Оснастка для разрывной испытательной машины

От правильного выбора оснастки напрямую зависят параметры: точность, воспроизводимость и достоверность получаемых результатов.

В статье мы разберем основные виды оснастки, их классификацию, применение и основные параметры выбора под ваши объекты контроля и задачи.

 

Дмитрий Карпенко
технический специалист

Основные проблемы, с которыми можно встретиться при неправильном выборе оснастки:

1. Проскальзывание и выскальзывание образца в захватах;

2. Неправильное распределение напряжений в образце во время испытаний, что приводит к некорректным результатам;

3. Повреждение образца в зоне контакта.

Разделить оснастку можно на два типа:

1. Стандартные захваты для испытаний на растяжение

• Клиновые захваты (применяется при работе с металлами, прочными пластиками и т.д)
  - Ручной зажим (винт/рычаг)
  - Пневматический привод 
  - Гидравлический привод
• Тисочные захваты (применяется при работе с полимерными материалами, фольгой, бумагой, картоном и т.д)
  - Ручной зажим винт
  - Пневматический привод 
• Прочие захваты (применяется при работе с нитями, ремнями, тканями, проволоками и т.д)
  - Намоточный захват
  - Эксцентриковые захваты 
  - Вальцевые захваты 
  - Захваты для образцов с головками

2. Оснастка для технологических испытаний
(применяется при проведении особых видов испытаний)

       - Плиты сжатия 
       - Оправки для бортования 
       - Конусы для раздачи труб 
       - Испытания на 3-х и 4-х точечный изгиб 
       - Инструмент Эриксона для вытяжки листового металла 
       - Приспособления для испытаний на сдвиг/срез

Стандартные захваты для испытаний на растяжение  
 

В первую группу входят самозажимные клиновые и тисочные захваты. 

Клиновые захваты в основном используются для испытаний образцов из металла, прочных пластиков и т.д. Их конструкция обеспечивает увеличение прижимного усилия во время роста испытательной нагрузки, что гарантирует надежное крепление во время испытаний. За контакт с образцом отвечают губки, на поверхности которых имеется специальная насечка для наилучшего сцепления с образцом.

Далее разделение идет по типу механизмов управления.
При ручной работе с захватами начальный прижим образца может осуществляться как за счёт винтов, так и рычагов. Захваты такого типа обеспечивают надежное крепление при испытательных нагрузках до 300 кН. 

Если используется гидравлическая версия захватов, то начальный зажим обеспечивается за счёт давления масла. Захваты с гидравлическим приводом применяются в основном при нагрузках выше 200 кН. Так же гидравлические или пневматические захваты повышают производительность лаборатории, т.к. оператору не нужно тратить время на зажим/разжатие образца вручную.

Тисочные захваты чаще применяются при работе с полимерными материалами, фольгой, тканью, бумагой, картоном и т.д., когда испытательные нагрузки невысоки и образец требует деликатной работы. 

Зажим образца может производиться вручную при помощи винтов, либо с помощью пневматической системы. Захваты подобного типа используются при испытательных нагрузках до 5 кН с ручным прижимом, и до 10 кН с пневматическим прижимом.

Так же, если образец во время испытаний может утоняться в месте прижима, например резина, то с пневматической системой он будет все время «поджиматься», что не позволит образцу выскользнуть из захватов.

На мощных гидравлических машинах применяется комбинированный принцип крепления: первоначальный зажим обеспечивается давлением масла, а в процессе нагружения в работу вступает самозажимной клиновой механизм. Такая синергия позволяет проводить испытания при колоссальных нагрузках в сотни тонн.

 
Испытания образца в гидравлической машине

Захваты для образцов с головками разработаны специально для испытаний образцов типа «гантель» (они же «гагаринские» образцы) с предварительно изготовленными опорными головками. В отличие от клиновых захватов, где удержание происходит за счет трения зубьев о поверхность, здесь работает принцип геометрического замыкания. Конструкция состоит из силового корпуса (стакана) и сменных вкладышей (полуколец). Оператор вкладывает образец, вкладыши смыкаются вокруг его шейки, и при нагружении головка образца упирается в эти вкладыши. Если на вкладышах нарезана резьба, то в захватах такого типа становится возможным испытывать образцы с резьбой, например шпильки.  

Преимущества плечевых захватов: 100% защита от проскальзывания, выскальзывание образца физически невозможно благодаря упору головки и высокая долговечность из-за отсутствия трущихся деталей.

Так же в эту категорию входят намоточные захваты типа «улитка».

Они применяются для испытаний нитей, веревок и проволок, кабелей и т. п. Основной конструктивный элемент улиточного захвата – это направляющая катушка.

Образец наматывается вокруг этого ролика в один или несколько витков, образуя контакт трением между материалом образца и поверхностью катушки, а край образца зажимается на катушке при помощи тисков. Такая конструкция защищает образец от перегиба и повреждения в захватах.

Эксцентриковые захваты нашли свое применение в испытаниях прежде всего высокоэластичных, мягких, упругих образцов: резина, пленка, эластомеры и т.д.

Установка образца в захваты происходит при помощи рычага.

Главной особенностью захватов является автоматический дожим во время испытаний. Геометрия эксцентрика таких спроектирована так, что с ростом растягивающей нагрузки нормальное усилие прижима увеличивается, предотвращая проскальзывание образца.

Захваты пинцетного типа применяются для испытаний различных миниатюрных образцов. 
Например, различные пленки, фольги, электронные компоненты и т.п. Так же такие захваты нашли свое применение для испытаний клеевых соединений различных упаковок на отрыв. Зажим образцов происходит как в тисочных захватах.

Захваты для испытаний клеевых соединений конструктивно похожи с захватами для образцов типа «гантель», образец так же держится в захвате за счёт упора. Применяются они для испытаний прочности сцепления различных клеевых и других соединений. 

В эту группу входит оснастка для испытаний на изгиб, сжатие, осадку, сплющивание, бортование, раздачу, вытяжку.

Для испытаний на сжатие, осадку и сплющивание используются плиты сжатия. С их выбором существует главное правило: плиты должны полностью покрывать поверхность образца.

Оснастка для испытаний на раздачу представляет собой конус с углом при вершине от 6 до 120 градусов. Данные испытания нужны для проверки способности металлических бесшовных и сварных труб круглого сечения расширяться радиально без разрушения и возникновения дефектов. 

При выборе оснастки для таких испытаний важно, чтобы высота приспособления была достаточной, чтобы обеспечить необходимый уровень раздачи трубы при заданном угле конусности. Так при высоких углах (60 или 90 градусов) приспособление будет относительно компактным, если же угол конусности небольшой (6 или 12 градусов), то может понадобиться достаточно большая высота рабочего пространства у испытательной машины, ввиду размера приспособления.

Оснастка для испытаний на бортование схожа с оснасткой для испытаний на раздачу. Только при испытаниях на бортование угол загиба постоянно увеличивается, пока не достигнет 90 градусов. Часто идёт в паре с предыдущей оснасткой.

Испытание заключается в отбортовке конца (отрезка трубы) до образования фланца заданного диаметра или до получения величины отбортовки, указанной в нормативно-технической документации на трубы.

b — ширина борта, мм; 
d_ф — диаметр фланца отбортовочной оправки, мм;
d_ц — диаметр цилиндрической части оправки, мм;
D — наружный диаметр трубы, мм;
D_б — наружный диаметр борта, мм;
R — радиус галтели отбортовочной оправки, мм;
S (а) — толщина стенки трубы, мм;
α — угол отбортовки, град.

Оснастка для испытаний на изгиб состоит из двух частей: основание с двумя опорами, которые разводятся на определенное расстояние, и верхняя оправка, которая давит на образец. Оправка может быть как одинарной (тогда испытание будет производиться на трехточечный изгиб), так и  двойной (тогда испытания будет производиться на четырехточечный изгиб). 

Длина опор и ширина оправки должны превышать ширину или диаметр образца. Диаметр оправки определяется нормативным документом на металлопродукцию. Расстояние между опорами при испытаниях определяют по формуле 

Где D — диаметр оправки, мм; а — толщина (диаметр) образца, мм.

Испытания на трехточечный изгиб

Оснастка для испытаний на вытяжку по Эриксону представляет собой матрицу, пуансон и прижимное кольцо. Является неотъемлемой частью испытаний листового металла. Этот метод позволяет определить способность материала к глубокой вытяжке и выявить его потенциальные ограничения при обработке.

Приспособления для испытаний на сдвиг/срез применяются для определения прочности образцов при параллельном сдвиговом напряжении. 
Это касается композитов, болтов, арматуры, бетона, сварных соединений и т.д. На образец прикладываются нагрузки с противоположными направлениями, что имитирует реальные смещения конструкций.

Оснастка для испытаний на прокол состоит из нижнего зажима (стакан с кольцом для фиксации пленки над отверстием и сменного индентора (игла, шар или конус). 

Предназначена для испытаний образцов на сопротивление прокалыванию. В основном применяется для испытаний различных тканей и пленок.