ABS CNC 加工: メリット、課題、効果的なヒント

ストレスとひずみは、材料が力にどのように反応するかを説明するための最も重要な概念の2つです。応力は、負荷下の材料内の単位面積あたりの内部力であり、ひずみは、適用された力から生じる材料の形状の変形または変化です。 ただし、ストレスとひずみの関係は理論をはるかに超えています。これは、健全なエンジニアリングの決定に不可欠です。それらを並べて比較することにより、材料のパフォーマンス、安全性がどれだけ安全に変形できるか、いつ失敗する可能性があるかをよりよく予測できます。この記事では、それらの定義、違い、関係、および実用的なアプリケーションについて説明します。 詳細に入る前に、ストレスと緊張に関するこの短い入門ビデオが役立つことがあります。 ストレスとは ストレスは、外部負荷に抵抗するために材料が発達する単位面積あたりの内部力です。顕微鏡的に、適用された負荷は、変形に反対し、構造を一緒に「保持」する原子間力を誘導します。この内部抵抗は、私たちがストレスとして測定するものです。 負荷の適用方法によっては、ストレスは次のように分類されます。 引張応力（σt）および圧縮応力（σc）：これらは、断面領域に垂直に作用する正常な応力です。 せん断応力（τ）：断面領域と平行に作用する接線力によって引き起こされます。 ねじれ応力（τt）：トルクまたはねじれによって誘発されるせん断応力の特定の形態。 その中で、引張ストレスは、エンジニアリング設計における最も基本的なタイプのストレスです。計算式は次のとおりです。 どこ： σ=ストレス（Paまたはn/m²;時々psi） f =適用力（n） a =力が適用される元の断面領域（m²） 材料のストレスがどのように測定されるか 直接ストレスを測定することは不可能なので、代わりに、適用された力または結果として生じる変形のいずれかを測定する必要があります。以下は、重要な測定技術の簡潔な概要です。 方法 /テクノロジー原理測定デバイス /ツール精度と精度一般的なアプリケーションユニバーサルテストマシン（UTM））測定力（f）、ストレス= f/aを計算します統合されたロードセルを備えたUTM★★★★★（高精度）基本的な材料テスト：ストレス - ひずみ曲線、機械的特性評価ひずみゲージ測定ひずみ（ε）、σ= e・ε（線形弾力性を想定）を介して応力を計算する ひずみゲージ、データ収集システム★★★★☆（高）コンポーネント応力分析;疲労評価;組み込み構造監視拡張計測定値の長さの変化、εとσを計算します接触または非接触拡張メーター★★★★☆（高）標本の引張試験;弾性弾性率と降伏ひずみの検証デジタル画像相関（DIC）光学方法は、フルフィールドの表面変形を追跡します高速カメラシステム、DICソフトウェア★★★★☆（フルフィールド）フルフィールドひずみ分析。クラック追跡;物質的な不均一性研究超音波ストレス測定ストレス下での材料の波速度の変化を使用します超音波プローブとレシーバー★★★☆☆（中程度）残留応力検出;溶接されたジョイントと大きな構造における応力監視X線回折（XRD）内部応力によって引き起こされる格子歪みを測定しますXRD回折計、専門ソフトウェア★★★★☆（高精度、表面層に局在する）薄膜、溶接ゾーン、金属およびセラミックの表面残留応力光弾性透明な複屈折材料の光学干渉フリンジを介してストレスを視覚化します偏光のセットアップと複屈折ポリマーモデル★★★☆☆（半定量的な定性）教育デモ;透明モデルにおける実験的ストレス分析マイクロ/ナノスケールの特性評価技術 EBSD、マイクロラマン、ナノインデンテーションなどのテクニックは、マイクロまたはナノスケールのひずみ/ストレスマッピングを提供します 電子またはレーザーベースのシステム、画像分析ソフトウェア★★★★☆（高精度;ローカライズされたマイクロ/ナノスケール） マイクロエレクトロニクス、薄膜、ナノインデンテーション、複合界面の動作 ひずみとは ひずみは、外力にさらされると材料が受ける相対変形の尺度です。これは、単位のない量またはパーセンテージとして表現され、元の長さ（または寸法）の長さ（またはその他の寸法）の変化を表します。 ひずみのタイプは、適用されるストレスに対応します：引張ひずみ、圧縮ひずみ、またはせん断ひずみ。 通常のひずみの式は次のとおりです。 どこ： ϵ =ひずみ（無次元または％で表されます） ΔL=長さの変化 l0=元の長さ 材料の株が測定される方法 さまざまな方法を使用して、ひずみを測定できます。最も一般的に使用される手法は、ひずみゲージと伸筋です。以下の表は、材料のひずみを測定するための一般的な方法をまとめたものです。 方法センシング原則センサー /トランスデューサー測定シナリオ備考ひずみゲージ抵抗の変化フォイルタイプのひずみゲージ静的または低周波ひずみ;一般的に使用されます業界で広く使用されています。低コスト;接着剤の結合と配線接続が必要です拡張計変位クリップオン /コンタクト拡張計材料テスト;全セクション測定高精度;動的テストや高度に局所的な株に適していませんデジタル画像相関（DIC）光学追跡カメラ +スペックルパターンフルフィールドひずみマッピング。亀裂伝播;複雑な形の標本非接触; 2D/3D変形マッピング。高価なシステム圧電センサー圧電効果圧電フィルムまたはクリスタル動的ひずみ、圧力、衝撃、振動高周波応答;静的ひずみ測定には適さないファイバーブラッググレーティング（FBG）光学（ブラッグリフレクション）FBG光ファイバーセンサー長距離にわたる分布または多重化測定EMIの免疫;航空宇宙、エネルギー、スマート構造に適していますレーザードップラー振動計（LDV）ドップラー効果LDVレーザープローブ動的ひずみ/速度測定と表面振動分析非接触;高解像度;高い;表面条件に敏感です ストレスとひずみの重要な違い 以下は、直接の概要を提供するクイックテーブルです。 側面ストレス歪み式σ= f / aε=Δl /l₀ユニットPA（n/m²）、またはpsi（lbf/in²）無次元または％原因外力ストレスによって引き起こされる変形効果内部力を生成して、外部負荷に対抗します。高すぎる場合、塑性変形、骨折、疲労障害、ストレス腐食亀裂につながる可能性があります材料のジオメトリを変更します。降伏点を超えて永続的に弾性制限で回復可能行動材料が抵抗しなければならない領域ごとの内部力。分布に応じて、圧縮、張力、曲げ、またはねじれを引き起こす可能性があります適用された応力下で材料がどれだけ変形するかを説明します。弾性またはプラスチックにすることができます ストレスと緊張が互いにどのように関連するか ストレスはひずみを引き起こします。応力 - ひずみ曲線は、適用された応力に対してひずみ（変形）をプロットすることにより、材料が徐々に増加する荷重の下でどのように変形するかをグラフ化します。その重要なポイントを確認しましょう。 1。弾性領域（ポイントO – B） […]

ステンレス鋼は、多くの種類の鋼のうちの 1 つにすぎません。強度と靱性を備えているだけでなく、耐食性、機械加工性、溶接性にも優れています。耐久性とコストパフォーマンスを兼ね備えた理想的なCNC加工材とされています。

産業用途では、金属の選択は、強度、硬度、密度などの機械的特性だけでなく、熱特性にも影響されます。考慮すべき最も重要な熱特性の1つは、金属の融点です。 たとえば、炉のコンポーネント、ジェットエンジン燃料ノズル、排気システムは、金属が溶けた場合に壊滅的に失敗する可能性があります。結果として、オリフィスの詰まりやエンジンの故障が発生する可能性があります。融点は、製錬、溶接、鋳造などの製造プロセスでも重要です。ここでは、金属が液体の形である必要があります。これには、溶融金属の極端な熱に耐えるように設計されたツールが必要です。金属は、融点以下の温度でクリープ誘発性の骨折に苦しむ可能性がありますが、デザイナーはしばしば合金を選択するときにベンチマークとして融点を使用します。 金属の融点は何ですか？ 融点は、固体が大気圧下で液体に移行し始める最も低い温度です。この温度では、固形相と液相の両方が平衡状態で共存します。融点に達すると、金属が完全に溶けるまで追加の熱は温度を上げません。これは、相変化中に供給される熱が融合の潜熱を克服するために使用されるためです。 異なる金属には、融点が異なり、原子構造と結合強度によって決定されます。しっかりと詰め込まれた原子配置を備えた金属は、一般に融点が高くなります。たとえば、タングステンは、3422°Cで最高の1つです。金属結合の強度は、原子間の引力を克服し、金属を溶かすために必要なエネルギーの量に影響します。たとえば、プラチナや金などの金属は、結合力が弱いため、鉄やタングステンなどの遷移金属と比較して融点が比較的低いです。 金属の融点を変更する方法は？ 金属の融点は、通常の条件では一般に安定しています。ただし、特定の要因は特定の状況下でそれを変更できます。 1つの一般的な方法はです合金 - 純粋な金属に他の要素を加えて、異なる融解範囲の新しい材料を形成します。たとえば、スズを銅と混合して青銅を生成すると、純粋な銅と比較して全体的な融点が低下します。 不純物また、顕著な効果を持つこともできます。微量の外部要素でさえ、物質に応じてより高くまたは低い融解温度を崩壊させ、融解温度をシフトする可能性があります。 物理的な形問題も同様です。ナノ粒子、薄膜、または粉末の形の金属は、表面積が高く原子挙動の変化により、バルクの対応物よりも低い温度で溶けます。 ついに、極度の圧力原子がどのように相互作用するかを変えることができ、通常、原子構造を圧縮することで融点を上げます。これは日常のアプリケーションではめったに懸念事項ではありませんが、航空宇宙、深海掘削、高圧物理学研究などの高ストレス環境の材料選択と安全性評価における重要な考慮事項になります。 金属および合金の融点チャート 一般的な金属と合金の融点 金属/合金融点（°C）融点（°F）アルミニウム6601220真鍮（Cu-Zn合金）〜930（構成依存）〜1710ブロンズ（Cu-SN合金）〜913〜1675炭素鋼1425–15402600–2800鋳鉄〜1204〜2200銅10841983年金10641947年鉄15382800鉛328622ニッケル14532647銀9611762ステンレス鋼1375–1530（グレード依存）2500–2785錫232450チタン16703038タングステン〜3400〜6150亜鉛420787 金属融点の完全なリスト（高さから低い） 金属/合金融点（°C）融点（°F）タングステン（w）34006150Rhenium（re）31865767オスミウム（OS）30255477タンタル（TA）29805400モリブデン（MO）26204750ニオビウム（NB）24704473イリジウム（IR）24464435ルテニウム（ru）23344233クロム（CR）1860年3380バナジウム（V）1910年3470ロジウム（RH）1965年3569チタン（TI）16703040コバルト（co）14952723ニッケル（NI）14532647パラジウム（PD）15552831プラチナ（PT）17703220トリウム（TH）17503180ハステロイ（合金）1320–13502410–2460インコルエル（合金）1390–14252540–2600インコロイ（合金）1390–14252540–2600炭素鋼1371–15402500–2800錬鉄1482–15932700–2900ステンレス鋼〜1510〜2750モネル（合金）1300–13502370–2460ベリリウム（be）12852345マンガン（MN）12442271ウラン（u）11322070カプロニッケル1170–12402138–2264延性鉄〜1149〜2100鋳鉄1127–12042060–2200ゴールド（au）10641945年銅（cu）10841983年シルバー（AG）9611761赤い真鍮990–10251810–1880ブロンズ〜913〜1675黄色の真鍮905–9321660–1710海軍本部の真鍮900–9401650–1720コインシルバー8791614スターリングシルバー8931640マンガンブロンズ865–8901590–1630ベリリウム銅865–9551587–1750アルミブロンズ600–6551190–1215アルミニウム（純粋）6601220マグネシウム（mg）6501200プルトニウム（PU）〜640〜1184アンチモン（SB）6301166マグネシウム合金349–649660–1200亜鉛（ZN）420787カドミウム（CD）321610ビスマス（bi）272521バビット（合金）〜249〜480スズ（sn）232450はんだ（PB-SN合金）〜215〜419セレン（SE）*217423インジウム（in）157315ナトリウム（NA）98208カリウム（K）63145ガリウム（GA）〜30〜86セシウム（CS）〜28〜83水銀（HG）-39-38 重要なテイクアウト： タングステン、レニウム、タンタルなどの高融点金属は、極端な熱アプリケーションに不可欠です。これらの金属は、過酷な炉と航空宇宙環境に構造的完全性を保持しています。モリブデンも融解に抵抗し、高温炉の建設に非常に価値があります。 鉄、銅、鋼などの中溶融点金属は、管理可能な融解温度と良好な機械的または電気的特性を組み合わせて、建設、工具、電気システムに汎用性があります。 ガリウム、セシウム、水銀、ブリキ、鉛などの低融点金属は、はんだ、温度計、低融合合金などの特殊な用途にとって価値があります。