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    如何选择试验机

    中国仪器仪表资讯网2007年11月2日 13:53 点击:1405

    长程技术部提供

      如今越来越多的塑料加工企业都在购买所谓的“万能”试验机,利用它来进行拉伸、弯曲、压缩和剪切试验,以对材料进行性能评价、应用开发研究以及质量控制。发达的电子学改进了这些设备的性能,使之更加?#23376;?#25805;作,价格也越来越低。

      万能试验机(UTM)通过不同速度级别的调节,对塑料材料样条进行拉伸、弯曲、压缩或牵引,这是塑料混配实验室中最普通的设备。在混配料的制备过程中,利用UTM测试材料能够判断材料是否适用于某些特定的加工应用或终端应用。UTM还可以用于产品的质量控制,以确保产品质量各个批次之间的一致性。

      如今UTM还越来越多的出现在塑料模塑和挤塑实验室中。一方面是因为它们越来越多的参与到新产品和新工艺的开发过程。另外一方面是因为它们在原材料以及成品质量控制上的精确性。在一些社会责任感很强的领域,如医用器械或汽车行业,需要塑料加工设备对他们的产品进行试验,也需要UTM的发挥更大的作用。同?#20445;?#20869;部试验可以提高工艺控制的质量,减少废料率,从而也实现了真正的收益。

    不同的试验

      UTM试验机包括一个或多个垂直?#24615;?#30340;立柱,立柱上安装一个固定的水平基座,顶部还有一个可移动的水平十字头
      早期的UTM试验机具有类似的电子元器件和记录仪。现在已经被数控设备和PC软件代替。新的自动控制设备可以运行试验,还能显示数据,有时甚至是边运行边记录。以前的记录仪,包括PC软件之前的数字显示?#36125;?#29992;户得到的测试信息都是载荷/变形曲线,Y轴表示应力,X轴表示形变。这些曲线还需要对其进行计算和解释。最新?#21335;低?#20173;然能提供这些曲线,但是同时还能对数据进行计算,如屈服强度、破?#30331;?#24230;和模量等数据。

      目前,利用万能试验机所测试的最常见?#21335;?#30446;是拉伸强度和拉伸模量、弯曲强度和模量。按照ASTM D 638和ISO 527进行拉伸试验?#20445;?#26679;条的两端?#21152;?#22841;具夹紧,一个夹具是静止的,另一个固定在十字头上,背离固定夹具移动,牵引样条直至样条出现断裂,断裂时十字头会自动停止。弯曲试验时(ASTM D790 、D6272以及ISO178),样条被放在试验机固定机床的两个支座上。这个试验中,十字头移动的方向与拉伸试验中移动方向相反,向一个?#25381;?#25903;撑的?#34892;?#25512;动而不是牵引样条,直至样条弯曲甚至断?#36873;?#22240;为多数热塑性塑料材料不会在这个试验中断裂,所以不可能计算断裂弯曲强度。因而,标准的试验方法要求计算应变为5%时的弯曲应力。

      压缩试验一般很少应用UTM试验机,尽管这在ASTM D1621和 ISO 844标准中对刚性塑料泡沫而言是一项主要的试验。UTM试验机还能用于任何形状的注塑产品如瓶子的压碎试验,在?#27426;?#39640;度将样品摔碎或使其变形所需的应力值即压缩强度值。

      据UTM供应商统计,对于塑料材料而言,剪切试验更不多见。剪切强度值是将样品放在冲床型的剪切装置里测得的。冲击速度为0.005in./min,直至样品的可移动部分完全将固定部分露出来。剪切强度值为应力/剪切面积的值。这在薄膜材料和片材产品中很重要,因为这种类型的破坏容易出现在这类产品中,但是这并不是其他挤出和注塑产品设计时考虑最多的因素。按照ASTM D732(?#25381;械?#21516;的 ISO 标准)标准进行试验?#20445;?#24120;用的试样是塑料片材或0.005~0.500in.厚的注塑碟片。

    电子机械式UTM试验机

      常用的电子UTM试验机的容量为100~135000 lb。尺寸越大,成本越高。一般来说,立式设备的体积更小也更?#23376;?#25805;作,并?#19968;?#33021;借助于样品自身的重力,使棘手的样品如薄膜也能同?#29616;?#30340;注塑部件一样?#23376;?#25805;控。单立柱UTM试验机的力程较低,价格也较低,结构容量一般为1000 lb。门式的UTM试验机的结构容量可达1000~135000 lb。测力计也以某一最大的适用于UTM试验机结?#36141;?#26679;品的力值为分类依据。例如,一个100 lb的测力计安装在1000 lb的模框里,可以提供100 lb的试验载荷。测力计的容量不应超过样品预测断裂载?#21830;?#22810;,否则会影响试验结果的精确性。

      据Tinius Olsen公司的市场部人员透露,大多数塑料制品用户适应的规格为5000 lb的带3个测力计的单立柱或门式的设备。Tinius Olsen公司最受欢迎的UTM试验机是规格为2000 lb的试验机。Instron公司的MacManuis说,非增强塑料的测试很少使用框架容量规格超过2000 lb的设备。填充和增强塑料所用设备的框架容量经常是5000~7000 lb。但是对于由玻璃、炭黑或其他纤维的连续复合材料,框架容量可能需要60000 lb。如果所购买的设备容量超过了需要的容量,不仅投入成本增加,而?#19968;?#38656;要付出更多的测试时间,因为设备越大运行速度也就越慢。例如,250 lb的设备运行速度通常是40in./min,而容量为5000 lb的框架运行速度为20in./min。

    软件的发展

      软件技术的发展,提高了UTM设备的测试速度并使设备的操作变得更加简便。测试数据的读取、试验的整个过程、试样断裂前是否被拉伸变形、变形和外力是否成比例,这些答案能帮助材料工程师或者制品设计师评价不同材料的性能、测定安全裕度以及更好地模拟终端用户的应用。

      新的软件能自动操作试验、采集数据、分析数据、记录输出、存储数据并进行修补。用户可以输入?#27426;?#30340;运行载荷速度,?#20302;?#23601;会自动调整十字头的运行。新的软件还?#24066;?#29992;户通过位移传感器获得试验过程中真实的应变值,位移传感器可以精确测量十字头的位移情况。更换传感器?#20445;?#26032;软件还可以使测力计自动识别并校准。

      新的PC型UTM试验机的软件现在能执行整个操作,因此成本也会因为取消了数字显示器和一些电子元件而有所降低。去年,Tinius Olsen公司推出了PC机T-系列单立柱和门式的UTM试验机,容量为22250 lb。据估计,T-系列试验机包括PC和数据采集的测试导航软件,比带有数字控制面板的工作台?#29616;?#30340;S-系列价格要低10%。使用S-系列试验机?#20445;?#29992;户需重新编程才能改变试验程序。而PC驱动的T-系列试验机,只需选择程序选项就可以轻松完成这一过程。


    Testing Machines公司的新型LabMaster系列低载荷UTM试验机(250 lb) MTS System公?#31350;?#26550;容量为2000~5000 lb的门式设备PC机Alliance RT 工作台?#29616;?#31995;列售价为25000~50000美元,包括机器、PC机、TestWorks 4软件、一个测力计和一?#20934;?#20855;以及安装和培训的费用。RT系列的数字控制?#20302;?#30340;载荷框架里有一个单环路卡,据说是用于提高可信度并降低下行时间。高级的六点导?#36739;低?#25454;说可以为十字头通过x、y和z轴定位提供卓越的指导,因此提高了测量的可靠性和精确性。

     Testing Machine公司最近引入LabMaster单立柱UTM?#20302;?#29992;于容量为250 lb的低应力测试。这个R&D设备包括拉伸试验机、测力计,将可连接网络的PC窗口放在?#31185;?#30340;触摸屏上,减少了工作台所需要的操作空间。改进版的LabMaster软件,名为实验方法软件包,简化了设置,自动设置试验?#25215;頡?#21478;外,该设备最值得关注的特点是分辨率很高,可监测载荷或样品位置?#21335;?#24494;变化。售价约为16000~16500美元。

     Ametek公司的测试和校准设备部门已经从英国Lloyd 设备分公司引进了两?#20013;?#22411;的单立柱UTM试验机,十字横梁运行速度比以前型号的试验机测试范围更宽,电子元件性能也有所改善,公司特有的PC窗口Nexygen材料分析和测试软件运行速度更快。其中一款为LFPlus系列数字试验机,低应力设备的容量为250lb。速度范围为0.002~50 in./min,电子元件性能有所改善,数据扫描速度提高了8倍。另一款是容量为1100 lb的LRXPlus系列,十字横梁的运行速度为0.004 ~49in/min。可?#36234;?#34892;10个程序试验设置,并可存储600条试验结果。

    动态测试

      与静态测试所用的电子UTM试验机不同,液压伺服UTM试验机可?#36234;?#21160;态测试以及疲劳试验。这样必须反?#35789;?#21152;应力,进行加载-?#22836;?#30340;循环。例如,疲劳裂纹增长试验,用户期望了解待测材料经过多少次循环会断?#36873;?

      动态测试所需的应力比电子万能试验机静态试验中所需的应力要小。液压伺服?#20302;?#35797;验机的框架容量从100 lb到数吨不等,价格通常为电子力学试验机的2~3倍。基本用于金属材料的疲劳试验,但是在汽车塑料、航天塑料、生物医药塑料以及电子元件用塑料?#30830;?#38754;的应用也越来越广泛,因为这些领域里需要?#25512;?#21171;性好的结构部件。

      过去的两年中,MTS公司已经开发了两种PC驱动电动伺服的单立柱UTM试验机,据说性能优异,能对材料和小型配件进行低应力的动态和静态测试。尽管价格不?#30130;?#20294;是这些设备比以前任何一款试验机都要适合于动态测试。电动伺服试验机与液压伺服试验机相比,优点在于避免了液压油、泵和冷却水的使用。市场上第一批电动伺服模型是低应力的专用设备。一?#36136;荕TS Tytron 250 MicroForce,50 lb的卧式框架设备,已经用于薄包装膜的测试、生物医药管和缝合线的测试以及微电子元件的测试。另一?#36136;荕TS NanoBionix,主要用于生物医药材料研究和产品开发。最大载?#23665;鑫?1g,循环速度为每秒2500 次,适用于?#36710;?#24615;材料的准静态和动态性能测试以及很小的微电子元件的性能测试。

    (来源: 中国仪器仪表资讯网 )


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