金属強度チャート:すべての製品設計者が知っておくべきこと

私のプロジェクトに理想的な金属 (または金属合金) は何ですか?

製品設計者は、製品開発段階でよくこの質問をします。また、製品開発プロジェクトの金属合金の成功には多くの要因が寄与しますが、合金の機械的特性 (金属強度など) がリストのトップです。

金属強度は、さまざまな力 (または負荷条件) の作用下での変形 (および破損) に抵抗する金属の能力を表します。ただし、さまざまな種類の金属強度と、それらを測定できるいくつかの指標があります。ここでは、金属の強度と金属強度チャートについて知っておく必要があるすべてについて説明します.

さまざまな負荷条件について理解する

金属の強度が何を意味するかを理解するには、まず、加えられた力や動きによる負荷に対して材料がどのように反応するかを説明する必要があります。図 1 は、さまざまな基本的なタイプの荷重を受ける典型的なロッドの図です。

図 1:負荷条件の基本的なタイプ

圧縮荷重では、2 つの等しい力がロッドを反対方向に押す傾向があり、ロッドが圧縮されます。圧縮荷重と同様に、引張荷重にも反対方向に作用する 2 つの力があります。ただし、引張り負荷の力はロッドを引っ張る傾向があります。

曲げ荷重は、2 つの力 (同じ方向) が離れたロッドに作用するときに発生します。対照的に、せん断荷重は、ロッドの断面と同一平面上に適用される力を特徴としますㅡ、つまり、従来の荷重軸に接して作用します。

このロッドに作用する負荷のタイプに関係なく、このロッドに対するこれらの外力の影響は、応力と歪みという 2 つの重要なパラメータを使用して推定できます。

ストレスと緊張とは?

製図上のエンジン コネクティング ロッドのフォン ミーゼス工学応力プロット

応力は、物体の断面積に作用する外力の大きさです。対照的に、歪みは、その力の方向に身体が受ける変形の量を表します。

このように見てください。アルミニウム棒の円形断面に所定の大きさの引張力を加えたとします。このようなシナリオでは、ロッドに引張応力がかかり、ロッド粒子間に内部力が生じます。その結果、この内部の力により、ロッドの粒子が徐々に伸びて変形しますㅡこれがひずみを表します。

引張力 (または応力) を増加し続けると仮定すると、材料が最終的に壊れるかバラバラになるまで、変形量が増加することに気付くでしょう。破損する前のロッドの動作は、ロッドが持つ金属強度の種類によって異なります。

強さの種類は?

図 2 は、金属部品が破損する前に引張応力にどのように反応するかを示すグラフです。

図 2:応力-ひずみのグラフ表示

1.降伏強さ

降伏強さとは、金属が塑性変形する前に耐えることができる最大の強さを指しますㅡこれは、金属の形状が壊れずに永久に変化することを意味します.

2.究極の引張強度

極限引張強度 (引張強度とも呼ばれます) は、金属が破損 (または破砕) する前に耐えることができる最大引張応力です。引張試験機を使用して、金属の引張強度を評価できます。

引張試験機は、両端で金属片をしっかりと保持する2つのくさびグリップを備えています。機械は、試験プロセス中にピースが破砕するまでピースをゆっくりと縦方向に引っ張ります。金属に加えられた引張力 (または応力) の量と伸びは、金属片の降伏点と極限引張強度を決定するために、試験全体で測定されます。

図3：引張試験機

表 1 は、製品開発プロジェクトで検討する可能性のあるさまざまな一般的な金属の降伏強度と引張強度を示しています。これらの値は、さまざまな金属の一連の引張試験から決定されました。

表 1:金属強度チャート

しかし、金属の強度は、降伏強度と引張強度に限定されません。

その他の金属強度

圧縮強度 :パーツが破損または破損する前に耐えることができる最大圧縮応力を表します。圧縮試験機ㅡを使用して圧縮強度を評価することができます.

衝撃強度 :破損 (または破損) することなく、突然の鋭い負荷に耐える金属の能力を表します。通常、材料が破壊する前に吸収できるエネルギー量で表され、衝撃試験機を使用して決定できます。

図 4:衝撃試験機

衝撃試験機は、金属片が壊れるまで所定の力で叩く振り子を備えています。金属が壊れる前に抵抗できるエネルギー量は、金属の衝撃強度として決定されます。

せん断強度:せん断で破損する前に、金属が耐えることができる最大のせん断荷重を表します。

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金属の強度が何を意味するかを理解したので、製品 (または部品) が経験するさまざまな負荷条件に耐えることができる金属を選択することが不可欠であることに同意するでしょう.ただし、理想的な金属を選択するだけでなく、最先端の製造技術を使用して、金属部品が正確かつ精密に機械加工されていることも確認する必要があります。

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