انواع فنرها: فشرده سازی، اکستنشن، پیچشی و موارد دیگر

انواع اصلی فنرها، به طور مستقیم پاسخ داده شده است

وجود دارد شش نوع فنر اولیه در محصولات صنعتی و مصرفی مورد استفاده قرار می گیرد: فنرهای فشاری، فنرهای کششی، فنرهای پیچشی، فنرهای نیروی ثابت، فنرهای موجی و فنرهای دیسکی (Belleville). هر کدام با نحوه ذخیره و آزادسازی انرژی مکانیکی - فشرده، کشیده، پیچ خورده، چرخانده، مسطح یا انباشته شده، تعریف می شوند. انتخاب درست به جهت بار، فضای موجود و تعداد چرخه های کاری که قطعه باید دوام بیاورد بستگی دارد و تقریباً همه آنها امروزه بر روی یک کامپیوتر کنترل می شوند. دستگاه فنری به جای دست

مقوله ای که فنر در آن قرار می گیرد در واقع مختصری برای رفتار مکانیکی است. فنر فشاری به عقب رانده می شود. یک فنر اکستنشن عقب می کشد. فنر پیچشی در برابر پیچ و تاب مقاومت می کند. هنگامی که این رفتار ثابت شد، هر چیز دیگری - قطر سیم، تعداد سیم پیچ، هندسه انتهایی و مواد - یک تمرین تنظیم برای ضربه زدن به بار هدف، انحراف و عمر مفید است.

این راهنما هر نوع فنر را در عمق، مواد پشت آنها، نحوه شکل‌دهی یک دستگاه فنر مدرن، نحوه اندازه‌گیری یک فنر برای یک بار واقعی، جایی که هر نوع در صنایع مختلف، نقاط خرابی رایج، تکمیل و محافظت در برابر خوردگی نشان می‌دهد، و نحوه مقایسه قیمت‌ها در هنگام تهیه مقدار تولید، را تجزیه می‌کند.

فنرهای فشاری: اسب کاری نیروی فشار به عقب

فنرهای فشاری فنرهایی با سیم پیچ باز هستند که برای مقاومت در برابر نیروی فشاری و فشار به عقب در هنگام فشرده سازی طراحی شده اند. آنها رایج ترین نوع فنر در مجموعه های مکانیکی هستند که در تشک ها، قلم های توپی، شیرها، سیستم های تعلیق و قالب های صنعتی ظاهر می شوند. وقتی باری سیم پیچ ها را به هم فشار می دهد، فنر انرژی را ذخیره می کند و پس از رها شدن بار در امتداد همان محور به عقب رانده می شود.

از آنجایی که سیم‌پیچ‌ها در حالت استراحت جدا از یکدیگر قرار می‌گیرند، فنر فشاری را می‌توان تا زمانی که سیم‌پیچ‌ها لمس کنند فشرده کرد - حالتی که ارتفاع جامد نامیده می‌شود. طراحی خوب فنر را در عملکرد معمولی به خوبی از ارتفاع ثابت دور نگه می دارد، زیرا پایین کشیدن مکرر سیم را در نقطه تماس سخت می کند و عمر خستگی را کوتاه می کند. بیشتر راهنمایی‌های مهندسی، انحراف کار را تقریباً در 80 درصد یا کمتر از کل سفرهای موجود به ارتفاع ثابت نگه می‌دارند و یک حاشیه ایمنی برای رویدادهای بیش از حد مجاز باقی می‌گذارند.

تنظیمات فنر فشرده سازی رایج

استوانه ای مستقیم - قطر سیم پیچ ثابت، پیکربندی استاندارد برای اکثر کاربردها
مخروطی (مخروطی) - قطر سیم پیچ به سمت یک انتها باریک می شود و ارتفاع جامد را کاهش می دهد و در برابر کمانش مقاومت می کند.
بشکه ای شکل - قطر سیم پیچ در وسط وسیع ترین است، برای به حداقل رساندن رزونانس و افزایش در دوچرخه سواری با سرعت بالا استفاده می شود.
به شکل ساعت شنی - قطر سیم پیچ در وسط باریک می شود، برعکس یک بشکه، گاهی اوقات برای لانه سازی یک فنر تا حدی در داخل فنر دیگر استفاده می شود.
گام متغیر - فاصله سیم پیچ در طول طول تغییر می کند تا پاسخ بار اولیه را نرم کند

انواع پایان و چرایی اهمیت آنها

فنرهای فشاری نیز با نحوه تکمیل سیم پیچ های انتهایی تعریف می شوند. انتهای ساده سیم برش را در زاویه ای منطبق با مارپیچ ترک می کند که به سرعت تولید می شود اما به فنر اجازه می دهد کمی تحت بار قرار گیرد. انتهای مربعی صاف یا صاف می‌شوند، بنابراین فنر روی یک سطح صاف و بدون نوک قرار می‌گیرد، و انتهای مربعی و آسیاب شده با آسیاب کردن سیم پیچ انتهایی کاملاً صاف، که در هر جایی که فنر نیاز به قرار گرفتن یکنواخت روی صفحه صاف داشته باشد، مانند مجموعه‌های سوپاپ، این کار را یک قدم جلوتر می‌برد.

درجه تولید دستگاه فنری فنرهای فشاری را با تغذیه سیم از طریق مجموعه ای از غلتک های تغذیه و پیچاندن آن به دور سنبه یا پین شکل دهی می کند، سپس یک ابزار برش هر سیم پیچ را در طول برنامه ریزی شده جدا می کند. ماشین‌های کنترل‌شده با CNC می‌توانند تلورانس‌های گام را به اندازه‌ای محکم نگه دارند که تغییرات نرخ فنر را زیر حدود 3 درصد در طول دوره تولید حفظ کنند، که برای قطعاتی که نیروی ثابت در آنها حیاتی است، مانند فنرهای سوپاپ، اهمیت دارد. خطوط فنر فشاری با حجم بالا معمولاً سر کویلینگ را با یک ایستگاه سنگ زنی درون خطی جفت می کنند تا انتهای مربع بدون عملیات ثانویه جداگانه تکمیل شود.

فنرهای اکستنشن: ساخته شده برای مقاومت در برابر کشش

فنرهای اکستنشن کویل های محکمی هستند که در برابر نیروی کششی مقاومت می کنند و پس از رها شدن سعی می کنند به طول اولیه خود برگردند. برخلاف فنرهای فشاری، سیم‌پیچ‌های آن‌ها در حالت استراحت نزدیک به هم قرار می‌گیرند - معمولاً با کشش اولیه داخلی - بنابراین فنر فقط زمانی شروع به کشش می‌کند که نیروی اعمال‌شده از آن پیش بار بیشتر شود. مکانیسم های درب گاراژ، ترامپولین ها، درهای صفحه نمایش و کلیدهای ضامن همه به فنرهای افزایشی متکی هستند.

کشش اولیه یکی از ویژگی های نادرست فنر تقویتی است. از آنجایی که سیم‌پیچ‌ها در حین شکل‌دهی محکم به یکدیگر پیچیده می‌شوند، فنر در برابر هر گونه کششی مقاومت می‌کند تا زمانی که نیروی اعمال‌شده از کشش داخلی فراتر رود - تنها در این صورت شروع به کشش متناسب با بار اضافه می‌کند. طراحان این کشش اولیه را عمداً مشخص می‌کنند، زیرا خیلی کم به فنر اجازه می‌دهد در حالت استراحت قرار بگیرد، در حالی که بیش از حد باعث می‌شود مکانیزم در شروع حرکتش سفت شود.

End-Hok برنامه را تعیین می کند

بیشتر کارهای طراحی در فنر اکستنشن در انتها اتفاق می افتد، نه بدنه سیم پیچ. قلاب‌های ماشین، حلقه‌های متقاطع، حلقه‌های جانبی و چشم‌های کشیده، هر کدام نحوه نصب فنر و نحوه تمرکز تنش در خم را تغییر می‌دهند. از آنجا که خم شدن قلاب معمولاً جایی است که خرابی خستگی شروع می شود، هندسه قلاب اغلب عامل محدود کننده در طول عمر فنر به جای خود سیم پیچ است.

سبک های قلاب معمولی

قلاب ماشین - یک نیم حلقه ساده خم شده از آخرین سیم پیچ، سریع ترین و کم هزینه ترین گزینه
حلقه کامل در مرکز - حلقه در مرکز روی بدنه سیم پیچ قرار می گیرد و بار جانبی روی پین نصب را کاهش می دهد.
حلقه جانبی - حلقه به یک طرف منحرف می شود، اغلب در جایی استفاده می شود که فنر روی دیوار یا براکت قرار می گیرد.
قلاب یا چشمی کشیده - یک بخش مستقیم از سیم پیچ قبل از تشکیل حلقه امتداد می یابد که برای رسیدن به نقطه نصب از بدنه سیم پیچ مفید است.

در یک ماشین فنری مدرن، شکل دهی قلاب در همان چرخه سیم پیچی انجام می شود: پس از اینکه ابزار سیم پیچ بدنه را می پیچد، یک ابزار ثانویه می چرخد و انتهای سیم را قبل از قطع شدن به شکل قلاب خم می کند. این امر تراز قلاب را ثابت نگه می‌دارد، که یکی از شایع‌ترین شکایات کیفی زمانی است که فنرهای اکستنشن با دست ساخته می‌شوند. زاویه ثابت قلاب همچنین برای نحوه آویزان شدن فنر در پایه نصب آن مهم است - یک قلاب پیچ خورده می تواند بار جانبی ناخواسته ای ایجاد کند که بدنه سیم پیچ هرگز برای حمل آن طراحی نشده است.

فنرهای پیچشی: ذخیره انرژی از طریق چرخش

فنرهای پیچشی به جای اینکه در امتداد محور خود رانده یا کشیده شوند، انرژی را هنگامی که به دور محور خود می پیچند ذخیره می کنند. بدنه سیم پیچ در برابر جابجایی زاویه ای مقاومت می کند و پایه های مستقیم در هر انتها آن نیروی چرخشی را به مجموعه منتقل می کند. گیره های لباس، تله موش، سیستم های تعادل درب گاراژ و لولاهای درب کابینت نمونه های معمولی هستند.

برخلاف فنرهای فشاری و کششی، یک فنر پیچشی تقریباً همیشه به گونه‌ای طراحی می‌شود که قطر سیم‌پیچ آن کمی کاهش می‌یابد که تحت بار بالا می‌رود. این بدان معناست که شفت یا سنبه ای که روی آن می نشیند باید با فاصله ای برای این کاهش اندازه شود، در غیر این صورت سیم پیچ ها قبل از رسیدن فنر به حرکت مورد نظر خود به شفت می چسبند - جزئیاتی که بسیاری از طراحان را برای اولین بار غافلگیر می کند.

متغیرهای کلیدی فنر پیچشی که نحوه عملکرد یک طرح در سرویس را تعیین می کنند
ویژگی فنر پیچشی	اثر طراحی
جهت سیم پیچ (چپ یا راست)	باید با جهتی مطابقت داشته باشد که فنر در نظر گرفته شده است تحت بار بپیچد، در غیر این صورت سیم پیچ ها به جای سفت شدن باز می شوند.
پیکربندی پا	پایه های مستقیم، لولایی یا زاویه دار تعیین می کنند که چگونه گشتاور به مجموعه اطراف منتقل می شود
تعداد کویل های فعال	سیم پیچ های بیشتر به طور کلی نرخ گشتاور را کاهش می دهد و سفر چرخشی موجود را افزایش می دهد
استایل بدن (زخم نزدیک در مقابل فاصله)	سیم پیچ های بسته باعث کاهش صدای اصطکاک بین سیم پیچ ها می شود. سیم پیچ های فاصله دار شانس اتصال تحت بار سنگین را کاهش می دهد

جایی که از فنرهای پیچشی استفاده می شود

فراتر از نمونه‌های خانگی، فنرهای پیچشی در مکانیسم‌های تعادلی برای درهای سقفی سنگین، فنرهای برگشتی در مجموعه‌های جغجغه‌دار و پنجه‌ای، بسته‌کننده‌های لولا روی کابینت‌ها و محفظه‌ها، و مکانیسم‌های گیره‌ای که در آن‌ها نیروی چرخشی سبک و ثابتی برای نگه‌داشتن دو قسمت در کنار هم بدون بست جداگانه لازم است، ظاهر می‌شوند.

فنرهای پیچشی معمولاً بر روی یک دستگاه فنر CNC مجهز به سر چرخان خم کننده ساق تشکیل می شوند، زیرا دقت زاویه پایه مستقیماً بر نحوه قرارگیری فنر در سوراخ های نصب آن تأثیر می گذارد. پایه ای که حتی با چند درجه خاموش باشد می تواند ناهماهنگی پیش بارگذاری را در سراسر خط مونتاژ ایجاد کند، به همین دلیل است که زاویه پایه یکی از اولین ابعادی است که در هنگام بازرسی ورودی در تنظیم ابزار جدید بررسی می شود.

انواع فنر تخصصی فراتر از سه پایه

دیسک (Belleville) چشمه

فنرهای Belleville واشرهای مخروطی شکلی هستند که تحت بار محوری صاف می شوند. چیدن آنها به صورت سری باعث افزایش سفر می شود، در حالی که چیدن آنها به صورت موازی ظرفیت بار را افزایش می دهد، که باعث می شود در هر جایی که یک طراح به یک منحنی نیروی خاص در یک فضای محوری بسیار کوتاه نیاز دارد مفید باشد - مجموعه های فلنج پیچ و مهره ای و ماشین آلات سنگین نمونه های رایج هستند. یکی از ویژگی های مفید فنرهای دیسکی این است که منحنی نیروی آنها را می توان با ارتفاع مخروط آنها نسبت به ضخامت آنها تنظیم کرد: یک مخروط کم عمق یک پاسخ نیروی تقریبا خطی می دهد، در حالی که یک مخروط بلندتر می تواند برای تولید یک منحنی نیروی صاف یا حتی یک ضربه سریع تنظیم شود که در مکانیسم های آزادسازی اضافه بار مفید است.

چشمه های موج

فنرهای موجی به جای سیم پیچ سیم گرد از شکلی موج دار و حلقه ای شکل استفاده می کنند که نیروی فنری مشابه فنر سیم پیچی را در تقریباً یک سوم تا نیمی از ارتفاع فشرده می دهد. پیش بار بلبرینگ و کاربردهای کانکتور الکترونیکی کوچک به نفع فنرهای موجی هنگامی که فضای محوری محدود است. آنها معمولاً در انواع تک چرخشی، چند چرخشی و تو در تو تولید می شوند، با فنرهای موجی چند چرخشی که معمولاً در جایی که ارتفاع کاری بلندتر در دسترس است اما فضای شعاعی هنوز تنگ است استفاده می شود.

فنرهای نیروی ثابت

یک فنر نیروی ثابت که از نوار مسطح پیش تنیده به جای سیم گرد نورد شده است، تقریباً همان نیروی خروجی را در کل محدوده گسترش خود به جای منحنی نیروی افزایشی وارد می کند. نوارهای جمع شونده، مکانیسم‌های تعادل، و قرقره‌های کابل بر این رفتار متکی هستند. از آنجایی که نوار در حالت استراحت در یک رول محکم روی خود پیچ می‌شود و تحت بار باز می‌شود، نیروی خروجی در مقایسه با مقاومت پیوسته در حال افزایش فنر سیم پیچ به‌طور قابل ملاحظه‌ای صاف می‌ماند.

چشمه های گاز

فنرهای گاز به طور کلی دسته متفاوتی هستند - یک سیلندر مهر و موم شده با گاز فشرده و یک میله پیستون، که در جاهایی که نیاز به یک پسوند کنترل شده و مرطوب است، مانند پایه های دریچه خودرو و صندلی های اداری قابل تنظیم استفاده می شود. آنها بر روی تجهیزات پرکننده هیدرولیک به جای دستگاه فنر سیم ساز تولید می شوند.

چشمه های Volute و Serpentine

دو نوع کمتر رایج اما مرتبط، دسته تخصصی را کامل می کنند. فنرهای حلزونی نوارهای صافی هستند که به شکل مخروطی پیچیده می‌شوند و مانند فنر فشاری با مقاومت عالی در برابر کمانش عمل می‌کنند که در گذشته در سیستم تعلیق خودروهای سنگین استفاده می‌شد. فنرهای سرپانتین از یک زیگزاگ ممتد از سیم گرد تشکیل می‌شوند و زمانی در نشیمن‌گاه‌های روکش معمولی رایج بودند و به‌جای تمرکز بار در چند نقطه، ارزش آن را به‌منظور پخش یکنواخت بار در یک تابه صندلی پهن می‌کردند.

مواد و چگونگی شکل دادن ماشین فنر به آنها

نوع فنر تولید شده معمولاً تعیین می کند که کدام آلیاژ سیم منطقی است و هر آلیاژ وقتی از طریق دستگاه فنر تغذیه می شود رفتار متفاوتی دارد.

فولاد پر کربن (سیم موسیقی) - انتخاب پیش فرض برای فنرهای فشرده سازی و گسترش که در آن استحکام کششی بالا و مقاومت در برابر خستگی مهم تر از مقاومت در برابر خوردگی است.
فولاد ضد زنگ (302/304/316) - برای فنرهای پیچشی و فشاری در معرض رطوبت، مواد شیمیایی یا محیط های تماس با غذا انتخاب شده است.
سیلیکون کروم و آلیاژهای کروم وانادیوم - برای کاربردهای پر استرس و دمای بالا مانند فنرهای سوپاپ و فنرهای پیچشی دارای ضربه استفاده می شود.
بریلیم مس و فسفر برنز - برای فنرهای تماس الکتریکی که رسانایی در کنار رفتار فنر مورد نیاز است انتخاب شده است
اینکونل و سایر آلیاژهای نیکل - برای فنرهایی که باید خواص خود را در دماهای بالا پایدار بسیار فراتر از آنچه فولاد کربنی می تواند تحمل کند حفظ کند

قطر سیم و شاخص فنر

دو بعد بیش از هر متغیر منفرد دیگری بر رفتار فنر تسلط دارند: قطر سیم و شاخص فنر، نسبت قطر سیم پیچ به قطر سیم. سیم ضخیم تر سفتی را به شدت افزایش می دهد، زیرا نرخ فنر با قدرت چهارم قطر سیم مقیاس می شود، در حالی که یک شاخص فنر کم (یک سیم پیچ محکم نسبت به سیم) تمرکز تنش را در داخل هر سیم پیچ افزایش می دهد و باعث می شود فنر به طور دقیق شکل بگیرد. بیشتر طرح های کاربردی شاخص فنر را بین 4 تا 12 نگه می دارند. فنرهای پیچ خورده محکم تر از آن نیاز به دقت بیشتری در ابزار و اصلاح تنش دارند، در حالی که فنرهای پیچ خورده تر از آن به راحتی گره خورده و کمانش می شوند.

چگونه ماشین فنر مواد را جبران می کند

یک دستگاه فنر CNC سرعت سیم پیچ، سرعت تغذیه سیم و فشار پین شکل‌دهی خود را بسته به آلیاژ بارگذاری شده تغییر می‌دهد، زیرا سیم سخت‌تر به نیروی شکل‌دهی بیشتری نیاز دارد، اما پس از رها کردن ابزار، بیشتر به عقب برمی‌گردد، رفتاری که به آن بازیابی الاستیک می‌گویند. ماشین‌هایی که برای تولید با حجم بالا ساخته می‌شوند، معمولاً این بازیابی را به‌طور خودکار با شکل‌دهی بیش از حد هر سیم‌پیچ با یک حاشیه محاسبه‌شده جبران می‌کنند، که یکی از دلایلی است که کویلینگ خودکار تا حد زیادی جایگزین شکل‌دهی دستی برای هر چیزی فراتر از مقادیر نمونه اولیه شده است. ماشین‌های فنر مبتنی بر سروو مدرن این داده‌های جبرانی را در هر دسته ثبت می‌کنند، که بازتولید هندسه دقیق سیم‌پیچ را در دفعه بعدی که همان تعداد سیم اجرا می‌شود بسیار آسان‌تر می‌کند.

طراحی فنر برای محفظه بار واقعی

انتخاب نوع فنری تنها اولین قدم است. اندازه یک برای یک کاربرد واقعی معمولاً به سه هدف مرتبط کاهش می یابد: نرخ فنر (چقدر نیرو در هر واحد انحراف تغییر می کند)، حداکثر تنش ایمن در انحراف کامل، و تعداد چرخه هایی که فنر برای زنده ماندن قبل از اینکه خستگی به یک نگرانی تبدیل شود، نیاز دارد.

نرخ بهار

نرخ فنر نشان می دهد که فنر چقدر سفت است - نیروی اضافی مورد نیاز برای هر واحد اضافی انحراف. برای فنرهای سیم پیچ، نرخ با قطر سیم افزایش می یابد و با افزایش قطر سیم پیچ یا تعداد سیم پیچ های فعال، کاهش می یابد. اگر یکی قطر سیم پیچ کمی بزرگتر یا دو سیم پیچ فعال تر از دیگری داشته باشد، دو فنر تقریباً یکسان به نظر می رسند و هنوز هم نرخ های بسیار متفاوتی دارند، به همین دلیل است که نرخ فنر، نه فقط ابعاد فیزیکی، عددی است که باید مشخص و بررسی شود.

زندگی خستگی و چرخه وظیفه

فنرهایی که گهگاه می چرخند، مانند فنر چفتی که چند بار در روز باز می شود، می توانند با حاشیه تنش سخاوتمندانه طراحی شوند و احتمالاً از محصول اطراف خود بیشتر دوام می آورند. فنرهایی که به طور مداوم چرخش می کنند، مانند فنر سوپاپ که هزاران بار در دقیقه شلیک می کند، باید بر اساس یک منحنی خستگی طراحی شوند تا یک مقدار تنش منفرد، زیرا بارگذاری مکرر بسیار کمتر از مقاومت نهایی ماده همچنان می تواند در نهایت باعث شروع و رشد ترک شود. به عنوان یک راهنمای تقریبی، نگه داشتن حداکثر تنش عملیاتی تحت تقریباً 45 تا 50 درصد استحکام کششی سیم نقطه شروع رایج برای فنرهایی است که انتظار می رود در میلیون ها چرخه دوام بیاورند، اگرچه تعداد مناسب همیشه به آلیاژ خاص و پرداخت سطح بستگی دارد.

درمان‌های سطحی که عمر خستگی را افزایش می‌دهند

شات پینینگ پرکاربردترین درمان برای افزایش عمر خستگی در فنرهای فشاری و پیچشی است. شلیک محیط های گرد کوچک در سطح سیم، یک لایه کم عمق از تنش پسماند فشاری ایجاد می کند، که در برابر تنش کششی که در غیر این صورت باعث ایجاد ترک خستگی در سطح می شود، مقاومت می کند. برای فنرهایی که در معرض چرخه بالا و سرویس پرتنش قرار دارند - فنرهای سوپاپ خودرو نمونه کلاسیک هستند - شات پنیر می تواند به طور معنی داری عمر مفید را در مقایسه با فنرهای باز نشده با همان ابعاد افزایش دهد.

داخل ماشین فنر: از سیم پیچ تا قطعه تمام شده

یک دستگاه فنر CNC مدرن یک قرقره سیم خام را به یک فنر تمام شده با عملیات حرارتی در یک دنباله از مراحل هماهنگ تبدیل می کند که همه از طریق حرکت سروو برنامه ریزی شده به جای بادامک های مکانیکی روی تجهیزات قدیمی کنترل می شوند.

صاف کردن سیم - سیم از میان مجموعه‌ای از غلتک‌ها عبور می‌کند که انحنای باقی‌مانده از قرقره شدن را حذف می‌کند، زیرا هر منحنی باقی‌مانده می‌تواند گام و قطر سیم‌پیچ را از بین ببرد.
تغذیه - غلتک های تغذیه دقیق، طول سیم اندازه گیری شده را برای هر سیم پیچ، با کنترل سروو اجازه می دهد تا گام را برای تغییر سیم پیچ میانی برای فنرهای با گام متغیر تغییر دهد.
کلاف یا خم شدن - یک ابزار شکل دهی (ماندرل، سنجاق، یا آربور) سیم را بسته به نوع فنر به شکل یک سیم پیچ، قلاب یا پایه خم شده در می آورد.
کنترل زمین - یک ابزار مجزا فاصله بین سیم‌پیچ‌ها را هنگام شکل‌گیری کنترل می‌کند، این چیزی است که به یک ماشین اجازه می‌دهد تا سیم پیچ‌های بسته، باز یا گام متغیر را از یک سیم تولید کند.
قطع - یک ابزار برش فنر تمام شده را از تغذیه سیم در طول دقیق برنامه ریزی شده جدا می کند
کاهش دهنده استرس - عملیات حرارتی در دمای پایین تنش باقیمانده وارد شده در طول سیم پیچی را بدون نرم شدن سختی هسته سیم کاهش می دهد.
تکمیل ثانویه - ساییدن انتهای مربعی شکل، ضربه زدن و اعمال یک پوشش محافظ، بسته به محیط سرویس مورد نظر فنر

ماشین های فنری CNC در مقابل کویل های بادامک محور

ماشین‌های سیم‌پیچ بادامک قدیمی‌تر به بادامک‌های فیزیکی و توقف‌های مکانیکی برای کنترل گام و طول متکی هستند، به این معنی که تغییر طراحی فنر مستلزم تعویض ابزار فیزیکی است. یک دستگاه فنر CNC بیشتر آن بادامک‌های مکانیکی را با محورهای سروو برنامه‌ریزی شده جایگزین می‌کند، بنابراین جابجایی بین طرح‌های فنر - از جمله انواع کاملاً متفاوت، مانند حرکت از فنر فشاری به فنر پیچشی - عمدتاً مربوط به بارگذاری یک برنامه جدید و تنظیم ابزار به جای بازسازی دستگاه است. این انعطاف‌پذیری یکی از اصلی‌ترین دلایلی است که فنرهای با حجم کوچک و متوسط در دو دهه گذشته مقرون به صرفه‌تر شده‌اند.

جایی که هر نوع فنر بر اساس صنعت نشان داده می شود

انتخاب های معمولی بهار در صنایع رایج و استدلال پشت هر انتخاب
صنعت	انواع فنری معمولی	چرا آن نوع
خودرو	فشرده سازی، پیچش، دیسک	کاربردهای سوپاپ و کلاچ با چرخه بالا به فنرهای فشاری شات گیر نیاز دارند. فنرهای دیسکی بار زیادی را در فضای محوری کوتاه تحمل می کنند
مبلمان و لوازم	فشرده سازی، گسترش، نیروی ثابت	مکانیسم‌های تکیه‌گاه و سرسره‌های کشو به نیروی چرخه ثابت و متوسط با نرخ صاف یا به آرامی در حال افزایش نیاز دارند.
الکترونیک و کانکتورها	موج، فشرده سازی کوچک	فاصله داخلی محدود به نفع فنرهای موجی با مشخصات پایین برای پیش بارگذاری تماسی است
کشاورزی و تجهیزات سنگین	فشرده سازی، پیچش	فنرهای با قطر بزرگ و گیج سنگین باید از بارگذاری شوک در فضای باز جان سالم به در ببرند و از پوشش های مقاوم در برابر خوردگی استفاده کنند.
دستگاه های پزشکی	فشرده سازی، گسترش، پیچش (مینیاتوری)	سیم ضد زنگ برای تمیز کردن ترجیح داده می شود، با تحمل های محکم در قطر سیم های بسیار کوچک

پوشش ها، محافظت در برابر خوردگی و تکمیل

انتخاب مواد فنر بیشترین مقاومت در برابر خوردگی را دارد، اما پوشش‌ها و پوشش‌ها لایه دیگری از محافظت را اضافه می‌کنند و می‌توانند ظاهر فنر و ویژگی‌های اصطکاک را نیز تغییر دهند.

آبکاری روی و روی نیکل - گزینه ای مقرون به صرفه برای فنرهای فولادی کربنی که در محیط های خشک یا با رطوبت ملایم استفاده می شوند
پوشش فسفات با روغن - رایج در فنرهای خودرو و صنعتی که روکش مات و روغن کاری سبک به کاهش سایش سیم پیچ به سیم پیچ کمک می کند.
پوشش پودری - در فنرهای بزرگتر که رنگ، ضخامت و مقاومت سایشی بیشتر از حداقل مطلق ضخامت پوشش مهم است استفاده می شود
منفعل شدن - یک عملیات شیمیایی به کار رفته در فنرهای فولادی ضد زنگ برای حذف آلودگی آهن سطح و بازیابی مقاومت خوردگی طبیعی آلیاژ پس از شکل‌گیری.

ضخامت پوشش بیشتر از آن چیزی است که برای فنرهای با تحمل نزدیک به نظر می رسد، زیرا حتی یک لایه آبکاری نازک قطر سیم موثر را کمی تغییر می دهد و می تواند نرخ فنر را در فنرهای بسیار کوچک تغییر دهد. برای فنرهایی با تلرانس سرعت تنگ، آزمایش معمولاً بعد از پوشش انجام می‌شود تا قبل از آن، بنابراین مقادیر گزارش‌شده منعکس‌کننده قطعه است که در واقع نصب می‌شود.

نقص های رایج فنر و علل آنها

فاصله پیچ یا سیم پیچ ناسازگار

فاصله سیم‌پیچ‌های ناهموار معمولاً به سیم‌هایی بازمی‌گردد که قبل از سیم پیچی کاملاً صاف نشده‌اند، غلتک‌های تغذیه فرسوده که روی سطح سیم می‌لغزند یا ابزاری که از حالت کالیبراسیون خارج شده است. در یک دستگاه فنر CNC، این اغلب از طریق اندازه‌گیری گام درونی که در خود ایستگاه سیم پیچ تعبیه شده است، به دست می‌آید.

شکست زودرس خستگی

بیشتر ترک‌های خستگی از یک نقص سطحی شروع می‌شوند - خراش، گودال ناشی از خوردگی، یا تمرکز تنش در یک خم یا قلاب - نه از وسط یک سیم پیچ صاف. پس از شناسایی الگوی شکست خستگی، بهبود سطح، اضافه کردن شات پینینگ، یا طراحی مجدد شعاع قلاب تیز، راه‌حل‌های معمول هستند.

مجموعه دائمی

مجموعه دائمی فنری را توصیف می کند که پس از انحراف دیگر به طول آزاد اولیه خود باز نمی گردد، معمولاً به این دلیل که بیش از حد الاستیک ماده تحت فشار قرار گرفته است - اغلب به دلیل فشرده شدن مکرر به ارتفاع جامد یا عملکرد در دمای بالاتر از آلیاژ سیم که برای آن درجه بندی شده است. تنش زدایی مناسب پس از سیم پیچی، خطر گیرش را با کاهش تنش های تشکیل پسماند قبل از اینکه فنر اولین چرخه کاری خود را ببیند، کاهش می دهد.

عوامل هزینه در هنگام تامین منابع چشمه های تولید

تعداد انگشت شماری از متغیرها، مستقل از اینکه کدام نوع تولید می شود، بیشتر تفاوت هزینه را بین قیمت های فنری ایجاد می کنند.

مواد سیم - قیمت هر پوند آلیاژهای ضد زنگ و ویژه نسبت به فولاد کربنی بیشتر است و به طور کلی سیم پیچ با سرعت چرخه کمتر در دستگاه فنری
عملیات ثانویه - سنگ زنی، لایه برداری و پوشش دهی هر کدام یک مرحله فرآیند جداگانه و هزینه جابجایی فراتر از عملیات سیم پیچی خام اضافه می کنند.
الزامات تحمل - تحمل بار و سرعت محدود اغلب به سرعت سیم پیچ کندتر و بازرسی مکرر در حین فرآیند نیاز دارد.
حجم سفارش - هزینه ابزار و راه اندازی تا حد زیادی در هر اجرا ثابت است، بنابراین با افزایش مقدار سفارش، هزینه هر قطعه به شدت کاهش می یابد

هنگام مقایسه قیمت‌ها در بین تامین‌کنندگان، به طور خاص پرسیده می‌شود که بار و نرخ چگونه تأیید می‌شوند - اکثر تولیدکنندگان معتبر نمونه‌ای را از هر لات تولیدی به جای تکیه بر بررسی‌های ابعادی آزمایش می‌کنند، زیرا اگر سختی سیم بین تعداد سیم‌ها کمی متفاوت باشد، دو فنر می‌توانند به طور یکسان اندازه‌گیری کنند و همچنان عملکرد متفاوتی داشته باشند.

تطبیق نوع فنر با بار

سریعترین راه برای محدود کردن یک نوع فنر این است که بپرسید نیرو در کدام جهت اعمال می شود و چقدر فضای محوری در دسترس است:

نیروی فشار در امتداد یک محور، فضای متوسط در دسترس - فنر فشاری
نیروی کششی در امتداد یک محور - فنر کششی
نیروی چرخشی حول محور - فنر پیچشی
نیروی محوری اما ارتفاع فشرده بسیار کمی در دسترس است - فنر موجی یا فنرهای دیسکی انباشته
نیرو باید در طول مسافت طولانی صاف بماند - فنر نیروی ثابت

سوالات متداول

رایج ترین نوع فنر چیست؟

فنرهای فشاری گسترده‌ترین نوع تولید شده‌اند، زیرا نیروی فشاری مستقیم، بیشترین سهم کاربردهای مکانیکی و مصرفی، از قلم‌ها تا هسته‌های تشک را پوشش می‌دهد.

فنر فشاری چه تفاوتی با فنر اکستنشن دارد؟

فنر فشاری در برابر فشرده شدن مقاومت می‌کند و سیم‌پیچ‌های آن در حالت استراحت از هم جدا می‌شوند، در حالی که یک فنر کششی در برابر کشیده شدن مقاومت می‌کند و سیم‌پیچ‌های آن در حالت استراحت معمولاً با انتهای قلاب‌دار یا حلقه‌ای برای نصب در کنار هم قرار می‌گیرند.

آیا یک دستگاه فنر می تواند بیش از یک نوع فنر تولید کند؟

بله. بیشتر ماشین‌های فنر CNC مدرن به جای بازسازی مکانیکی برای جابجایی بین فشرده‌سازی، گسترش و شکل‌دهی پیچشی مجدداً برنامه‌ریزی می‌شوند، زیرا تفاوت به تغییرات ابزار و پارامترهای سیم پیچ، گام و خمش در نرم‌افزار کنترل به‌روزرسانی می‌شود.

چرا برخی از فنرها به جای بدنه سیم پیچ در قلاب ها یا پایه ها خراب می شوند؟

خم ها استرس را به مراتب بیشتر از یک سیم پیچی صاف متمرکز می کنند، بنابراین قلاب های روی فنرهای کششی و پایه های روی فنرهای پیچشی معمولاً اولین نقطه خرابی در دوچرخه سواری مکرر هستند، به همین دلیل است که هندسه قلاب و پایه به اندازه خود سیم پیچ توجه طراحی را به خود جلب می کند.

آیا واقعاً فنرهای موجی جایگزین فنرهای سیم پیچ در همان فضا می شوند؟

در بیشتر موارد مقاوم سازی، بله - فنر موجی می تواند نیروی قابل مقایسه ای را به فنر فشاری سیم پیچ وارد کند در حالی که تقریباً یک سوم تا نیمی از ارتفاع فشرده را به خود اختصاص می دهد، به همین دلیل است که آنها در طرح های بلبرینگ و اتصال دهنده با فضای محدود رایج هستند.

شاخص بهار چیست و چرا اهمیت دارد؟

شاخص فنر نسبت قطر سیم پیچ به قطر سیم است. شاخص کم به معنای فنر محکم پیچ‌خورده با تمرکز تنش بالاتر در لبه داخلی سیم‌پیچ است، در حالی که شاخص بالا به معنای فنری با پیچ‌خوردگی شل است که شکل‌دهی آسان‌تری دارد اما بیشتر مستعد کمانش و گره خوردن است – اکثر طرح‌های کاربردی برای تعادل در تولید و کارایی در محدوده متوسط قرار دارند.

آیا شات پینینگ واقعاً تفاوت قابل اندازه‌گیری در زندگی بهاری ایجاد می‌کند؟

بله، برای فنرهایی که بارگذاری پرتنش و سیکل بالایی دارند. تنش پسماند فشاری وارد شده در سطح سیم در برابر تنش کششی که باعث ایجاد ترک‌های خستگی می‌شود، مقاومت می‌کند، به همین دلیل است که شات پنینگ یک روش استاندارد برای کاربردهای سخت مانند فنرهای شیر خودرو است، حتی اگر یک مرحله فرآیند ثانویه را اضافه کند.

چرا یک طرح فنر یکسان گاهی اوقات بین دسته های تولیدی رفتار متفاوتی دارد؟

سختی و قطر سیم می‌تواند بین قطعات آسیاب حتی در محدوده تحمل پذیرفته شده کمی متفاوت باشد، به همین دلیل است که تولیدکنندگان ثابت، نمونه‌ای از هر دسته را بر روی تستر جابه‌جایی نیرو آزمایش می‌کنند، نه اینکه فرض کنند انطباق ابعادی به تنهایی بار و نرخ ثابت را تضمین می‌کند.

زبان

اخبار