Contenu
- Calcul de la force de coupe de la lame
- Détermination d'une équation de force de coupe
- Force de coupe des ciseaux
Lorsque vous découpez des objets, vous voulez vous assurer que votre couteau fait la coupe. Utiliser des couteaux pour couper des matériaux comme le métal peut être difficile si vous ne savez pas à quel point votre couteau doit être résistant. Vous pouvez utiliser l'équation de la force de coupe pour déterminer la quantité de lames utilisée lors de la fabrication de matériaux tels que le papier ou le métal, tout en vous renseignant sur les principes physiques sous-jacents à la coupe. Cela peut vous donner une idée de la force requise pour couper un fil ou un autre matériau.
Calcul de la force de coupe de la lame
Le processus de cisaillement qui produit les métaux que les usines de fabrication utilisent implique une force de coupe des tôles qui garantit la coupe des métaux. Le processus s'appelle le découpage, dans lequel une machine connue sous le nom de matrice exerce une force de coupe, que les ingénieurs appellent un "poinçon", sur le matériau de la plaque à fabriquer.
Le mot "matrice" peut également être utilisé pour désigner la partie de la machine qui reçoit le poinçon proprement dit ou la plaque de la forme à découper. Pendant le découpage, vous pouvez calculer la force de coupe de ce poinçon à l’aide de l’équation F = l × t × s pour la force de coupe F, longueur de la feuille à couper l en millimètres, épaisseur de la tôle t en millimètres et résistance au cisaillement s en N / mm2. Vous trouverez un tableau des valeurs de résistance au cisaillement pour divers matériaux tels que le laiton ou le cuivre sur le site Web d'Austek Design ici.
Les ingénieurs utilisent souvent la résistance au cisaillement en tant que pourcentage de la résistance à la traction d'un matériau, la résistance d'un matériau à la rupture lorsqu'il est soumis à une pression. La résistance au cisaillement est de 80%, mais l’aluminium est souvent utilisé avec 50% de l’acier, l’acier laminé à froid avec 80% et l’acier inoxydable avec 90%. Lors du découpage, le matériau perforé dans la tôle est appelé un "découpage".
Détermination d'une équation de force de coupe
L'examen de la force de coupe de ces matériaux peut permettre aux scientifiques et aux ingénieurs de proposer des équations plus détaillées et compliquées pour déterminer la résistance de coupe dans différentes conditions et contre différents. La force de coupe d'une lame dépend de l'angle entre la lame et la surface, de la force de friction entre la lame et la machine et de la force de recul élastique que le matériau de la machine lui-même exerce en réponse à la flexion et à la déformation.
La compréhension de cette force aux côtés de la manière dont le matériau forme une "puce" que le matériau sépare de l’ébauche peut vous donner une meilleure idée de ces équations plus complexes. Cela dépend de la manière dont les dents de la lame interagissent avec l'alimentation du matériau de découpage lui-même.
Ces forces obéissent à la troisième loi du mouvement de Newton: chaque action a une réaction égale et opposée. Les forces élastiques de recul et de formation de copeaux sont toutes deux des réactions de la machine à découper sur une lame frappant la surface. La force de cisaillement équilibre les forces de formation de copeaux et le recul élastique se fait en réponse à la pression exercée par la force de suppression. En étudiant ces forces, les ingénieurs peuvent fabriquer des feuilles, du métal, du papier, du film plastique et des fils grâce à la force de coupe de leurs machines.
Force de coupe des ciseaux
Vous n'avez pas besoin de découpeuse dans votre salon pour étudier la force de coupe. Les ciseaux, constitués d'une lame, d'un point d'appui et d'une poignée, exercent une force de coupe identique à celle d'un levier. Le point d'appui, où les deux mains des ciseaux sont jointes, vous permet de répartir le poids à travers les poignées, vous permettant de couper des matériaux tels que le papier ou les fils. Lorsque la contrainte de cisaillement est supérieure à la résistance au cisaillement des matériaux, les ciseaux sont coupés.
Mais même la simple force de coupe des ciseaux peut présenter un potentiel de découverte scientifique. Les ingénieurs biomédicaux produisent des modèles de forces que les ciseaux exercent lors de la coupe de matériaux biologiques destinés à la simulation chirurgicale. Ces modèles décrivent les mécanismes de contact et de fracture lors de la coupe de ciseaux pour étudier la déformation et la fracture des ciseaux. Ils peuvent ensuite tester ces modèles dans des contextes expérimentaux en découpant du papier, du plastique, des tissus et d'autres matériaux.