ฉันจะคำนวณแรงที่ต้องใช้ในการเจาะ HDPE ได้อย่างไร

ฉันมีแผ่นHDPEที่{F} ฉันต้องการที่จะเจาะผิวของแผ่นนี้มีขาสูงมีพื้นที่ผิวของ 2 หมุดทำจาก HDPE และระบายความร้อนได้อย่างสมบูรณ์ ด้วยมอดุลัสของ HDPE เป็นวิธีแรงมากฉันจะต้องนำไปใช้มีขา HDPE เย็นถึงชั้นหลอมเหลวของแผ่น HDPE ที่ ? $2\text{ mm}$ $280-320^{\circ}\text{ F}$ $2\text{ mm}$ $3.33\text{ mm}^2$ $0.8\text{ GPa}$ $280-320\text{ F}$

UPDATE: ฉันได้รับแจ้งว่าพินนั้นควรเชื่อมเข้ากับเลเยอร์ของ HDPE อย่างสมบูรณ์ จากอุณหภูมิที่ละลายของ HDPE และอุณหภูมิเริ่มต้นของพินฉันไม่คิดว่าจะเป็นไปได้ใน 2 นาทีก่อนที่วัสดุจะดับ ฉันพยายามหาอัตราการถ่ายเทความร้อน แต่ไม่สามารถหาค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนจากการสัมผัสหรือความต้านทานการสัมผัสทางความร้อน การค้นหาออนไลน์เปิดเครื่องมือ "CoCoE.exe" แต่มีปัญหาในการใช้งานโปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ของฉัน

ภาพอธิบายเพิ่มเติม

materials temperature

— วิลเลียมบี
แหล่งที่มา

หลังจากเริ่มทำการวิเคราะห์ซ้ำฉันได้ตระหนักว่านี่เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนและแทนที่จะทำฉันจะร่างสิ่งที่ฉันจะทำเพื่อแก้ปัญหานี้ถ้าฉันมีเวลามากขึ้น

ก่อนอื่นสมมุติว่าฉันจะทำ:

พฤติกรรมพลาสติกอย่างสมบูรณ์แบบของ HDPE (เช่นเส้นโค้งความเค้นความเครียดจะคงที่หลังจากให้ผลผลิตแล้ว)
การพาความร้อนจากพื้นผิวเรียบนั้นไม่เกี่ยวข้อง (แม้ว่ามันจะถูกนำมาพิจารณาสำหรับพิน)
หมุดมีเคล็ดลับอะเดียแบติก
โลหะอยู่ที่อุณหภูมิคงที่
เข็มแทงทะลุพื้นผิวเมื่อพลังงานดูดซับโดยส่วนทรงกระบอกของวัสดุที่อยู่ด้านล่างมันเกินความเหนียวของวัสดุคูณด้วยปริมาตรของส่วนทรงกระบอกของวัสดุ (ฉันสามารถอธิบายสิ่งนี้ได้หากต้องการ)
ความต้านทานการสัมผัสลดลงเมื่อ HDPE ละลาย (ไม่แน่ใจว่าจะทำอย่างไร)
คุณสมบัติของวัสดุบางอย่างอาจมาจากกระดาษนี้และอื่น ๆ จากแผ่นข้อมูลนี้และหนังสือเล่มนี้ (ข้อมูลนี้อาจหรืออาจไม่ถูกต้องสำหรับ HDPE ที่คุณมี)
ฉันไม่แน่ใจว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสำหรับพินนั้นถูกต้องและจะต้องคิดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้
heat of fusion มาจากเอกสารข้อมูลนี้

จากข้อมูลทั้งหมดนี้คุณสามารถเขียนตัวถ่ายเทความร้อน 1D สำหรับปัญหาสเตฟานเพื่อคำนวณอุณหภูมิและความหนาของผิวแข็ง จากนั้นคุณสามารถใช้อุณหภูมิของผิวเพื่อค้นหาความเครียดที่เกิดจากผลผลิต รูปแบบที่เรียบง่ายของฉันแสดงให้เห็นว่า{} $F = \sigma_\text{y} A_\text{contact}$

คำตอบเก่า:

คำตอบน่าจะเป็นศูนย์แรงหรือเกือบเป็นเช่นนั้นเพราะอุณหภูมิหลอมละลายของ HDPE อยู่ที่ประมาณ 266 F ( มีรายงานว่าสูงขึ้นเล็กน้อยที่นี่ที่ 279 F ) ดังนั้น HDPE อาจละลายแล้วที่อุณหภูมิที่กำหนด คุณจะพบชั้นหลอมเหลวทันทีที่สัมผัสพื้นผิว (อย่างน้อยถ้าอุณหภูมิสม่ำเสมอพอ)

หากช่วงอุณหภูมิไม่ถูกต้องฉันคิดว่าฉันสามารถพัฒนาการประมาณการโดยสมมติว่า HDPE เป็นวัสดุพลาสติกอย่างสมบูรณ์แบบที่ Impacter จะแบนและสิ่งอื่น ๆ แล้วเปลี่ยนคำตอบของฉัน แจ้งให้เราทราบหากคุณต้องการสิ่งนี้

นอกจากนี้ถ้าคุณต้องการการประมาณการของแรงที่จำเป็นในการดำเนินการต่อการเจาะกลางที่ฉันสามารถหากระสุนขั้วเก่าจองผมอ่านที่มีบางรุ่นสำหรับสิ่งต่างๆ แต่ผมไม่ทราบวิธีการที่ถูกต้องพวกเขาจะ

— Ben Trettel
แหล่งที่มา

วัสดุที่ฉันใช้มีจุดหลอมเหลว 260F แต่ฉันได้รับแจ้งว่าแผ่นอยู่ที่ 280-320F เมื่อพินสัมผัสกับแผ่น วัสดุถูกเป่าขึ้นรูปและก่อนที่จะถูกเป่าเปิดส่วนของฉันจะถูกแทรกเข้าไป เมื่อแม่พิมพ์ปิดมันก็จะปิดตัวหนีบในส่วนของฉันและแผ่น HDPE ซึ่งคาดว่าจะเกิดการเชื่อม ควรมีสกินที่ก่อตัวบนแผ่นงานในขณะที่มันเย็นตัวลงก่อนที่ส่วนของฉันจะสัมผัส ฉันไม่แน่ใจว่าผิวจะหนาแค่ไหน

— วิลเลียม B.

ขอบคุณสำหรับการตอบกลับ. คุณสามารถแก้ไขคำถามของคุณให้มีรูปวาดบางประเภทได้หรือไม่? ฉันมีปัญหาในการมองเห็นสิ่งที่คุณกำลังอธิบายและเชื่อว่าการวาดภาพอย่างง่ายจะทำให้สิ่งต่าง ๆ ชัดเจนขึ้น นอกจากนี้อธิบายถึงวิธีการให้ความร้อนแผ่นเช่นมันจะร้อนจนกว่าจะถึงอุณหภูมิที่เหมาะสมและจากนั้นอนุญาตให้เย็น? ถ้าเป็นเช่นนั้นอนุญาตให้เย็นนานเท่าไหร่? มันถูกทำให้ร้อนอย่างต่อเนื่องและจากนั้นเข็มจะกระทบกับมันหรือไม่? ใช้ความร้อนนานเท่าไหร่? อื่น ๆ

— Ben Trettel

ความหนาของผิวอาจถูกประเมินจากแบบจำลองการถ่ายเทความร้อนแบบ 1-D หากทราบค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและค่าการนำความร้อน (หรือวัดได้) ดังที่ Ben Trettel ตั้งข้อสังเกตไว้การชี้แจงบางคำถามอาจเป็นประโยชน์

— wwarriner

@ อธิบาย: ใช่ฉันกำลังจะลองสิ่งเดียวกัน โครงร่างของวิธีการที่ฉันต้องการ: ประเมินความหนาของวัสดุตามแบบจำลองการถ่ายเทความร้อน 1D ( ซับซ้อนโดยการเปลี่ยนเฟส ) จากนั้นสมมติว่าสถานะของเหลวไม่ได้รวมอยู่ในการคำนวณคำนวณความเหนียวของวัสดุที่สมมติว่าเป็นพลาสติกอย่างสมบูรณ์และใช้สิ่งนั้นเพื่อประเมินพลังงานที่ต้องใช้ในการเจาะมัน ข้อเสนอแนะยินดีต้อนรับ คำตอบที่คุณจะได้รับในลักษณะนี้แน่นอนจะเป็นค่าประมาณ แต่หวังว่าจะแม่นยำพอ

— Ben Trettel

ฉันรู้ว่าคืนที่ผ่านมาว่าแรงไม่พลังงานจะถามหา ฉันคิดว่าพลังงานมีความเกี่ยวข้องมากกว่า แต่ในแบบจำลองฉันตั้งใจจะใช้ (พลาสติกสมบูรณ์แบบสมมติว่ามีการตัดวัสดุทรงกระบอกออกไปเท่านั้น) แรงจะเป็นที่คือความเครียดของผลตอบแทนและเป็นพื้นที่ติดต่อ มีข้อสันนิษฐานและการประมาณจำนวนมากที่นี่ (ไม่ใช่ทั้งหมดที่เหมาะสมในการแสดงความคิดเห็น) แต่ภายใต้การประมาณนี้ปัญหาหลักคือการหาค่าความเค้นความเครียดซึ่งอาจไม่เป็นที่รู้จักสำหรับอุณหภูมิของฟิล์มแข็ง

F = σ_{y} A

$F = \sigma_\text{y} A$

σ_{y}

$\sigma_\text{y}$

A

$A$

— Ben Trettel