ストレスとひずみ：違いは何ですか？

スマートフォンから自動車に至るまで、私たちが日常的に使用するほぼすべての製品は、その起源を製造プロセスにまで遡ることができます。これらのプロセスは、製品の品質と生産効率を決定するだけでなく、企業のコスト管理や市場競争力にも直接影響します。この記事では、製造プロセスを定義し、そのカテゴリとさまざまな方法を詳しく掘り下げます。今すぐその広範な影響を探ってみましょう!

設計は、CNC 加工において極めて重要な役割を果たし、製造プロセス全体の基礎を築きます。知られているように、CNC 加工ではコンピューター制御の機械を使用して、ワークピースから材料を正確に除去します。このプロセスは汎用性が高く、再現性があり、正確です。さらに、発泡体やプラスチックから木材や金属に至るまで、幅広い材料と互換性があります。 これらの機能を実現するには、CNC 加工の設計に大きく依存します。効果的な設計により、部品の品質が保証されるだけでなく、CNC 機械加工部品に関連する製造コストと時間が節約されます。 このガイドでは、設計上の制限について説明し、CNC 加工で発生する最も一般的な機能に対する実用的な設計ルールと推奨値を提供します。これらのガイドラインは、部品に対して最良の結果を達成するのに役立ちます。 CNC 加工の設計制限 CNC 加工用の部品を適切に設計するには、まずプロセスに固有のさまざまな設計上の制約を明確に理解する必要があります。これらの制限は、切断プロセスの仕組みから自然に発生し、主に次の側面に関係します。 工具形状 ほとんどの CNC 加工切削工具は円筒形であり、切削長には制限があります。ワークピースから材料を除去する際、これらの切削工具はその形状を部品に転写します。これは、切削工具がどれほど小さくても、CNC 部品の内側のコーナーには常に半径があることを意味します。さらに、工具の長さにより、加工できる最大深さが制限されます。一般に工具が長いと剛性が低下し、振動や変形が発生する可能性があります。 ツールアクセス 材料を除去するには、切削工具がワークピースに直接近づく必要があります。切削工具が届かない表面や形状は CNC 加工できません。たとえば、複雑な内部構造、特に部品内に別のフィーチャーによってブロックされている複数の角度やフィーチャーがある場合、または深さ対幅の比率が大きい場合、ツールが特定の領域に到達することが困難になる場合があります。 5 軸 CNC マシンは、ワークピースを回転させたり傾けたりすることで、これらの工具アクセス制限の一部を緩和できますが、すべての制限、特に工具の振動などの問題を完全に排除することはできません。 工具の剛性 ワークピースと同様に、切削工具も加工中に変形したり振動したりする可能性があります。その結果、製造プロセス中に公差が緩くなり、表面粗さが増大し、さらには工具が破損する可能性があります。この問題は、工具の直径に対する長さの比率が増加する場合、または高硬度の材料を切削する場合にさらに顕著になります。 ワークの剛性 機械加工プロセス中に大量の熱が発生し、強い切削力がかかるため、剛性の低い材料 (特定のプラスチックや軟質金属など) や薄肉構造は機械加工中に変形しやすくなります。 ワークホールディング 部品の形状によって、CNC マシン上での部品の保持方法と必要なセットアップの数が決まります。複雑なワークピースや不規則な形状のワークピースはクランプが難しく、特別な治具が必要になる場合があり、コストと加工時間が長くなる可能性があります。さらに、手動でワークホールドの位置を変更する場合、小さいながらも無視できない位置誤差が発生するリスクがあります。 CNC 機械加工設計ガイドライン 次に、これらの制限を実用的な設計ルールに変換します。 CNC 加工の世界には、広く受け入れられている標準はありません。これは主に、業界と使用される機械が常に進化しているためです。しかし、長期にわたる処理の実践により、十分な経験とデータが蓄積されています。次のガイドラインは、CNC 機械加工部品の最も一般的な機能の推奨値と実現可能な値をまとめたものです。 内部エッジ 推奨される垂直コーナー半径: キャビティ深さの 1/3 倍 (またはそれ以上) 一般に、鋭利な内側の角は避けることをお勧めします。ほとんどの CNC ツールは円筒形であるため、鋭い内角を実現することが困難です。推奨される内側コーナー半径を使用すると、工具が円形のパスをたどることができるため、応力集中点や加工痕が減少し、結果として表面仕上げが向上します。これにより、適切なサイズの工具が使用され、大きすぎたり小さすぎたりすることがなくなり、加工精度と効率が維持されます。鋭角な 90 度の角度の場合は、コーナー半径を小さくするのではなく、T スロット カッターまたはワイヤ切断を使用することをお勧めします。 推奨床半径: 0.5 […]

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） […]