試驗機增加相應的試驗夾具可以完成更多的試驗,關于夾具的相關應用知識,在這里做一個詳細的分析介紹。
一、試驗機必須具備三個要素
有加力裝置:有夾具;有力值顯示裝置和記錄??梢妸A具在試驗機中的重要,我們通過夾具夾持試樣(或產品),通過加力裝置,力值顯示裝置和記錄來判斷材料(或成品)是否合格和達到預定的性能指標,沒有可靠的夾具,這些就無法判斷。夾具是試驗機中根據材料試樣變化而一個經常變化的部分,不同的材料需要不同的夾具,它是試驗能否順利進行及試驗結果準確度高低的一個重要因素,合理正確的使用夾具有利于試驗順利的進行,隨著科學技術的發展,各行各業對材料的要求越來越高,致使新材料不斷的出現,對夾具的設計提出了更高的要求。夾具根據試驗方法不同,大致可分為: 拉伸類夾具、壓縮類夾具、彎曲類夾具、剝離類夾具、剪切類夾具等,其中拉伸類夾具約占夾具總量的80%左右。
萬能材料試驗機夾具圖
二、夾具的基本性能
1.夾具對強度要求:
通過夾具夾持試樣(或產品)對試樣進行加力,夾具所能承受的試驗力的大小是夾具的一個很重要的指標,它決定了夾具結構的大小及夾具操作的勞動強度的大小,試樣材質有金屬和非金屬之分,形狀有大小之分,材料的成分組成各種各樣,試樣所能承受的試驗力小到幾十厘牛(如紡織用氨綸絲),大到幾十噸如普通鋼材等國內最大的電子式萬能試驗機試驗力為600KN,0.5級機,試樣尺寸小到直徑φ0.006mm的金絲,大到直徑1m的PVC管材等,這就要求根據不同的試驗力、試樣的形狀大小選擇設計不同的夾具。
2. 對夾具材料的要求:
①. 對一般的金屬及非金屬試樣, 夾具的鉗口直接與試樣接觸,一般都選用優質合金結構鋼,合金高碳鋼或低碳合金鋼、冷作模具鋼等,通過適當的熱處理工藝淬回火、滲碳淬火等增加其強度、耐磨性. 有時也在鉗口處鑲裝特種鋼材,或在鉗口表面噴涂金鋼砂等。
②. 對一些小試驗力的夾具,與試樣接觸的表面采用粘軟質膠皮等。(例如:塑料薄膜、纖維絲等試樣的夾具夾持面,)
③. 夾具體一般采用優質中碳鋼、合金結構鋼,通過適當的熱處理工藝增加其力學性能。有時為了減輕重量也采用鋁合金等有色金屬及特種金屬。有時也采用鑄造結構鑄鋼,鑄鋁等。
3. 對夾具結構的要求:
夾具的設計主要依據材料的試驗標準及試樣(特指成品及半成品)的型狀及材質。以上所說的試驗標準是指ISO、ASTM、DIN、GB、BS、JIS…等,還有企業標準、行業標準等,這些標準中一般都對試樣制樣及試驗方法都有嚴格的規定,我們可以根據試樣及試驗方法的不同設計不同的夾具。對于特殊試樣(成品及半成品的)使用的夾具,主要根據試樣的型狀及材質設計夾具。
三、夾具的結構
夾具本身沒有固定的結構(如金屬絲可采用纏繞方式夾緊,也可采用兩個平板夾緊,金屬薄板試樣可采用楔形夾緊方式,也可采用對夾夾緊方式),這和主機有明顯的區別,主機國內、國外的大同小異,而夾具國外的、國內的區別很大,不同公司間也有大的區別。這主要取決于公司的整體水平,設計人員的經驗的積累。國外的夾具,如INSTRON、MTS、ZWICK等公司的夾具一般做工細致,可靠性較高,但價格較高,處在高端市場,而國內的,如SANS的夾具,由于涉足行業廣,在國內的市場分額大,在一定程度上可以取代國外的夾具,處在中高端市場,但在一些新材料,特種材料用夾具上國內與國外水平還有一定差距。力大,隨試驗力增加。夾緊力隨之減小。
四、夾具適用性的判斷標準
對夾具適用性的判定很難界定,由于夾具結構的特殊性,對一種夾具,有時我們很難確定它到底更適合那種試樣,但不能說沒有辦法,有以下幾點供參考:夾具是否使用方便、安全。夾持是否可靠,不能有打滑現象。做試驗過程中,試樣斷點好。數據離散性小。(即試樣不斷鉗口、鉗口內、平行段或標距外)。
五、夾具設計中存在的難點
鋼絲、鋼絞線由于試樣硬度高,內部結構相對松散,在拉伸試驗過程中受力不均勻,夾持試樣的鉗口易磨損等原因,夾具一直未得到好的解決。大試驗力、大直徑的尼龍繩,由于變形過大,夾持困難,夾具的設計也是一個難點。
由于試驗機夾具使用的特殊性,以及新材料的不斷出現,夾具的設計一直處在被動的局面,我們每天都會碰到新材料,需要設計新的夾具,總結過去成功的經驗。
楔形夾具