Innhold
Når du skjærer gjennom ting, vil du forsikre deg om at kniven gjør snittet. Det kan være vanskelig å bruke kniver for å skjære gjennom materiale som metall, hvis du ikke vet hvor sterk kniven din trenger å være. Du kan bruke skjærkraftligningen for å finne ut hvor mye kniver som brukes når du produserer materialer som folie eller metall mens du lærer om den underliggende fysikken som er involvert i skjæring. Dette kan gi deg en ide om kraften som kreves for å kutte en ledning eller annet materiale.
Beregning av skjærekraft på kniv
Skjæringsprosessen som produserer metaller som produksjonsanlegg bruker, involverer en skjærkraft av metall som sikrer at metall blir kuttet riktig. Prosessen kalles blanking, der en maskin kjent som en dyse utøver en skjærkraft, som ingeniører kaller en "stanse" på platematerialet som skal produseres.
Ordet "die" kan også brukes til å referere til den delen av maskinen som mottar selve stansen eller platen med formen som skal stanses ut. Under blanking kan du beregne skjærkraften til denne stansen ved å bruke ligningen F = l × t × s for skjærkraften F, lengden på arket som skal skjæres l i millimeter, platetykkelse t i millimeter og skjærstyrke s i N / mm2. Du finner en tabell med skjærfasthetsverdier for forskjellige materialer som messing eller kobber på nettstedet til Austek Design her.
Ingeniører bruker ofte skjærfasthet i prosent av materialets strekkfasthet, motstanden til et materiale mot brudd når det er under trykk. Skjærfasthet som 80 prosent av strekkfastheten er bra for generell bruk av skjærkraftsligningen for å fungere, men aluminium brukes ofte med 50 prosent, kaldvalsestål med 80 prosent og rustfritt stål, 90 prosent. Under blanking kalles materialet som stanses gjennom metallplaten et "blankt".
Bestemme en skjæringsstyrkesligning
Undersøkelse av skjærkraft for disse materialene kan la forskere og ingeniører komme med mer detaljerte, kompliserte likninger for å bestemme skjærstyrke under forskjellige forhold og ved forskjellige ulemper. Skjærkraften til et blad vil avhenge av vinkelen mellom bladet og overflaten, friksjonskraften mellom bladet og maskinen og den elastiske rekylkraften som maskinmaterialet selv utøver som svar på å bli bøyd og deformert.
Å forstå denne kraften sammen med hvordan materialet danner en "chip" som materialet skiller fra emnet, kan gi deg en bedre ide om disse mer kompliserte likningene. Dette avhenger av hvordan tennene på bladet samvirker med tilførselen til selve blindmaterialet.
Disse styrkene adlyder Newtons tredje lov om bevegelse: Hver handling har en like og motsatt reaksjon. De elastiske rekyl- og sponformasjonskreftene er begge reaksjoner fra blindemaskineriet på et blad som treffer overflaten. Skjærkraften balanserer sponformasjonskreftene, og den elastiske rekylen er som respons på trykket fra blendingskraften. Ved å studere disse kreftene kan ingeniører produsere folie, metall, papir, ile, plastfilm og ledning gjennom skjærkraften til maskinene.
Skjærekraft av saks
Du trenger ikke en blindmaskin i stuen din for å studere skjærkraft. Saks, laget av et blad, bærebjelke og et håndtak, utøver en skjærkraft på samme måte som en spak ville gjort. Hodepunktet, der de to hendene på saksene er samlet, lar deg fordele vekt gjennom håndtakene slik at du kan kutte materialer som papir eller ledning. Når skjærspenningen er større enn materialenes skjærfasthet, kutter saksene.
Men selv den enkle skjærekraften til saks kan gi potensialet for vitenskapelig oppdagelse. Biomedisinske ingeniører produserer modeller av krefter som saks utøver når de kutter biologiske materialer for bruk i kirurgisk simulering. Disse modellene beskriver kontakt- og bruddmekanikken når saks kuttes for å studere deformasjon og brudd på saks. De kan deretter teste disse modellene i eksperimentelle omgivelser ved å kutte papir, plast, klut og andre materialer.