Bygga en Penny kross (1 / 12 steg)

Steg 1: Penny kross Fundamentals

De mest grundläggande begränsningarna för utformningen av en penny kross börja med processen för att krossa ett öre. Öre rullas mellan två hjul med en klyfta mellan dem som är något mindre än tjockleken på öre. Denna mekanism är en instans av en rullande mal, en gemensam och utbredd anordning för att minska tjockleken på plåt. Inom industrin, valsverk kan vara ganska stora, och en stor mängd teoretiska och praktiska kunskaper finns för att stödja deras konstruktion och funktion. Jag tillämpas endast de mest grundläggande modellerna av valsverk operation i utforma min penny kross, och lagt stora säkerhetsfaktorer där det är möjligt att tillgodose eventuella felaktigheter i min modell.

Jag började med att ställa några grundläggande frågor inklusive:

• Hur mycket kraft krävs för att krossa ett öre?
• Hur mycket vridmoment kommer att behövas att vända rullarna?

Det visar sig att svaren på dessa frågor beror på några faktorer, av vilka några är inom den formgivare kontroll. De två viktigaste gratis parametrar som avgör de kraft och vridmoment som behövs för att trycka ett öre är krossad öre slutlig tjocklek och diametern på rullen hjul. Viktiga fasta parametrar utanför min kontroll som är viktiga för beräkningen inkluderar materialet öre är gjord av och tjockleken på öre före krossning.

Den fysiska process öre genomgår när det passerar genom rullarna kallas plastisk deformation. Plastisk deformation i zink och koppar, metaller US slantar är gjorda av (post och pre 1982, respektive), definieras av två egenskaper kallas avkastning tryckhållfasthet och Stam härdning Exponent av metal. Sträckgräns är ett mått på det tryck som krävs för att orsaka metallen som flow, snarare än att böja som en fjäder. I zinklegeringar är detta omkring 30,000-40,000 pund per kvadrattum. Stam härdning exponenten definierar hur effektiv avkastning styrkan ökar då metallen är deformerad och varierar mellan noll och ett. Detta återspeglar en egenskap av många metaller kallas deformationshärdning - som metall erfarenheter stam dess avkastning styrka ökar, tills så småningom sträckgränsen överstiger den ultimata styrkan och metallen frakturer. Deformationshärdning är därför du kan böja en bit metall och tillbaka flera gånger och sedan lätt bryta det. Att veta endast start- och slutdatum tjocklekar av öre, kan vi beräkna det genomsnittliga trycket appliceras över kontaktyta att producera tjocklek minskningen baserat på dessa två siffror.

I mitt fall en slant är cirka.060 inches tjock, och jag ville minska det till lite mer än.030 inches tjock. Jag anlände till.030 inches efter mätning några slantar i min samling av pressade pennies. Baserat på dessa värden beräknade jag den genomsnittliga flöde stressen över regionen kontakt vara ungefär 30 Kpsi.

Om man tittar på diagrammet av den rullande mal ovan, är det klart att endast en liten del av öre är aktivt deformerade vid varje ögonblick. I synnerhet del i kontakt med rullarna förändras tjocklek, men den del som redan har avslutats av rullarna och den del som ännu inte har gått in dem, är inte. Detta innebär att vi bara behöver tillämpas att 30 000 PSI tryck över ett litet område av öre.

Ignorera friktionseffekter, är den totala kraft som rullarna lika med detta tryck integreras över ytan kommer i kontakt med öre. Ungefär, detta är området i kontakt gånger 30 Kpsi. Den totala arealen i kontakt beror på geometri visas i diagrammet ovan, i synnerhet den rullen diametern, klyftan mellan rullarna och ursprungliga tjockleken på öre.

Att välja en rullen diameter var en komplex designproblem, som jag ska tala om senare. För nu räcker det att veta att jag valde 1,5". Med tanke på de parametrar som jag har kunnat beräkna att när den bredaste delen av öre trycktes, området i kontakt skulle vara högst 0.11 kvadrat inches.

Det ger en total kraft per rulle på 5,070 kg och en uppskattad vridmoment per rulle av 380 tum-lbs.