一、試驗(yàn)機(jī)必須具備三個(gè)要素:
有加力裝置:有夾具;有力值顯示裝置和記錄。可見(jiàn)夾具在試驗(yàn)機(jī)中的重要性,我們通過(guò)夾具夾持試樣(或產(chǎn)品),通過(guò)加力裝置,力值顯示裝置和記錄來(lái)判斷材料(或成品)是否合格和達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo),沒(méi)有可靠的夾具,這些就無(wú)法判斷。夾具是試驗(yàn)機(jī)中根據(jù)材料試樣變化而一個(gè)經(jīng)常變化的部分,不同的材料需要不同的夾具,它是試驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行及試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度高低的一個(gè)重要因素,合理正確的使用夾具有利于試驗(yàn)順利的進(jìn)行,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)材料的要求越來(lái)越高,致使新材料不斷的出現(xiàn),對(duì)夾具的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
二、夾具根據(jù)試驗(yàn)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。
三、夾具的基本性能
1.夾具對(duì)強(qiáng)度要求:
通過(guò)夾具夾持試樣(或產(chǎn)品)對(duì)試樣進(jìn)行加力,夾具所能承受的試驗(yàn)力的大小是夾具的一個(gè)很重要的指標(biāo),它決定了夾具結(jié)構(gòu)的大小及夾具操作的勞動(dòng)強(qiáng)度的大小,試樣材質(zhì)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(yàn)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大的電子式試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)力為600KN,0.5級(jí)機(jī),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(jù)不同的試驗(yàn)力、試樣的形狀大小選擇設(shè)計(jì)不同的夾具.
2. 對(duì)夾具材料的要求。
①. 對(duì)一般的金屬及非金屬試樣, 夾具的鉗口直接與試樣接觸,一般都選用合金結(jié)構(gòu)鋼,合金高碳鋼或低碳合金鋼、冷作模具鋼等,通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚧慊鼗?、滲碳淬火等增加其強(qiáng)度、耐磨性. 有時(shí)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(duì)一些小試驗(yàn)力的夾具,與試樣接觸的表面采用粘軟質(zhì)膠皮等。(例如:塑料薄膜、纖維絲等試樣的夾具夾持面,)
③. 夾具體一般采用中碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼,通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囋黾悠淞W(xué)性能。有時(shí)為了減輕重量也采用鋁合金等有色金屬及特種金屬。有時(shí)也采用鑄造結(jié)構(gòu)鑄鋼,鑄鋁等
3. 對(duì)夾具結(jié)構(gòu)的要求。夾具的設(shè)計(jì)主要依據(jù)材料的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及試樣(特指成品及半成品)的型狀及材質(zhì)。以上所說(shuō)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是指ISO、ASTM、DIN、GB、BS、JIS…等,還有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等,這些標(biāo)準(zhǔn)中一般都對(duì)試樣制樣及試驗(yàn)方法都有嚴(yán)格的規(guī)定,我們可以根據(jù)試樣及試驗(yàn)方法的不同設(shè)計(jì)不同的夾具。
對(duì)于特殊試樣(成品及半成品的)使用的夾具,主要根據(jù)試樣的型狀及材質(zhì)設(shè)計(jì)夾具。
四、夾具的結(jié)構(gòu)
夾具本身沒(méi)有固定的結(jié)構(gòu)(如金屬絲可采用纏繞方式夾緊,也可采用兩個(gè)平板夾緊,金屬薄板試樣可采用楔形夾緊方式,也可采用對(duì)夾夾緊方式),這和主機(jī)有明顯的區(qū)別,主機(jī)國(guó)內(nèi)、國(guó)外的大同小異,而夾具國(guó)外的、國(guó)內(nèi)的區(qū)別很大,不同公司間也有大的區(qū)別。這主要取決于公司的整體水平,設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)的積累。國(guó)外的夾具,如INSTRON、MTS、ZWICK等公司的夾具一般做工細(xì)致,可靠性較高,但價(jià)格較高,處在市場(chǎng),而國(guó)內(nèi)的,如SANS的夾具,由于涉足行業(yè)廣,在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)分額大,在一定程度上可以取代國(guó)外的夾具,處在中市場(chǎng),但在一些新材料,特種材料用夾具上國(guó)內(nèi)與國(guó)外水平還有一定差距。
夾具本身就是一個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu),我們知道機(jī)械上的鎖緊結(jié)構(gòu)有:縲紋(即螺紋,螺釘,螺母)、斜面、偏心輪、杠桿等,夾具就是這些結(jié)構(gòu)的組合體。試驗(yàn)機(jī)用夾具在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有固定的模式, 根據(jù)不同的試樣及試驗(yàn)力大小,在結(jié)構(gòu)上差別很大.大試驗(yàn)力的試樣一般采用斜面夾緊結(jié)構(gòu),隨試驗(yàn)力的增加,夾緊力隨之增加,臺(tái)肩試樣采用懸掛結(jié)構(gòu)等,如果夾具按結(jié)構(gòu)劃分,可分為楔形類夾具(指采用斜面鎖緊原理結(jié)構(gòu)的夾具)、對(duì)夾類夾具(指采用單面或雙面螺紋頂緊原理結(jié)構(gòu)的夾具)、纏繞類夾具(指試樣通過(guò)纏繞方式鎖緊的夾具)、偏心類夾具指采用(偏心鎖緊原理結(jié)構(gòu)的夾具)、杠桿類夾具(指采用杠桿力放大原理結(jié)構(gòu)的夾具)、臺(tái)肩類夾具(指適用于臺(tái)肩試樣的夾具)、螺栓類夾具(指適用于螺栓、螺釘、螺柱等測(cè)試螺紋強(qiáng)度的夾具)、90°剝離類夾具(指適用于兩試樣進(jìn)行垂具,直剝離的夾具)等。這些夾具的結(jié)構(gòu)各有各的優(yōu)缺點(diǎn),例如:楔形夾具,初始夾緊力小,隨試驗(yàn)力增加。夾緊力隨之增加。對(duì)夾夾具,初始夾緊力大,隨試驗(yàn)力增加。夾緊力隨之減小
五、夾具適用性的判斷標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)夾具適用性的判定很難界定,由于夾具結(jié)構(gòu)的特殊性,對(duì)一種夾具,有時(shí)我們很難確定它到底更適合那種試樣,但不能說(shuō)沒(méi)有辦法,有以下幾點(diǎn)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(xiàn)象。
◆ 做試驗(yàn)過(guò)程中,試樣斷點(diǎn)好。數(shù)據(jù)離散性小。(即試樣不斷鉗口、鉗口內(nèi)、平行段或標(biāo)距外)
六、夾具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
◆ 試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展方向是由制樣檢測(cè)向制品(即成品、半成品)檢測(cè)方向發(fā)展,這就要求與之相適應(yīng)的夾具由原用于標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)的夾具向用于成品檢測(cè)的夾具發(fā)展。
◆ 夾具的使用向率,低勞動(dòng)強(qiáng)度的方向發(fā)展,過(guò)去的夾具一般采用機(jī)械鎖緊,費(fèi)時(shí)費(fèi)力, 勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率低,隨著工作環(huán)境的改善,及大批量試驗(yàn)生產(chǎn)流水線隨機(jī)抽檢的需要,夾具的夾緊方式由原來(lái)的機(jī)械夾緊向氣壓夾緊,液壓夾緊等方向發(fā)展。
◆ 全自動(dòng)夾具
從試樣尺寸測(cè)量到裝夾,再到開始試驗(yàn),zui后出測(cè)試報(bào)告一次完成。此類夾具成本很高,僅適用于大批量的相同試樣或成品的測(cè)試和檢驗(yàn)。
◆ 環(huán)境試驗(yàn)(高低溫試驗(yàn))的增多, 使用于高低溫的夾具增多,環(huán)境試驗(yàn)(高低溫箱)的增多,給夾具的設(shè)計(jì)增加了難度,我們知道高溫拉伸試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定,圓試樣用螺紋,板試樣上有孔。由于連接方式固定,所以?shī)A具的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單,但高低溫試驗(yàn)卻不同,它一般是在高低溫箱中做試驗(yàn),它的試樣一般標(biāo)距短(一般為常溫試樣)。這樣一來(lái)夾具就必須裝在高低溫箱內(nèi),高低溫試驗(yàn)一般由于試驗(yàn)機(jī)行程受限制(試驗(yàn)機(jī)在裝標(biāo)準(zhǔn)夾具時(shí)行程)這就要求夾具體積小,又要滿足試驗(yàn)力,又要耐高溫、低溫,一般比較難設(shè)計(jì)。
◆ 連續(xù)試驗(yàn)夾具增多
由于過(guò)去一般是制樣檢測(cè),試樣的拉伸、壓縮是分開進(jìn)行的(即拉伸、壓縮是用不同的夾具進(jìn)行的),而現(xiàn)在成品檢測(cè)越來(lái)越多,試樣在同一次試驗(yàn)中又要受拉伸,又要受壓縮,又要有高的效率,只能用同一種夾具即做拉伸又做壓縮。
◆ 特殊行業(yè)用試驗(yàn)夾具增多
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一些新興的行業(yè)對(duì)試驗(yàn)用夾具提出了新的要求,例如要求夾具結(jié)構(gòu)小、無(wú)磁性,耐腐蝕(在溶液中做試驗(yàn))等等。
七、夾具設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)
◆ 鋼絲、鋼絞線由于試樣硬度高,內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)松散,在拉伸試驗(yàn)過(guò)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(yàn)力、大直徑的尼龍繩,由于變形過(guò)大,夾持困難,夾具的設(shè)計(jì)也是一個(gè)難點(diǎn)。
由于試驗(yàn)機(jī)夾具使用的特殊性,以及新材料的不斷出現(xiàn),夾具的設(shè)計(jì)一直處在被動(dòng)的局面,我們每天都會(huì)碰到新材料,需要設(shè)計(jì)新的夾具,總結(jié)過(guò)去成功的經(jīng)驗(yàn)。