قطعات وسیله نقلیه چگونه طراحی می‌شوند تا سال‌ها بدون مشکل کار کنند؟ باید بدانید که کربن تولید شده به‌شکل گرافیت نقش کلیدی در ساخت قطعات حیاتی خودرو ایفا می‌کند.
به‌کارگیری گرافیت در قطعاتی مانند بوش، باتری و لنت ترمز مزایای فراوانی دارد. نقش گرافیت در تولید قطعات خودرو بسیار مهم است، زیرا به این قطعات کمک می‌کند تا در برابر سایش مقاومت کنند، گرما را از بین ببرند و بی‌سر و صدا کار کنند.
خودروسازان به‌طور مداوم به‌دنبال راه‌هایی برای بهبود دوام و کارایی خودرو هستند و یک روش مقرون به‌صرفه، استفاده از گرافیت در تولید قطعات خودرو است.
در این مقاله، یاد خواهید گرفت که چگونه گرافیت، تولید قطعات خودرو را با کارایی بالا ممکن می‌سازد. همچنین خواص همه کاره این ماده کربنی و موارد استفاده تخصصی آن را بررسی خواهیم کرد.
گرافیت چیست و ویژگی‌های کلیدی آن
گرافیت شکل طبیعی کربن کریستالی با ساختار اتمی لایه‌ای مشخص است. اتم‌های کربن موجود در گرافیت در صفحاتی از یک شبکه شش ضلعی قرار گرفته‌اند. این ساختار لایه‌ای اجازه می‌دهد تا ورق‌ها به‌راحتی روی یکدیگر بلغزند و به گرافیت بافت نرم و لغزنده آن را می‌دهند. شبکه گسترده الکترون‌ها در داخل و بین لایه‌ها نیز گرافیت را به یک رسانای الکتریکی و حرارتی عالی تبدیل می‌کند.
برخی از ویژگی‌های کلیدی که گرافیت را برای تولید قطعات خودرو ارزشمند می‌سازد، ماهیت خود روان‌کنندگی، تحمل دمای بالا و توانایی در کاهش نویز و لرزش است. گرافیت ضریب اصطکاک پایینی دارد، به این معنی که اثر روان کنندگی بالایی در طبیعت ساخت آن وجود دارد. این روانکاری به گرافیت اجازه می‌دهد تا اصطکاک و سایش بین قطعات متحرک موتور را کاهش دهد. گرافیت همچنین دارای مقاومت حرارتی بالایی است و استحکام و پایداری خود را حتی در دماهای بسیار بالا در داخل محفظه‌های احتراق حفظ می‌کند. علاوه بر این، گرافیت قادر به کاهش نویز و لرزش موتورها و سایر اجزای خودرو است. این ویژگی‌های مهم، نقش گرافیت را به ماده‌ای همه کاره برای استفاده‌های مختلف در وسایل‌نقلیه تبدیل می‌کند.
نقش گرافیت در تولید قطعات خودرو شامل استفاده از آن در قطعات اصطکاکی، باتری‌ها، واشرها و لنت ترمز است. خواص روان‌کنندگی طبیعی گرافیت در بوش‌ها، بلبرینگ‌ها، لنت‌های ترمز و سایر اجزایی که نیاز به محافظت در برابر سایش دارند، به‌کار گرفته می‌شود. رسانایی الکتریکی آن باعث می‌شود که به‌عنوان یک ماده الکترود در باتری‌های سرب اسیدی خودرو مفید باشد. واشر گرافیتی از نشتی بین قطعات موتور جلوگیری می‌کند. گرافیت اضافه شده به لنت ترمز باعث بهبود مقاومت حرارتی و جلوگیری از اتلاف در هنگام ترمز می‌شود. نقش گرافیت در تولید قطعات خودرو فراوان است به طوری که آن را به ماده‌ای مهم برای بهبود عملکرد و دوام بسیاری از قطعات حیاتی خودرو تبدیل کرده است.
قطعات کلیدی ساخته شده خودرو با گرافیت
موتور و اجزای انتقال
چندین قطعه حیاتی در موتورهای خودرو و کامیون وجود دارد که از گرافیت برای افزایش کارایی و طول عمر استفاده می‌کنند. روانکاری و مقاومت حرارتی خوب گرافیت آن را برای قطعاتی که به‌همراه اصطکاک، سایش و تولید گرما زیاد هستند، مناسب می‌کند.
رینگ‌های پیستون حاوی گرافیت، به مهر و موم شدن حلقه‌ها بر دیواره‌های سیلندر کمک کرده و در عین حال اصطکاک روی دیواره‌ها را کاهش می‌دهند که منجر به بهبود تراکم و راندمان موتور می‌شود. گرافیت همچنین به حلقه‌ها در مقاومت در برابر حرارت زیاد در محفظه‌های احتراق کمک می‌کند. بوش‌های به‌کار رفته در سرتاسر موتور و گیربکس حاوی پرکننده‌های گرافیتی یا پوشش‌های گرافیتی روی سطوح خود هستند؛ این به آنها اجازه می‌دهد تا به درستی حرکت‌های چرخان را بدون سایش و گرمای بیش از حد تحمل کنند.
قطعات سیستم الکتریکی
رسانایی الکتریکی گرافیت آن را به یک ماده کلیدی در ساخت اجزای الکتریکی وسایل‌نقلیه تبدیل کرده است. برس‌های مورد استفاده در دینام‌ها و استارت اغلب از بلوک‌های گرافیت ساخته‌شده‌اند. این قطعات نیاز به انتقال جریان الکتریکی بالایی دارند و گرافیت رسانایی مطلوب را برای این نیاز فراهم می‌کند. گرافیت با وجود ارائه سطح رسانای مناسب، در عین حال در برابر اصطکاک و سایش در طول زمان مقاومت بالایی دارد که آن را بسیار مقرون به‌صرفه می‌کند. صفحات سربی در باتری‌های سرب اسیدی معمولی نیز از گرافیت برای بهبود رسانایی و مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌کنند. گرافیت به باتری‌ها اجازه می‌دهد تا توان خروجی قوی و قابل اعتمادی را ارائه دهند.
اجزای سیستم ترمز
برای ترمزها، گرافیت معمولاً به‌عنوان افزودنی در لنت استفاده می‌شود. مخلوط کردن پودر گرافیت در مواد آلی سازنده پوشش ترمز، مزایای مهمی را به‌همراه دارد، گرافیت به لنت ترمز کمک می‌کند تا هنگام ترمزگیری، گرما را سریع‌تر از بین ببرد. این امر احتمال گرم شدن بیش از حد و محو شدن ساختار لنت ترمز را کاهش می‌دهد. گرافیت همچنین سطح لنت ترمز را با جایی که با آن در تماس خواهد شد، روان می‌کند، به همین دلیل این نقطه تماس صاف خواهد شد و باعث ایجاد صدای کمتر در هنگام ترمز می‌شود.
انواع واشر و پوشش در سراسر خودرو
گرافیت به‌دلیل تراکم پذیری و توانایی پر کردن شکاف‌های کوچک، معمولاً در مواد مورد استفاده برای واشرها و درزگیرها ادغام می‌شود. واشرهای سرسیلندر بین موتور و سرسیلندر قرار دارند. این پوشش‌ها، محفظه‌های احتراق را آب بندی می‌کنند و از نشت گازها به بیرون جلوگیری می‌کنند. گرافیت به طور معمول به فولاد چند لایه مورد استفاده در واشرهای سرسیلندر اضافه می‌شود، به طوری که به پر کردن حفره یا فرسایش بین سطوح کمک می‌کند و اطمینان می‌دهد که قابلیت عدم نشت حفظ می‌شود.
درزگیرهای روغن و اورینگ‌های ساخته شده از الاستومرها نیز دارای پودر گرافیت هستند تا از نشت احتمالی روغن محافظت کنند. واشرهای پوشش سوپاپ نیز از پرکننده‌های گرافیتی بهره می‌برند. فشرده‌سازی گرافیت به آنها اجازه می‌دهد تا با وجود احتمال نقص‌های ظریف ماشینکاری در اجزای فلزی، به‌طور مؤثر آب‌بندی شوند تا از نشت روغن جلوگیری کنند.
فرآیندهای اصلی تولید برای ترکیب گرافیت در قطعات خودرو
قالب‌گیری پودر گرافیت به قطعات
یکی از روش‌های استفاده و نقش گرافیت در تولید قطعات خودرو، قالب‌گیری پودر گرافیت به‌طور مستقیم در اجزای نهایی است. این شامل فشرده‌سازی پودر گرافیت به‌شکل‌های مورد نظر قبل از پخت مواد برای تشکیل یک ساختار جامد است.
فرآیند متالورژی پودر، با پودر گرافیت ریز آسیاب شده شروع می‌شود که در قالب ریخته می‌شود و تحت فشارهای بالا فشرده می‌شود. این پودر را با ابعاد دقیق قالب ترکیب می‌کنند، سپس اجزای قالب‌گیری شده تا دمای 700 درجه سانتی‌گراد بدون ذوب شدن گرافیت گرم می‌شوند. این فرآیند جوشی باعث پیوند بیشتر مواد و افزایش چگالی و استحکام قطعه می‌شود. نتیجه نهایی، تولید اجزای گرافیتی بادوام مانند بوشینگ ها، بلبرینگ‌ها و رینگ‌های پیستون آماده نصب است. تکنیک‌های قالب‌گیری، سازندگان را قادر می‌سازد تا قطعات گرافیتی با ساختار شبکه‌ای را شکل دهند که به حداقل ماشینکاری اضافی نیاز دارند.
اعمال پوشش‌های گرافیتی
در این روش به‌جای قالب‌گیری کل قطعات گرافیتی، سازندگان پوشش‌های نازک گرافیتی را روی سطوح اجزا اعمال می‌کنند. تکنیک‌هایی مانند برس زدن، اسپری کردن و غوطه وری می‌توانند لایه‌های گرافیت صاف با ضخامت‌های کنترل شده را بر سطح اجزا رسوب دهند.
روش برس زدن قطعات را با ضربات مکرر یک برس پر از گرافیت پوشش می‌دهد. روش پاشش گرافیت را با پخش گسترده به سطح محصول می‌چسباند. غوطه وری شامل غوطه‌ور شدن بخش‌هایی از یک جزء در گرافیت مایع است. همه این روش‌ها می‌توانند به‌سرعت لایه‌های گرافیتی مقاوم در برابر سایش را روی سطوح مهم مانند رکاب‌های پیستون قرار دهند.
روکش‌های گرافیت روان‌کننده به میزان زیادی عمر سایش و هدایت گرما را در موتورهای متحرک و عناصر انتقال بهبود می‌بخشد. لایه‌های نازک گرافیتی نیز به بهبود آب‌بندی واشر کمک می‌کنند. پوشش‌های گرافیتی دقیق عملکرد دستگاه را بدون تغییر تلورانس‌های ابعادی افزایش می‌دهند.
افزودن پرکننده‌های گرافیتی به لنت و واشر ترمز
سازندگان اغلب گرافیت را به‌عنوان ماده پرکننده مخلوط به رزین‌های آلی مورد استفاده در لنت ترمز و واشر اضافه می‌کنند. گرافیت پودری در حین تولید لنت ترمز و واشر با رزین‌های فنولیک و سایر مواد اتصال دهنده ترکیب می‌شود. پودر گرافیت 10-30 درصد از کل مخلوط را تشکیل می‌دهد.
اختلاط ذرات ریز گرافیت در ترکیبات آلی، برخی از خواص مفید گرافیت را به محصول نهایی اضافه می‌کند. گرافیت اتلاف گرما و روانکاری لنت ترمز را بهبود می‌بخشد و به واشرها کمک می‌کند تا بهتر برای جلوگیری از نشت آب‌بندی شوند. دیگر رزین‌های اتصال دهنده، از پوسته پوسته شدن پودر گرافیت خشک جلوگیری می‌کنند تا امکان ادغام پایدار پرکننده‌های گرافیتی در اجزای ترمز و واشر فراهم شود.
جمع‌بندی
نقش گرافیت در تولید قطعات خودرو فراوان است و این ماده کربنی به جزء جدانشدنی از صنعت خودرو تبدیل شده است. روانکاری، مقاومت در برابر دما، ضد نویز بودن و سایر ویژگی‌ها باعث بهبود عملکرد و طول عمر اجزای مهم موتور، انتقال الکتریکی، واشرها، ترمز و… می‌شود. تولیدکنندگان از فرآیندهایی مانند قالب‌گیری با گرافیت، اعمال پوشش‌های گرافیتی و استفاده از پرکننده‌های گرافیتی برای تولید یا بهبود قطعات مختلف استفاده می‌کنند.
