای سوپاپ، پس از عملیات حرارتی و قبل از سنگ‌زنی یا پوشش دهی، شات‌کاری می‌شوند. از پیش تنظیم، که گاهی اوقات خراشیده شدن نامیده می شود، یکی دیگر از عملیات های رایج است. فنر تا ارتفاع جامد یا نزدیک به آن فشرده می شود، به طوری که هر گونه تغییر شکل پلاستیکی در طول ساخت و نه در سرویس رخ می دهد. این به فنر کمک می کند طول آزاد طراحی شده خود را تحت فشار مکرر حفظ کند.

پوشش و تکمیل

مرحله نهایی ساخت، محافظت از سطح در برابر خوردگی و آسیب مکانیکی است. بسته به جنس و کاربرد، فنر را می توان با روغن غوطه ور، پوشش اکسید سیاه، روکش روی، پوشش پودری یا رنگ آمیزی کرد. فنرهای فولادی ضد زنگ و آلیاژ نیکل را می توان بدون هیچ پوششی استفاده کرد. برای فنرهای خودرو، پوشش پودری محبوب است زیرا پوشش ضخیم و بادوام را ارائه می دهد و می تواند در هر رنگی اعمال شود. این پوشش پس از تمام عملیات های دیگر اعمال می شود به طوری که سطوح سنگ زنی و لایه برداری تا زمانی که از قبل تمام نشده اند پوشیده نشوند.

انواع فنر چگونه تولید می شوند

انواع مختلف فنر تقاضاهای متفاوتی را در فرآیند تولید ایجاد می کنند. درک این تفاوت ها به هنگام انتخاب تجهیزات کمک می کند. از فنرها در همه چیز استفاده می شود کاربردهای فنر خودرو به تولید فنر درجه پزشکی و هر محیط برای حالت های مختلف خرابی بررسی می کند.

فنرهای فشاری

فنرهای فشاری مارپیچ های سیم پیچ باز هستند که برای مقاومت در برابر نیروهای فشاری طراحی شده اند. آنها معمولا دارای انتهای بسته و مربع هستند. انتهای آن ممکن است برای نشستن بهتر صاف شود. در طول سیم پیچی، گام باید به طور دقیق کنترل شود زیرا نرخ فنر را تعیین می کند. یک تغییر کوچک در گام می تواند بار را در یک ارتفاع معین تغییر دهد. به همین دلیل است که ماشین های کویلینگ CNC با تنظیم سروو گام برای فنرهای فشاری ترجیح داده می شوند.

فنرهای اکستنشن

فنرهای اکستنشن در حالت کششی کار می کنند. آنها با سیم پیچ هایی که با یکدیگر تماس دارند پیچیده می شوند و دارای کشش اولیه هستند که سیم پیچ ها را کنار هم نگه می دارد. انتهای آن به صورت قلاب، حلقه های جانبی یا حلقه های ویژه شکل می گیرد. کشش اولیه توسط چرخش سیم و فشار تغذیه در طول سیم پیچ کنترل می شود. عمل شکل دهی قلاب اغلب به عنوان یک مرحله خمشی جداگانه پس از زخم شدن بدن انجام می شود. سیم باید به اندازه کافی نرم باشد تا قلاب بدون ترک خوردگی شکل بگیرد.

فنرهای پیچشی

فنرهای پیچشی انرژی دورانی را ذخیره می کنند. آنها بدنی مارپیچ و دو پا دارند که به سمت بیرون امتداد دارند. پایه ها با خم کردن انتهای سیم در زوایای خاص ساخته می شوند. تشکیل فنر پیچشی نیاز به کنترل دقیق موقعیت پا و فاصله بین پاها دارد. دستیابی به این امر در ماشین‌های شکل‌دهی چند محوره که می‌توانند سیم را در چندین صفحه بدون انتقال فنر به ایستگاه کاری دیگر خم کنند، آسان‌تر است.

قالب های سیم و فنرهای پیچیده

همه فنرها مارپیچ دایره ای نیستند. بسیاری از فنرهای با کاربرد خاص، از جمله فنرهای سرپانتین، فنرهای بند بند و قالب های سیم پیچیده، بر روی دستگاه های خم کن سیم CNC تولید می شوند. این ماشین ها از چندین محور برای خم کردن سیم به صورت طرح کلی دو بعدی یا سه بعدی استفاده می کنند. چون سنبه سیم پیچی وجود ندارد، نرم افزار برنامه نویسی باید هر نقطه خم و شعاع را تعریف کند. دستگاه 5 محوره یا 12 محوره انعطاف پذیری برای ساخت گیره های خودرو، قالب های سیم جراحی و فنرهای نگهدارنده صنعتی را می دهد.

ماشین های کلیدی مورد استفاده برای ساخت فنر

خط تجهیزات برای تولید فنر معمولاً در اطراف مرحله شکل دهی قرار می گیرد. یک خط کامل می تواند شامل فیدر سیم، دستگاه سیم پیچ یا شکل دهی، ماشین سنگ زنی، کوره تمپر و واحد تکمیل سطح باشد. درک آنچه که هر دستگاه انجام می دهد برای انتخاب ترکیب مناسب مهم است.

ماشین آلات کویل فنری CNC

این ماشین ها برای تولید فنرهای مارپیچ از سیم ساخته شده اند. آنها طول تغذیه، قطر سیم پیچ و گام را با موتورهای سروو کنترل می کنند. یک پیکربندی 3 محوره برای فنرهای فشرده سازی و گسترش استاندارد مناسب است. راهنمای سیم به صورت شعاعی برای کنترل قطر حرکت می کند، ابزار گام به صورت محوری برای کنترل شکاف حرکت می کند، و رول های تغذیه سیم را به جلو می برند. نتیجه یک بدنه فنری قابل تکرار با ویژگی های بار ثابت است.

ماشین آلات شکل دهی فنر CNC

ماشین‌های شکل‌دهی از چندین محور ابزار به جای یک سنبه استفاده می‌کنند که به سیم اجازه می‌دهد در جهات مختلف خم شود. دستگاه شکل دهی 5 محوره به طور گسترده برای فنرهای فشرده، کششی و پیچشی پیچیده استفاده می شود که بیش از سیم پیچی ساده نیاز دارند. این دستگاه می تواند انواع مختلف فنر را بدون تغییر بادامک اختصاصی تولید کند. به عنوان مثال، الف دستگاه شکل دهی فنر CNC 5 محوره می تواند از یک راه اندازی فنرهای مختلف به شکل خاص ایجاد کند. این برای قطعات خودرو، قطعات الکتریکی و نمونه های اولیه سفارشی مفید است.

CNC-635Z 5AXES CNC CNC SPRING Forming Machine Factory, Comapny - WNJ Machine ژجیانگ همه کاره فنر ماشین شرکت با مسئولیت محدود (WNJ Machine) یک کارخانه عمده فروشی CNC-635Z 5AXES CNC SPRING FORMING MACHINE در چین است و ... مشاهده محصول →

ماشین آلات فنری بدون شتر

ماشین‌های بدون بادامک از محورهای سروو برای هر حرکت استفاده می‌کنند. آنها انعطاف پذیری بالا و تغییر سریع را ارائه می دهند. یک ماشین بدون بادامک 12 محوره می تواند خم شدن به سمت بالا و چپ به راست، کنترل تغذیه و تنظیم گام را در یک چرخه انجام دهد. این ماشین‌ها زمانی ترجیح داده می‌شوند که ترکیب محصول به طور مکرر تغییر کند، زیرا اشکال قطعات جدید را می‌توان به‌عنوان برنامه به جای بادامک‌های مکانیکی بارگذاری کرد.

تجهیزات آسیاب و تمپرینگ فنری

ماشین های سنگ زنی مواد را از رویه های انتهایی فنرهای فشاری حذف می کنند. یک آسیاب دسته ای پایه برای دقت کم کافی است، اما در تولید با حجم بالا از آسیاب های اتوماتیک CNC با چرخ های سرامیکی یا الماسی استفاده می شود. کوره های معتدل چرخه عملیات حرارتی را کامل می کنند. آنها می توانند تغذیه نوار نقاله یا نوع دسته ای، با گرمایش الکتریکی یا گازی باشند. کوره حرارتی سری ضد زنگ اغلب زمانی استفاده می شود که مواد فنری در برابر خوردگی مقاوم باشد یا محصول به دمای دقیق اطمینان داشته باشد.

صاف کننده و فیدر سیم

اگرچه آنها توسط هر راهنما پوشش داده نمی شوند، یک صاف کننده سیم و یک دیکویلر دقت کل خط را بهبود می بخشد. سیم با انحنای سیم پیچ را نمی توان با دقت تشکیل داد مگر اینکه قبل از ورود به رول های تغذیه صاف شود. بسیاری از ماشین های فنر CNC دارای صاف کننده هستند، اما ممکن است یک قفسه تغذیه سیم جداگانه برای سیم پیچ های سنگین و تولید با سرعت بالا استفاده شود.

نحوه انتخاب تجهیزات تولید فنر مناسب

دستگاه فنر مناسب به ابعاد فنر، حجم تولید و سطح اتوماسیون مورد نیاز بستگی دارد. تولیدکننده‌ای که روزانه یک میلیون فنر فشاری یکسان تولید می‌کند، نسبت به یک کارگاهی که فنرهای سفارشی را در دسته‌های کوچک تولید می‌کند، به تنظیمات متفاوتی نیاز دارد.

• محدوده قطر سیم: سیستم تغذیه دستگاه باید بتواند قطر سیم انتخابی را بدون لغزش بکشد. غلتک های تغذیه و قدرت موتور حداکثر قطر سیم را تعیین می کنند.
• نوع فنری: فنرهای فشاری و کششی را می توان روی کویل ساخت. پیچ خوردگی و اشکال پیچیده معمولاً نیاز به شکل دهنده چند محوره دارند.
• سرعت خروجی: تولید با حجم بالا به یک دستگاه سروو با سرعت بالا با سیستم برش سریع نیاز دارد.
• انعطاف پذیری ابزار: اگر فرکانس تعویض بالا باشد، یک ماشین بدون دوربین با حافظه برنامه زمان خرابی را کاهش می دهد.
• الزامات دقت: فنرهای مورد استفاده در کاربردهای پزشکی یا خودرویی به تلرانس های سخت تری نیاز دارند که معمولاً به معنای گام و قطر کنترل شده توسط سروو است.
• ادغام با فرآیندهای پایین دستی: کویل باید به یک کوره آسیاب و حرارت که بتواند سرعت خروجی را تحمل کند، تغذیه شود.

فنری که برای 60000 چرخه بار طراحی شده است، اگر دستگاه طول آزاد ناسازگاری تولید کند، همچنان زود از کار می افتد. بنابراین، کیفیت دستگاه سیم پیچ اغلب کیفیت فنر تمام شده را تعیین می کند.

کنترل کیفیت و تلورانس ها در تولید فنری

کنترل کیفیت در تولید فنر در مورد دقت ابعادی و عملکرد مکانیکی است. متداول ترین بررسی ها عبارتند از طول آزاد، قطر خارجی، تعداد سیم پیچ های فعال، نرخ فنر و بار در ارتفاع مشخص. در تولید دسته ای، تلورانس های طول آزاد معمولی مثبت یا منفی 1% تا 2% اسمی است، در حالی که تحمل نرخ فنر اغلب مثبت یا منفی 5% تا 10% است. برای فنرهای دقیق، این تلرانس ها ممکن است تنگ تر باشند.

اگر وجه های انتهایی فنر فشاری موازی با محور فنر نباشد، فنر هنگام فشرده شدن خم می شود و عمر مفید آن را کاهش می دهد. به همین دلیل است که آسیاب نهایی در هر دسته بررسی می شود. آزمایش بار با یک تستر فنر کالیبره شده انجام می شود و عیوب سطحی با بازرسی جریان گردابی یا روش های ذرات مغناطیسی برای قطعات پر استرس تشخیص داده می شود.

سوالات متداول

اولین قدم در ساخت فنر چیست؟

اولین گام انتخاب مواد سیم مناسب و تغذیه آن در دستگاه سیم پیچ یا شکل دهی فنری است. دستگاه سیم را می کشد، آن را صاف می کند و آن را به دور ابزار شکل دهنده خم می کند تا شکل مارپیچ را ایجاد کند.

چرا فنرها به عملیات حرارتی نیاز دارند؟

سیم پیچی باعث ایجاد تنش داخلی می شود که می تواند باعث ترک خوردگی یا گیرش دائمی شود. تنش زدایی از یک کوره حرارتی، تنش داخلی را از بین می برد و در عین حال استحکام سیم را حفظ می کند. برای سیم های آنیل شده، یک چرخه کامل سخت شدن و تمپر، سیم خام را به یک ماده فنری بادوام تبدیل می کند.

انواع اصلی ماشین آلات فنر ساز کدامند؟

انواع اصلی عبارتند از: ماشین‌های فنری سیم‌پیچ CNC برای فنرهای مارپیچ استاندارد، ماشین‌های شکل‌دهی فنر CNC برای اشکال پیچیده، ماشین‌های بدون بادامک برای تغییر انعطاف‌پذیر، ماشین‌های آسیاب فنری برای پردازش انتهایی، و کوره‌های حرارتی برای عملیات حرارتی.

آیا یک دستگاه می تواند انواع مختلف فنر را بسازد؟

بله، یک دستگاه شکل دهی چند محوره CNC می تواند با تغییر برنامه و ابزار، فنرهای فشرده سازی، کششی و پیچشی تولید کند. یک کویل استاندارد 3 محوره محدودتر است و برای فنرهای فشاری و کششی با هندسه ساده بهترین کار را دارد.

گام فنر در هنگام سیم پیچی چگونه کنترل می شود؟

پس از اینکه سیم یک سیم پیچ ایجاد کرد، گام با حرکت محوری ابزار گام کنترل می شود. در یک دستگاه کویل CNC، این حرکت به صورت سروو کنترل می شود، بنابراین می توان گام را به طور دقیق تنظیم کرد و برای هر فنر در دسته تکرار کرد.

افکار نهایی

تولید فنری ترکیبی از دانش مواد و ماشین آلات دقیق است. فنر زمانی از کار می افتد که مواد، فرآیند شکل گیری یا عملیات حرارتی اشتباه باشد. انتخاب تجهیزاتی که با اندازه سیم، هندسه فنر و حجم تولید مطابقت داشته باشد، عملی ترین راه برای ثابت نگه داشتن فنرها است. یک خط تولید خوب که ترکیبی از تجهیزات سیم پیچی، شکل دهی، سنگ زنی و تمپر است، تضمین می کند که فنر تمام شده نیازهای بار و خستگی خود را برآورده می کند.