目次
SHENCHONGせん断力計算機は、材料の切断またはせん断に必要な力の算出に役立ちます。これは通常、板金の切断、打ち抜き、その他のせん断作業などの工程で使用されます。金属板のせん断力とは、せん断機の刃によって金属板に加えられる力であり、この力によって金属板はせん断方向に沿って変形し、最終的には破断に至ります。
金属板のせん断力の計算式は、主に材料のせん断強度、板厚、切断長さに基づいています。これらの原理を理解することは、せん断工程を効果的に設計し、生産効率を向上させ、加工品質を確保するために不可欠です。
1.板金せん断力とは何ですか？
せん断力とは、物体の表面に作用し、表面と平行な力で、物体の内部構造に相対的な滑りや変形を起こそうとする力です。つまり、せん断力とは、物体にせん断変形を引き起こす力です。
物体にせん断力が作用すると、物体内部にはせん断変形に抵抗する応力が生じます。これをせん断応力といいます。せん断力が材料のせん断強度を超えると、物体はせん断されたり、破壊されたりします。
金属板のせん断力とは、金属板を切断する際に、せん断機の刃やその他の工具によって金属板に加えられる力を指します。この力は金属板の表面と切断方向に沿って作用し、刃の作用によって金属材料が塑性変形して破壊することで、切断が達成されます。
2. せん断力の作用原理
金属板のせん断力の原理は、せん断プロセス中にせん断ツール（せん断機の刃など）によって金属板に加えられる力によって、金属板が塑性変形し、最終的に破損して分離することです。
このプロセスにより、金属板は材料のせん断応力によってせん断線に沿って破断します。以下では、金属板におけるせん断力の原理について詳しく説明します。
1) せん断力の基本原理
金属板にせん断力が作用すると、材料はせん断変形を起こします。せん断変形とは、物体の層間の相対的な滑りであり、伸張や圧縮ではありません。せん断力が金属材料のせん断強度を超えると、材料はせん断方向に沿って破壊します。
2) せん断力の過程
金属板のせん断プロセスは次の段階に分けられます。
- せん断力を加える
の プレートシャーリングマシン 切断刃（送り刃、ダイなど）は、金属板に板面と平行な力を加えます。せん断力は板面に作用し、一定のせん断領域内で均一に分散されます。
- せん断応力の発生
刃が金属板に接触すると、接触面を通して金属表面にせん断力が作用し、せん断応力が発生します。
せん断応力の計算式
せん断応力は単位面積あたりのせん断力を指し、式は次のとおりです。
τ= A/F
どこ：
τ: せん断応力（単位：Pa）
F: せん断力（単位：N）
A: せん断面積（単位：m²）
- 材料の塑性変形
金属はせん断力を受けると最初に弾性変形（小さな変形）を起こし、力がさらに増加すると塑性変形の段階に入ります。
塑性変形の段階では、材料の分子鎖が滑り始め、永久変形が生じ、金属の局所領域で塑性流動が発生します。
- 材料の破壊
加えられたせん断力が材料のせん断強度を超えると、金属は破断します。この破断はせん断方向（つまり刃の切断線）に沿って発生し、金属板は2つの部分に切断されます。
- 切断後の処理
せん断が完了した後、金属板の端には不規則なバリや変形が残ることがあり、通常は二次加工が必要になります。
3) せん断過程における物理的メカニズム
金属板のせん断プロセスは、次の 3 つの物理的メカニズムに分けられます。
- 弾性ステージ
せん断力が非常に小さい場合、金属板は小さな弾性変形のみを受け、力は変形に比例し、材料は永久変形しません。
- プラスチックステージ
せん断力が増加すると、金属板は塑性段階に入り、材料の内部構造が滑り始めます。このとき、金属の格子構造が変形し、材料は顕著な塑性流動特性を示します。
- 骨折段階
せん断力が材料のせん断強度に達するかそれを超えると、材料は破壊し始めます。破壊は通常、せん断面（つまり、刃が接触する部分）に沿って発生し、バリや不規則なエッジを伴うことがあります。
金属板に作用するせん断力の原理は、せん断刃が金属板に力を加えることで、板がせん断方向に沿って変形し、最終的に破断に至るというものです。せん断力の大きさは、材料のせん断強度、板厚、せん断長さ、その他の加工条件に依存します。これらの原理を理解することは、せん断工程を効果的に設計し、生産効率を向上させ、加工品質を確保するために不可欠です。
2. せん断力を計算するには?
高度な考慮事項:
場合によっては、せん断力は次のような追加の要因によって影響を受けることがあります。
– 刃先の準備: 刃先を適切に準備すると、切削力を軽減できます。
– 加工硬化: 一部の金属では、刃先近くの材料が加工硬化し、せん断力が増加する可能性があります。
– 延性: 延性の高い材料 (アルミニウムなど) は、せん断によって変形しやすいため、脆い材料 (鋳鉄など) に比べて必要な力が少なくなります。
ステップ1：せん断強度（τs）を特定する
材料のせん断強度は既知であるか、調べる必要があります。材料の代表的な値は次のとおりです。
– 軟鋼: τs=250 MPa=(250 × 106パ）
– アルミニウム: τs=140MPa
– ステンレス鋼: τs=350MPa
ステップ2：材料の厚さ（t）を測定する
切断するシートまたはワークピースの厚さを測定します。
ステップ3：切断長さ（L）を測定または定義する
これは、せん断加工中に切断される材料の全長です。シートを直線で切断する場合、切断長さは切断部分の長さ全体を指します。
ステップ4：せん断力を計算する
次に、値を数式に代入します。
3. 板金せん断力の計算式と計算式
板金せん断力計算ツールは、主に材料のせん断強度、板厚、切断長さに基づいて計算されます。以下は、金属板のせん断力の一般的な計算式です。
1) せん断力計算機
金属板のせん断力 F は次の式で計算できます。
F=τs⋅t⋅L
どこ：
F: せん断力（単位：ニュートン、N）
τs: 材料のせん断強度（単位：パスカル、Pa、またはN/m²）。これは金属材料のせん断状態における降伏強度または極限強度であり、通常は材料マニュアルまたは実験データによって示されます。
t: 金属板の厚さ（単位：メートル、m）
L: せん断長さ（単位：メートル、m）、つまり刃が金属板に接触する切断線の長さ。
2) せん断力の計算例
鋼板をせん断する必要があるとします。
– せん断強度: τs=250MPa（すなわち250×106パ）
– 板厚: t=10mm=0.01m
– せん断長さ: L=1 m
せん断力は次のように計算されます。
F=250×106⋅0.01⋅1=2.5×106N=2500kN
したがって、必要なせん断力は 2500 kN です。
3) 適用可能なシナリオ
この計算式は単刃せん断、つまり刃が板の一方向に沿って切断し、せん断領域が通常は直線であるような場合に適用されます。
4. 金属せん断力計算の実用化
実際の生産においては、上記の基本式に加えて、以下の要素を考慮する必要があります。
ブレードの品質とデザイン:
鋭い刃はより少ないせん断力を必要とし、刃の角度、鋭さ、摩擦特性はせん断力の大きさに影響します。
シート材料の前処理：
材料の熱処理および焼きなましによりせん断強度が変化する場合があります。
多層せん断：
複数層の金属板をせん断する場合は、各層のせん断力を個別に計算して合計する必要があります。
せん断速度と温度：
金属のせん断強度は高温になると低下するため、通常はより少ないせん断力が必要となります。
5. 結論
せん断力計算機は、材料をせん断または切断するために必要な力を計算するツールです。このツールは、機械加工、金属切削、構造解析などのエンジニアリングアプリケーションで広く使用されています。計算は通常、材料の特性、厚さ、および切削工具の形状に依存します。
これらの原理を理解することは、せん断工程を効果的に設計し、生産効率を向上させ、加工品質を確保するために不可欠です。さらに具体的なご質問や応用シナリオがございましたら、お気軽にお問い合わせください。
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