Машины для механических исследований некоторых деталей на растяжение применяются в разных отраслях промышленного производства. Эти аппараты позволяют тестировать прочность и долговечность продукции из металлов, пластмасс, текстиля и других материалов.
Предлагаемая статья написана, чтобы помочь потенциальным покупателям подобрать технику, необходимую для решения конкретных задач. Компания «Суперайс» предлагает выбор из более 190 экземпляров машин. Некоторые экземпляры будут кратко описаны в представленном ниже материале.
Время чтения: 22 минут
Что такое машина для исследования на растяжение
Рассматриваемые средства тестирования применяются на производстве подразделениями контроля качества материалов. Техника для прочностных тестов востребована научными организациями, занимающимися ведением научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области материаловедения. Она широко используется в специализированных лабораториях для проведения сертификации материалов и учебном процессе профильных вузов.
Машины для испытаний на растяжение, представленные в каталоге Суперайс, позволяют получить количественные оценки свойств исследуемых веществ. Такая информация актуальна для определения условий их дальнейшего применения с точки зрения допустимых механических нагрузок.
Машина представляет собой специализированное механическое или электромеханическое устройство для исследования физических характеристик испытуемых материалов. Такие машины обеспечивают исследования на растяжение (сжатие), изгиб, сдвиг, разрыв в режимах разрушающего или неразрушающего контроля.
В перечень важнейших для инженера исследуемых величин входят следующие основные параметры:
- Прочность на разрыв численно характеризует реакцию вещества на приложенную к нему нагрузку.
- Предельно допустимая нагрузка численно равна максимальному механическому напряжению, которое выдерживает образец во время проверки.
- Предел текучести численно равен механическому напряжению, приложенному к образцу, при котором начинает происходить его пластическая деформация.
- Величина удлинения до разрыва или абсолютное разрывное удлинение. Это приращение длины тестируемого экземпляра с момента начала теста до момента разрыва образца.
- Деформация. Представляет собой величину растяжения или удлинения образца, которая достигается при исследованиях. Она может оцениваться в абсолютных или относительных единицах. Упругой считается обратимая деформация, когда образец возвращается к своим первоначальным характеристикам после снятия приложенного механического напряжения.
- Остаточная деформация. Она измеряется специальным измерителем — экстензометром (Extensometer). Остаточная деформация вычисляется как отношение удлинения образца, полученного с помощью Extensometer, после снятия заданного растягивающего воздействия, к базе измерителя.
- Модуль упругости (или модуль Юнга) характеризует жёсткость образца при его упругой продольной деформации. Величина модуля упругости зависит только от свойств и структуры образца. Она измеряется в единицах силы (Н) или давления (Па). В таких же единицах выражаются значения параметров 1–3.
Цифрами на рисунке обозначены следующие элементы:
- 1 — основание.
- 2 — нагрузочный винт.
- 3(5) — нижний (верхний) захваты.
- 4 — объект тестирования.
- 6 — тензодатчик или датчик силы.
В состав установки для испытаний на растяжение также входят система измерения перемещений захвата (3) и отдельный блок контроля и управления (на рисунке не показаны). Этот блок соединён с механической частью кабелем 11.
Устройство измерения перемещений может строиться на основе LVDT (Linear Variable Differential Transformer — метод измерения линейных перемещений на базе дифференциального трансформатора).
Какие характеристики критичны при выборе машины
Испытательные установки для тестирования механических свойств материалов представляют собой сложные метрологические приборы. Они отличаются по назначению, принципам действия и по большинству эксплуатационных характеристик.
По назначению различают аппараты для выполнения определённых видов исследований и веществ, на которых их проводят. Например, для тестирования образцов из металлов, тканей или пластмасс существуют отдельные устройства для работы с этими материалами.
По принципу действия и создания контролируемого механического воздействия на объект исследований, принято выделять аппараты следующих типов:
- Установки гидравлического типа. В них очень большие механические напряжения формируются благодаря гидравлическим системам высокого давления.
- Аппараты электромеханической системы. В такой аппаратуре для создания необходимых нагрузок применяют электродвигатели с редукторным передаточным приводом. Такие аппараты отличаются высокой точностью и повторяемостью условий от одного эксперимента к другому.
- Механические приборы винтовой конструкции. Одна из них была рассмотрена выше. Они выделяются простотой и надёжностью.
- Специализированные установки разрывного типа. Они спроектированы только для исследований на растяжение.
В качестве рекомендуемых критериев выбора машин можно выделить следующие: диапазон усилий, точность тестирования, диапазон перемещений рабочей траверсы, тип захватов для образцов, дополнительный функционал.
Диапазон усилий при изучении разных деталей значительно отличается:
- Для изделий из текстиля он должен составлять от 20 до 80% от максимального значения разрывной нагрузки.
- Для парашютной ткани марки авизент рассматриваемый параметр составляет 100 кГс, а для огнеупорного брезента — 85 кГс.
- Для образцов из металлов диапазон усилий составляет от 0.1 до 15 кГс.
- Для изделий из пластмасс этот параметр в значительной мере зависит от структурных особенностей образца.
Диапазон усилий существенно отличается для жёстких, мягких и вязко-эластичных изделий выбранной исследователем скорости деформации.
Точность тестирования детали определяется верхним пределом диапазона тестера. Она составляет порядка ±1.0%, а нагрузки около ±0.5%.
Величина скорости растяжения измеряется в мм/с. В зависимости от условий эксперимента, этот параметр может изменяться плавно или ступенчато.
Чем шире диапазон перемещений рабочей траверсы, тем в больших пределах можно измерить величину деформации образца. Но точность тестирования с расширением этого параметра уменьшается.
Захваты и приспособления, применяемые для исследования заготовок на растяжение, можно разделить на рычажно-винтовые (пружинно-винтовые), клиновидные, пневматические и тисочные.
Внешний вид рычажно-винтового фиксатора изображён на следующем рисунке.
Такие приспособления применяют при изучении древесины, труб из полимеров и металлов. Максимальная выдерживаемая нагрузка — 50 кН. Толщина до образца — до 45 мм.
Клиновидные захваты обеспечивают фиксацию деталей из веществ разной твёрдости, например, из металлов, резины или пластмасс. Конструкцию такого устройства поясняет следующий рисунок.
Такая оснастка применяется при тестировании металлических образцов круглого и прямоугольного сечения, шестигранного и квадратного профиля. Она обеспечивает максимальную нагрузку до 50 кН. Диаметр круглых экземпляров от 4 до 14 мм, а шестигранного профиля от 0.8 до 12 мм. Допустимая толщина изделий плоского сечения от 0.5 до 14 мм.
Пневматические захваты применяют при тестировании неметаллических изделий-канатов, жгутов, лент. Внешний вид этой оснастки показан на следующем рисунке.
Максимальная выдерживаемая нагрузка 5 кН. Размеры образца: ширина до 50 мм, толщина до 9 мм.
Устройство тисочного типа применяют для удержания деталей из резины, текстиля, полимеров. Внешний вид этого изделия показан на следующем рисунке.
Максимальная выдерживаемая нагрузка 10 кН. Толщина образца до 30 мм, ширина до 40 мм.
Дополнительный функционал испытательного оборудования определяется возможностями поставляемого с ним программного обеспечения (ПО). При необходимости пользователь может докупить необходимые ему опции через активацию нужного модуля.
Как выглядят измеряемые кривые и что они показывают
Рассмотрим результат тестирования пластичных металлов, который представлен на следующем рисунке в виде графика зависимости напряжения (Р, Н) от деформации ∆l.
На графике в левой части рисунка выделяют следующие участки:
- Область АО (упругая деформация), в которой экземпляр деформируется пропорционально приложенной нагрузке. Точку А называют пределом упругости металла.
- Фрагмент графика АА/ именуют площадкой текучести, а соответствующее ей напряжение называют физическим пределом текучести.
- Часть ВА рассматриваемой кривой соответствует комбинированной деформации, возникающей при увеличении нагрузки на образец. Под комбинированной понимают смешанную упругопластическую деформацию.
- Область СВ также соответствует комбинированной деформации, но возникающей при уменьшении нагрузки.
- Точка максимума В именуется пределом прочности при растяжении.
- В точке С происходит физическое разрушение испытываемого изделия. В этой точке оценивают удлинение при разрыве образца.
График в правой части рисунка отличается от рассмотренного выше отсутствием площадки текучести. Эта особенность характерна для некоторых разновидностей металлов.
Зависимость напряжения-деформация представляет наибольший практический интерес. Кроме неё оценивают кривую нагрузка-удлинение, которая представляет функцию увеличения продольного размера испытуемого образца от величины растягивающей силы. Детальное рассмотрение этой характеристики выходит за рамки небольшой публикации.
Стандарты и методики
К базовым стандартам для проведения исследований изделий на растяжение относятся
- ASTM D638 — для измерения прочности пластиковых заготовок.
- ISO 527 — семейство стандартов, которым определяются принципы тестирования механических свойств пластмасс и пластмассовых композиций.
- ASTM E8 — определяет процедуру испытаний металлических образцов.
Имеются отечественные документы, относящиеся к рассматриваемой сфере: ГОСТ 1497-84, ГОСТ 11262-2017, ГОСТ 30435-97.
Соблюдение требований к материалам, изложенным в перечисленных стандартах, необходимо для обеспечения безопасности продукции в таких значимых областях, как строительство, машиностроение, автомобилестроение, аэрокосмическая техника и других.
Методики проведения исследований различных изделий и материалов также описаны в документах Госстандарта. Например, ГОСТ 10446-80 представляет собой межгосударственный стандарт, который устанавливает метод испытания проволоки на статическое растяжение при температуре 20°C.
Кейсы применения
Рассмотрим результаты сравнительного контроля параметров пластиковых деталей.
Проводились изучения прочности на разрыв для сравнения механических свойств пластиков марок PET-g, HIPS и PLA. Их характеристики сравнивались с полимером ABS. Некоторые результаты этих тестов сведены в следующую таблицу:
| Материал/вид тестов | PET-g | HIPS | PLA |
| Тестирование вдоль периметров | прочнее на 21% | прочнее на 51% | прочнее на 39% |
| Тестирование при нагрузке по слоям | прочнее на 45% | прочнее на 59% | прочнее на 54% |
Затем рассмотрим итоги тестирования проволоки биметаллической сталемедной для контактной сети трамваев и троллейбусов.
Такое изделие выпускается по ГОСТ 3222-79. В зависимости от электрического сопротивления и толщины медной оболочки, производятся марки проволоки БСМГ, БСМ0, БСМ1 и другие. Некоторые характеристики этой продукции, определяемые техническими условиями, приведены в следующей таблице:
| Марка изделия/вид тестов | БСМГ | БСМ0 | БСМ1 |
| Временное сопротивление разрыву Н/мм2 | 685 | 644 | 641 |
| Электрическое сопротивление Ом/км | 1.3 | 1.8 | 2.0 |
Для сравнения выбраны марки проволоки одинакового диаметра в 6 мм. Как следует из таблицы, лучшими прочностными и электрическими параметрами обладает продукция БСМГ.
И в завершение рассмотрим результаты сравнительных испытаний некоторых композитных материалов.
При исследовании сравниваемых образцов на разрыв получены результаты, приведённые в следующей таблице:
| Материал/вид тестов | ABS | Нейлон | ABS + CF* |
| Среднее значение усилия для продольных образцов, Н | 1233 | 1171 | 1341 |
| Среднее значение усилия для поперечных образцов, Н | 1012 | 1144 | 787 |
Примечание. *Композитное вещество включает ABS с добавлением 15% углеродного волокна.
Из данных, представленных в таблице, следует, что по совокупности прочностных характеристик сопоставимыми параметрами обладают ABS и нейлон.
Как выбрать машину в каталоге Суперайс
Выбор лабораторного испытательного оборудования — это сложная многокритериальная задача. При этом используются несколько ключевых моментов, игнорирование которых приведёт к пустой трате времени и денег. Перечислим основные критерии, сопровождая их краткими комментариями:
- Класс тестируемого вещества. При проведении испытаний на прочность разные материалы требуют приложения к образцам механических воздействий разной интенсивности. Это обстоятельство требует применения машин гидравлических или электромеханических систем соответствующих конструкций. Для создания относительно небольших усилий достаточно использования устройства с одной колонкой. Для обеспечения значительных нагрузок потребуется машина, конструкция которой состоит из двух колонок.
Магазин Суперайс предлагает покупателям аппараты, обеспечивающие создание механических усилий разной интенсивности. Информация о них представлена в следующей сводной таблице:
- Необходимая точность результатов. Для ответственных испытаний (например, сертификационных) потребуется высокоточная техника.
- Наличие достаточного испытательного пространства. Оно нужно, чтобы разместить заготовки нужных размеров.
- Динамические условия испытаний. Это относится к скорости их выполнения. Ошибка в оценке динамики тестирования приведёт к изменению свойств образца и получению недостоверных результатов.
- Климатические условия тестирования. Например, обеспечение заданной температуры и влажности. Испытательная машина должна быть работоспособна в этих условиях.
- Комплектация оборудования необходимыми аксессуарами. Основные из них — захваты для растяжения. Наличие дополнительных приспособлений для фиксации испытываемых образцов.
- Поддержка испытательным оборудованием требуемых стандартов тестирования. Стандарты выбираются в зависимости от типа материала и требований к нему.
- Возможности сервиса. Обеспечение надлежащего сервиса и поддержки производителем лабораторного оборудования своей продукции.
- Выделенный бюджет проекта. Его реализация всегда представляет собой компромисс между желаемым и действительным.
- Наличие качественного ПО для испытаний. Оно обеспечивает удобство работы и простоту обучения персонала.
Для удобной работы важно, чтобы ПО поддерживало текстовый формат для представления табличных данных CSV (Comma-Separated Values — значения, разделённые данными), рекомендованный ASTM (American Society for Testing and Materials — Американское общество испытаний и материалов).
ASTM — международная организация по стандартизации, которая разрабатывает технические стандарты для материалов, продукции и методов испытаний.
Номенклатура аппаратуры для механических испытаний, предлагаемой своим клиентам компанией Суперайс, включает изделия самого разного назначения, конструктивного исполнения и ценового диапазона.
В неё входят компактные образцы, например, аппарат для измерения усилия растяжения и сжатия Aigu ZP-5. Внешний вид устройства изображён на следующем фото.
Кроме компактной техники, покупателям предлагаются стационарные стенды на растяжение, изгиб, сжатие. К ним относится DANA DN-WA1000D. Внешний вид этого изделия представлен на фото ниже.
Как следует из представленной информации, перед человеком, желающим подобрать необходимое оборудование, стоит две задачи: выбора и финансирования. Решение обеих задач в основном зависит только от покупателя.
Техника рассматриваемого класса является специфичным товаром и не относится к продукции массового спроса. Но этот факт не должен вызывать беспокойства у желающих её приобрести.
Выбрать и купить испытательные машины на растяжение несложно самостоятельно, если обладать достаточным уровнем знаний в области материаловедения и иметь навык покупок в интернете. Потенциальные приобретатели могут получить ответы на любые вопросы у технических специалистов компании Суперайс.
Перед оформлением заказа рекомендуется уточнять цены на испытательные машины для растяжения и сроки поставки этой продукции у менеджеров магазина.
