ข่าวสารและกิจกรรม

เครื่องคำนวณแรงเฉือน: สูตรการคำนวณและหลักการทำงาน

เครื่องคำนวณแรงเฉือนของ SHENCHONG ช่วยในการกำหนดแรงที่จำเป็นในการตัดหรือเฉือนวัสดุ ซึ่งโดยทั่วไปใช้ในกระบวนการต่างๆ เช่น การตัดแผ่นโลหะ การเจาะ หรือการเฉือนอื่นๆ แรงเฉือนของแผ่นโลหะคือแรงที่ใบมีดของเครื่องตัดเฉือนกระทำกับแผ่นโลหะ ซึ่งทำให้แผ่นโลหะเสียรูปตามทิศทางการเฉือนและแตกหักในที่สุด

สูตรคำนวณแรงเฉือนของแผ่นโลหะนั้นส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับความแข็งแรงในการเฉือนของวัสดุ ความหนาของแผ่นโลหะ และความยาวของการตัด การทำความเข้าใจหลักการเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบกระบวนการเฉือนอย่างมีประสิทธิภาพ การปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และการรับประกันคุณภาพในการประมวลผล

1. แรงเฉือนแผ่นโลหะคืออะไร?

แรงเฉือนคือแรงที่กระทำบนพื้นผิวของวัตถุและขนานกับพื้นผิว ซึ่งพยายามที่จะทำให้เกิดการเลื่อนหรือการเสียรูปของโครงสร้างภายในของวัตถุ กล่าวโดยย่อ แรงเฉือนคือแรงที่ทำให้วัตถุเสียรูปจากการเฉือน

เมื่อแรงเฉือนกระทำต่อวัตถุ จะเกิดแรงที่ต้านทานการเสียรูปจากการเฉือนขึ้นภายในวัตถุ ซึ่งเรียกว่าแรงเฉือน หากแรงเฉือนเกินกว่าความแข็งแรงในการเฉือนของวัสดุ วัตถุนั้นจะถูกเฉือนหรือแตกหัก

แรงเฉือนแผ่นโลหะหมายถึงแรงที่ใบมีดของเครื่องตัดหรือเครื่องมืออื่นๆ กระทำกับแผ่นโลหะเมื่อตัดแผ่นโลหะ แรงนี้จะกระทำบนพื้นผิวของแผ่นโลหะและตามทิศทางการตัด ทำให้วัสดุโลหะเกิดการเสียรูปและแตกหักภายใต้การกระทำของใบมีด จึงทำให้สามารถตัดได้

2. หลักการทำงานของแรงเฉือน

หลักการของแรงเฉือนบนแผ่นโลหะเกี่ยวข้องกับแรงที่เครื่องมือเฉือน (เช่น ใบมีดของเครื่องตัด) ใช้เฉือนแผ่นโลหะในระหว่างกระบวนการเฉือน ซึ่งทำให้แผ่นโลหะเกิดการเสียรูปถาวร และในที่สุดแตกและแยกออกจากกัน

กระบวนการนี้ทำให้แผ่นโลหะแตกตามแนวเฉือนเนื่องจากแรงเฉือนของวัสดุ ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการของแรงเฉือนบนแผ่นโลหะ

1) หลักการพื้นฐานของแรงเฉือน

เมื่อแรงเฉือนกระทำต่อแผ่นโลหะ แรงเฉือนจะทำให้วัสดุเกิดการเสียรูป การเสียรูปจากการเฉือนหมายถึงการเลื่อนของชั้นต่างๆ ของวัตถุ ไม่ใช่การยืดหรือการบีบอัด เมื่อแรงเฉือนเกินความแข็งแรงในการเฉือนของวัสดุโลหะ วัสดุจะแตกหักตามทิศทางการเฉือน

2) กระบวนการของแรงเฉือน

กระบวนการตัดแผ่นโลหะสามารถแบ่งได้เป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

- การใช้แรงเฉือน

ที่ เครื่องตัดแผ่น ใบมีดตัด (เช่น ใบมีดป้อน แม่พิมพ์ ฯลฯ) จะใช้แรงขนานกับพื้นผิวแผ่นกับแผ่นโลหะ แรงเฉือนจะกระทำบนพื้นผิวของแผ่นและกระจายอย่างสม่ำเสมอภายในพื้นที่เฉือนที่กำหนด

- การสร้างแรงเฉือน

เมื่อใบมีดสัมผัสแผ่นโลหะ แรงเฉือนจะกระทำกับพื้นผิวโลหะผ่านพื้นผิวสัมผัส ทำให้เกิดแรงเฉือน

สูตรคำนวณความเค้นเฉือน

แรงเฉือนหมายถึงแรงเฉือนต่อหน่วยพื้นที่ และมีสูตรดังนี้:

τ= เอ/เอฟ

ที่ไหน:

τ: แรงเฉือน (หน่วย: Pa)

F: แรงเฉือน (หน่วย: N)

A: พื้นที่เฉือน (หน่วย: ตร.ม.)

- การเสียรูปของวัสดุพลาสติก

โลหะจะผ่านการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นเบื้องต้น (การเปลี่ยนรูปแบบเล็กน้อย) ภายใต้แรงเฉือน และหากแรงยังคงเพิ่มขึ้นต่อไป วัสดุจะเข้าสู่ขั้นตอนการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก

ในระหว่างขั้นตอนการเสียรูปพลาสติก โซ่โมเลกุลของวัสดุจะเริ่มลื่น ส่งผลให้เกิดการเสียรูปถาวร และการไหลของพลาสติกจะเกิดขึ้นในบริเวณเฉพาะของโลหะ

- การแตกหักของวัสดุ

เมื่อแรงเฉือนที่ใช้เกินกำลังเฉือนของวัสดุ โลหะจะแตกร้าว การแตกร้าวนี้เกิดขึ้นตามทิศทางการเฉือน (เช่น แนวตัดของใบมีด) และแผ่นโลหะจะถูกตัดออกเป็นสองส่วน

- กระบวนการหลังการตัด

ภายหลังการเฉือนเสร็จสิ้น ขอบของแผ่นโลหะอาจมีเสี้ยนหรือการเสียรูปไม่สม่ำเสมอ ซึ่งโดยปกติแล้วต้องใช้การประมวลผลรอง

3) กลไกทางกายภาพในกระบวนการเฉือน

กระบวนการเฉือนแผ่นโลหะสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 กลไกทางกายภาพ:

- เวทียืดหยุ่น

เมื่อแรงเฉือนมีขนาดเล็กมาก แผ่นโลหะจะเกิดการเสียรูปยืดหยุ่นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แรงจะแปรผันตามการเสียรูปนั้น และวัสดุจะไม่เกิดการเสียรูปถาวร

- เวทีพลาสติก

เมื่อแรงเฉือนเพิ่มขึ้น แผ่นโลหะจะเข้าสู่ขั้นตอนพลาสติก และโครงสร้างภายในของวัสดุจะเริ่มลื่น ในเวลานี้ โครงสร้างตาข่ายของโลหะจะผิดรูป และวัสดุจะแสดงลักษณะการไหลของพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญ

- ระยะกระดูกหัก

เมื่อแรงเฉือนถึงหรือเกินกำลังเฉือนของวัสดุ วัสดุก็จะเริ่มแตกร้าว โดยทั่วไปการแตกร้าวจะเกิดขึ้นตามพื้นผิวที่เฉือน (นั่นคือ บริเวณที่ใบมีดสัมผัส) และอาจมีเสี้ยนหรือขอบที่ไม่สม่ำเสมอร่วมด้วย

หลักการของแรงเฉือนบนแผ่นโลหะคือ ใบมีดเฉือนจะใช้แรงกับแผ่นโลหะ ทำให้แผ่นโลหะเสียรูปตามทิศทางการเฉือนและแตกหักในที่สุด ขนาดของแรงเฉือนขึ้นอยู่กับความแข็งแรงในการเฉือนของวัสดุ ความหนาของแผ่นโลหะ ความยาวในการเฉือน และเงื่อนไขการประมวลผลอื่นๆ การทำความเข้าใจหลักการเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบกระบวนการเฉือนอย่างมีประสิทธิภาพ การปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และการรับประกันคุณภาพการประมวลผล

2. คำนวณแรงเฉือนอย่างไร?

ข้อควรพิจารณาขั้นสูง:

ในบางกรณี แรงเฉือนอาจได้รับอิทธิพลจากปัจจัยเพิ่มเติม เช่น:

– การเตรียมขอบ: การเตรียมขอบอย่างถูกต้องจะช่วยลดแรงในการตัดได้

– การชุบแข็งจากการทำงาน: ในโลหะบางชนิด วัสดุใกล้กับคมตัดอาจเกิดการชุบแข็งจากการทำงาน ซึ่งอาจเพิ่มแรงเฉือนได้

– ความเหนียว: วัสดุที่มีความเหนียวมากกว่า (เช่น อะลูมิเนียม) อาจต้องใช้แรงน้อยกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุที่เปราะ (เช่น เหล็กหล่อ) เนื่องจากวัสดุประเภทนี้จะเสียรูปได้ง่ายกว่าภายใต้แรงเฉือน

ขั้นตอนที่ 1: ระบุความแข็งแรงในการเฉือน (τs)

จะต้องทราบหรือตรวจสอบความแข็งแรงในการเฉือนของวัสดุ ค่าทั่วไปของวัสดุมีดังนี้:

– เหล็กอ่อน: τ_ส=250 เมกะปาสคาล=(250 × 10⁶ป๊า)

– อลูมิเนียม: τ_ส=140เมกะปาสคาล

– สแตนเลสสตีล: τ_ส=350เมกะปาสคาล

ขั้นตอนที่ 2: วัดความหนา (t) ของวัสดุ

วัดความหนาของแผ่นหรือชิ้นงานที่จะตัด

ขั้นตอนที่ 3: วัดหรือกำหนดความยาวการตัด (L)

นี่คือความยาวรวมของวัสดุที่จะถูกตัดระหว่างการตัด หากคุณกำลังตัดเป็นเส้นตรงตามแผ่น ความยาวในการตัดคือความยาวรวมของการตัด

ขั้นตอนที่ 4: คำนวณแรงเฉือน

ตอนนี้แทนค่าลงในสูตร

3. เครื่องคำนวณแรงเฉือนแผ่นโลหะและสูตร

เครื่องคำนวณแรงเฉือนของแผ่นโลหะนั้นส่วนใหญ่จะใช้ความแข็งแรงในการเฉือนของวัสดุ ความหนาของแผ่นโลหะ และความยาวของการตัด ต่อไปนี้คือสูตรคำนวณแรงเฉือนของแผ่นโลหะที่ใช้กันทั่วไป:

1) เครื่องคำนวณแรงเฉือน

แรงเฉือน F ของแผ่นโลหะสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

ฟ=τ_ส⋅ต⋅ล

ที่ไหน:

F: แรงเฉือน (หน่วย: นิวตัน, N)

τ_ส: ความแข็งแรงในการเฉือนของวัสดุ (หน่วย: ปาสกาล Pa หรือ N/m²) นี่คือความแข็งแรงผลผลิตหรือความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุโลหะในสถานะเฉือน ซึ่งโดยปกติจะระบุโดยคู่มือวัสดุหรือข้อมูลการทดลอง

t: ความหนาของแผ่นโลหะ (หน่วย: เมตร, ม.)

L: ความยาวเฉือน (หน่วย: เมตร, ม.) นั่นคือ ความยาวของแนวตัดที่ใบมีดสัมผัสกับแผ่นโลหะ

2) ตัวอย่างการคำนวณแรงเฉือน

สมมุติว่าเราต้องเฉือนแผ่นเหล็ก:

– ความแข็งแรงในการเฉือน: τ_ส=250MPa (เช่น 250×10⁶ป๊า)

– ความหนาของแผ่น: t=10mm=0.01m

– ความยาวเฉือน: L=1 ม.

แรงเฉือนคำนวณได้ดังนี้:

เอฟ=250×10⁶⋅0.01⋅1=2.5×10⁶N=2500 กิโลนิวตัน

ดังนั้นแรงเฉือนที่ต้องการคือ 2500 kN

3) สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้

สูตรการคำนวณนี้ใช้ได้กับการเฉือนด้วยใบมีดเดี่ยว นั่นคือ ใบมีดจะตัดตามทิศทางเดียวของแผ่น และพื้นที่การเฉือนโดยปกติจะเป็นแบบเส้นตรง

4. การประยุกต์ใช้การคำนวณแรงเฉือนโลหะในทางปฏิบัติ

ในการผลิตจริง นอกเหนือจากสูตรพื้นฐานข้างต้นแล้ว จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้ด้วย:

คุณภาพและการออกแบบใบมีด:

ใบมีดที่คมจะต้องใช้แรงเฉือนน้อยกว่า ส่วนมุม ความคม และลักษณะแรงเสียดทานของใบมีดจะส่งผลต่อขนาดของแรงเฉือน

การเตรียมการเบื้องต้นของวัสดุแผ่น:

การอบชุบด้วยความร้อนและการอบอ่อนของวัสดุอาจทำให้ความแข็งแรงในการเฉือนเปลี่ยนแปลงไป

การเฉือนหลายชั้น:

หากเป็นการเฉือนแผ่นโลหะหลายชั้นจำเป็นต้องคำนวณแรงเฉือนของแต่ละชั้นแยกกันและสรุปรวมกัน

ความเร็วในการเฉือนและอุณหภูมิ:

ความแข็งแรงในการเฉือนของโลหะจะลดลงที่อุณหภูมิสูง และโดยปกติแล้วจะต้องอาศัยแรงเฉือนน้อยลง

5. บทสรุป

เครื่องคำนวณแรงเฉือนเป็นเครื่องมือที่ใช้คำนวณแรงที่จำเป็นในการเฉือนหรือตัดผ่านวัสดุ โดยทั่วไปจะใช้ในงานวิศวกรรม เช่น การตัดเฉือน การตัดโลหะ หรือการวิเคราะห์โครงสร้าง การคำนวณโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ ความหนา และรูปทรงของเครื่องมือตัด

การทำความเข้าใจหลักการเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบกระบวนการเฉือนอย่างมีประสิทธิภาพ การปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และการรับประกันคุณภาพการประมวลผล หากคุณมีคำถามเฉพาะหรือสถานการณ์การใช้งานอื่นๆ โปรดสอบถามต่อไป!

คลิกที่นี่เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตัดโลหะ:

เครื่องตัดคืออะไร?

วิธีการคำนวณแรงเฉือนของแผ่นโลหะ

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความแม่นยำของเครื่องตัดเพลท