Введение
Испытательные машины на растяжение и сжатие применяются почти во всех отраслях — от производства одежды до аэрокосмической техники. Ведь в производстве прочность необходимо подтверждать испытаниями. Испытательные стенды позволяют выяснить, какую нагрузку выдержит металл, пластик или текстиль до момента необратимой деформации или физического разрушения.
Эти машины позволяют тестировать прочность и долговечность материалов. Благодаря им инженеры получают точные данные о том, какую нагрузку выдержит деталь или материал, прежде чем она деформируется или разрушится.
Что измеряют испытательные машины
Раньше для проверки материалов на прочность использовали примитивные установки, которые давали лишь примерное представление о нагрузке.
Она позволяет исследовать важные для инженеров параметры:
- прочность на разрыв — как реагирует материал на нагрузку;
- предел текучести — после этого предела начинается необратимая деформация;
- модуль Юнга — характеризует жёсткость материала при упругой деформации;
- разрывное удлинение — показывает, насколько увеличилась длина образца к моменту разрыва;
- остаточная деформация — для её измерения после снятия нагрузки используют специальный датчик — экстензометр.
Для проведения испытаний на растяжение можно приобрести машину SanLiang SLD-700mm-1000N. Такие установки востребованы в заводских лабораториях контроля качества, научно-исследовательских центрах.
Конструкция и характеристики машин
Механическая часть машины винтового типа объединяет несколько узлов:
- основание — силовая рама установки;
- нагрузочный винт — обеспечивает перемещение траверсы;
- захваты — фиксируют исследуемый объект;
- тензодатчик — измеряет приложенную силу.
Связь механики с блоком управления осуществляется по кабелю. Насколько точно перемещаются захваты, можно проконтролировать методом LVDT.
Модели испытательных машин различаются по нескольким параметрам:
- принципу действия (гидравлические для сверхвысоких нагрузок или электромеханические для высокой точности);
- диапазону усилий (для текстильных изделий он должен быть 20–80% от максимума нагрузки, для металлических — от 0,1 до 15 кГс);
- скорости растяжения (может меняться плавно или ступенчато);
- системы захватов.
Захваты выбираются исходя из типа материала. Для испытания проволоки или полимерных труб используются одни механизмы, а для парашютной ткани — другие.
Например, рычажно-винтовые подходят для древесины и труб (нагрузка до 50 кН), клиновидные для металлических образцов круглого и прямоугольного сечения. Для канатов, жгутов и лент (нагрузка до 5 кН) применяют пневматические, а для резины, текстиля и полимеров — тисочные.
Измеряемые кривые: как читать графики
Результат любого теста на растяжение — это график, по которому инженер определяет, как зависит напряжение от деформации. Эта кривая показывает надёжность детали.
При анализе графика нужно обращать внимание на следующие участки:
- Линейный участок или зона упругости. В самом начале графика линия идёт практически прямо. Чем круче идёт эта линия вверх, тем жёстче материал.
- Точка невозврата или предел текучести. В определённый момент прямая линия начинает искривляться или переходит в горизонталь. Значит, внутри материала начались необратимые изменения. Если деталь дойдёт до этого состояния, она уже никогда не примет прежнюю форму.
- Пик кривой или предел прочности.Это высший предел возможностей материала. Здесь заготовка сопротивляется нагрузке максимально сильно.
- Точка обрыва (разрушение).Конец линии — здесь образец физически разрывается.
Расстояние от начала графика до точки обрыва по горизонтальной оси показывает пластичность. Иногда для конструкции важнее не предельная прочность, а способность материала деформироваться под нагрузкой без разрушения — и график это наглядно покажет.
Стандарты и кейсы применения: реальные цифры
Испытания проводятся строго по методикам, указанным в стандартах. Для пластиков это ASTM D638 и ISO 527, для металлов — ASTM E8 или отечественный ГОСТ 1497-84.
Сравнение материалов в лаборатории часто даёт неожиданные результаты. Например, тесты на прочность пластиков для 3D-печати показали, что материал HIPS при нагрузке вдоль слоёв на 59% прочнее стандартного ABS.
Для проволоки (ГОСТ 3222-79) марка БСМГ диаметром 6 мм превосходит аналоги с сопротивлением разрыву 685 Н/мм². В сравнительном анализе композитов добавление 15% углеродного волокна к ABS (марка ABS + CF) увеличивает усилие на разрыв до 1341Н для продольных образцов, что превосходит показатели чистого нейлона.
Выбор оборудования
При выборе лабораторной машины нужно учитывать не только бюджет, но и много критериев:
- класс материала (для больших усилий требуется двухколонная конструкция);
- испытательное пространство (габариты заготовок);
- возможности ПО (поддержка формата CSV для экспорта данных по стандартам ASTM).
Например, для тяжёлой промышленности незаменимы сверхмощные стенды (максимальная сила растяжения свыше 500 кН), такие как Aipli ZP-1000. Если нужны средние испытательные стенды с силой растяжения (10–100 кН) — то модели Kuyang KY-D3105. Для мелких деталей подходят компактные универсальные машины (до 1 кН). К примеру, тестер прочности на растяжение Enlab ELB-LL-1TSD.
Заключение
Развитие технологий контроля качества материалов продолжается. Если хотите узнать больше об измерительном оборудовании и методиках испытаний, приглашаем почитать наш блог.