Darbe enerjisi hesabı — vidalı pres ve şahmerdan vuruşu
Koç kütlesi ve çarpma hızından — ya da ivme ve düşme süresinden, düşme yüksekliğinden veya volan ataletinden — dövme makinesinin vuruş enerjisini, ortalama darbe kuvvetini ve eşdeğer pres tonajını hesaplar.
Örnek değerler
Girdiler
Değerleri girince sonuç burada görünür.
Nasıl hesaplanır
Dövme makinesinin işi enerjiyle ölçülür, kuvvetle değil. Hidrolik preste kuvvet istediğiniz kadar süre uygulanabilir; çekiç ve vidalı preste ise elinizde sabit bir enerji paketi vardır ve parça ancak o paket bitene kadar şekillenir. Çarpma anındaki enerji E = ½·m·v² bağıntısından gelir: kütle doğrusal, hız ise karesel etkilidir. Bu yüzden koçu ağırlaştırmak yerine hızlandırmak çok daha etkilidir — hızı iki katına çıkarmak enerjiyi dört katına çıkarır.
Hızı doğrudan ölçemiyorsanız üç dolaylı yol vardır. Koç sabit ivmeyle düşüyorsa bırakma ile çarpma arasındaki süre yeter: v = a·t, alınan yol da h = ½·a·t² olur. Düşme yüksekliğini biliyorsanız v = √(2·a·h) aynı sonucu verir. Serbest düşen bir şahmerdanda a = 9,81 m/s² alınır; havalı veya buharlı çekiçte pistonun ittirmesi eklendiği için etkin ivme bunun üzerine çıkar ve aynı yükseklikten belirgin biçimde daha yüksek enerji elde edilir.
Vidalı preste durum farklıdır ve bu hesabın en sık yanlış kurulduğu yer burasıdır. Koç 0,4–1,2 m/s gibi görece yavaş iner, ama enerjiyi taşıyan asıl kütle koç değil, vidanın üstündeki volandır. Volanın depoladığı enerji ½·J·ω² kadardır; kütlesi dışa toplanmış jantlı bir volanda J ≈ 0,9·m·R² alınır. Tipik bir makinede volan 40–50 kJ döndürürken koçun ötelenme enerjisi yarım kJ'ü geçmez; yani yalnızca koç kütlesi ve hızıyla yapılan hesap gerçeğin yüzde biri mertebesinde bir sayı verir. Doğru yaklaşım volan enerjisini esas alıp koçun payını üzerine eklemektir.
Hesaplanan enerjinin tamamı parçaya gitmez. Bir bölümü örse, gövdeye ve temele aktarılır, bir bölümü de geri sekmeyle koça geri döner. Sıcak dövmede parça neredeyse tamamen plastik davrandığı için geri sekme azdır ve darbe verimi %80–92 aralığında kalır; örs kütlesinin koç kütlesine oranı büyüdükçe verim yükselir, klasik uygulamada bu oran 20:1 civarında tutulur. Deformasyona giden enerjiyi parçanın ezilme miktarına bölmek ortalama kuvveti verir, ancak bu yalnızca bir mertebe göstergesidir: gerçek kuvvet vuruşun sonunda tepe yapar ve ortalamanın birkaç katına ulaşabilir.
Formül
- E = ½·m·v² (J)
- İvme yöntemi: v = a·t h = ½·a·t²
- Düşme yöntemi: v = √(2·a·h) t = √(2·h/a)
- Volan: E = ½·J·ω² + ½·m·v_koç² ω = 2π·n/60
- J = k·m_v·R² k = 0,5 disk · 0,9 jantlı
- v_koç = n·p / 60.000 (n dev/dak, p mm/dev)
- E_def = η · E (darbe verimi)
- F_ort = E_def / s (s: ezilme yolu)
- P_ort = E · z / 60 (z: vuruş/dak)
- 1 kgf·m = 9,80665 J
Sık sorulanlar
Vidalı presin vuruş enerjisini neden sadece koç ağırlığı ve hızıyla hesaplayamıyorum?
Çünkü vidalı preste enerji koçta değil, volanda depolanır. Koç yavaş iner (tipik 0,4–1,2 m/s) ve ötelenme enerjisi genellikle yarım kJ'ün altında kalır; aynı anda volan 40–50 kJ döndürüyor olabilir. Vida, volanın dönme enerjisini koçun aşağı hareketine çevirir. Doğru sonuç için volanın atalet momenti ve vuruş anındaki devri gerekir; hesaplayıcıdaki “Volan” yöntemi tam olarak bunu yapar ve koçun payını da üzerine ekler.
İvme ve düşme süresiyle yapılan hesap, yükseklikle yapılandan farklı sonuç verir mi?
Hayır, ikisi aynı denklemin iki yüzüdür. Sabit ivmede v = a·t ve h = ½·a·t² olduğundan, bir süreye karşılık gelen yükseklik de bellidir; her iki yoldan da aynı hız, dolayısıyla aynı enerji çıkar. Fark yalnızca elinizde hangi ölçünün bulunduğudur. Süreyi ölçmek çoğu zaman daha kolaydır, ama küçük bir hata karesel biçimde büyür: süreyi %5 yanlış ölçerseniz enerji %10 sapar.
Darbe verimini kaç almalıyım?
Sıcak dövmede %80–92 makul bir aralıktır. Verim, örs ve temel kütlesinin koç kütlesine oranı büyüdükçe ve parça plastik davrandıkça yükselir; klasik uygulamada örs/koç oranı 20:1 alınır ve bu oranda verim %85–90 civarına oturur. Soğuk şekillendirmede veya küçük örslü makinelerde geri sekme arttığı için %70'in altına inebilir. Kesin değer gerekiyorsa aynı parçada bilinen bir vuruş sayısıyla ölçülen gerçek ezilme miktarından geriye doğru hesaplanabilir.
Eşdeğer pres tonajı gerçekten o presin yerini tutar mı?
Sadece kaba bir karşılaştırma için. Değer, deformasyona giden enerjinin ezilme yoluna bölünmesiyle bulunan ortalama kuvvettir; gerçek kuvvet vuruşun sonuna doğru tepe yapar ve bu ortalamanın 2–3 katına çıkabilir. Ayrıca hidrolik pres kuvveti strok boyunca sabit tutabilirken çekiç ve vidalı pres yalnızca sahip olduğu enerji kadar iş yapar. Kalıp ve makine seçiminde bu sayıyı tek başına değil, enerji değeriyle birlikte kullanın.
Motor gücünü ortalama vuruş gücüne göre mi seçmeliyim?
Hayır, o değer alt sınırdır. Ortalama vuruş gücü yalnızca parçaya aktarılan enerjinin zamana bölünmüş halidir; volanı her vuruştan sonra yeniden devrine çıkarmanın verimi friksiyonlu preslerde %30–50 arasındadır. Buna rölanti kayıpları, kavrama ve fren kayıpları eklenir. Pratikte motor gücü hesaplanan ortalama gücün en az iki, friksiyonlu makinelerde üç katı seçilir.
Bunu da dene
Hidrolik silindir
kNPiston çapı, mil çapı, çalışma basıncı ve debiye göre hidrolik silindirin itme–çekme kuvvetini, piston hızını ve strok süresini hesaplar.
Mil burulma
MPaGüç aktaran dolu veya boş dairesel milde burulma gerilmesini, güvenlik katsayısını, gereken minimum çapı ve burulma açısını hesaplar.
Motor güç–tork
N·mMotor gücü ile devir sayısından torku, ya da tork ile devirden gücü hesaplar; açısal hız ve beygir karşılıklarını da verir.
Elektrik & MotorKesme hızı
dev/dakTornalama ve frezelemede kesme hızından tezgâh devrini, ilerleme hızını ve talaş kaldırma hızını hesaplar.