Для образцов из различных материалов и в соответствии с требованиями разных стандартов испытаний необходимо выбирать подходящие захваты. В целом, захваты выполняют три основные функции в испытаниях материалов:
Предотвращение проскальзывания образца.
Избежание разрушения образца в зоне губок.
Обеспечение центрирования образца.
Захваты можно просто классифицировать на три типа: ручные, пневматические и гидравлические. Ручные захваты имеют самый широкий спектр применения; пневматические захваты рекомендуются для испытаний с нагрузкой до 10 кН для получения более стабильных данных; для высоконагруженных испытаний требуется достаточное усилие зажима, поэтому для высокопрочных и крупногабаритных образцов обычно выбирают гидравлические захваты.
В процессе испытаний механических свойств материалов, включая растяжение, сжатие, изгиб и другие эксперименты, захваты являются ключевыми компонентами, обеспечивающими точность данных, стабильность процедур и равномерное напряжение на образцах. Для образцов с разными материалами, размерами, величинами испытательных усилий и в соответствии с различными стандартами необходимо подбирать соответствующие типы захватов и структуры зажимных поверхностей. В противном случае легко возникают такие проблемы, как проскальзывание, аномальные места разрушения, большие отклонения данных и эксцентричное напряжение на образцах, что напрямую влияет на достоверность и воспроизводимость результатов испытаний.
Основные функции захватов в испытаниях в основном проявляются в трех ключевых аспектах:
1. Предотвращение проскальзывания образца:
Недостаточное усилие зажима или плохое соответствие зажимных поверхностей приводят к проскальзыванию образца во время испытания, что вызывает аномальные кривые усилия и неточное измерение удлинения, в конечном итоге делая данные недействительными. Качественный захват должен обеспечивать стабильное и равномерное усилие зажима, чтобы удерживать образец фиксированным на протяжении всего процесса приложения нагрузки.
2. Избежание разрушения образца в зоне губок:
Концентрация напряжений наиболее заметна в зоне губок. Чрезмерно сильный зажим, слишком грубые зажимные поверхности или неравномерное напряжение легко вызывают разрушение образца в зоне губок, а не в расчетной длине, требуемой стандартом. Такие результаты испытаний не соответствуют требованиям, и испытание необходимо повторить.
3. Обеспечение точного центрирования образца:
Эксцентриситет или наклон образца при зажиме создают дополнительный изгибающий момент во время растяжения, что приводит к явлению «эксцентричного растяжения», вызывая большие колебания данных и высокую дисперсию, и не позволяет достоверно отразить внутренние механические свойства материала. Поэтому центрирование является основным требованием к зажиму.Выбор типа зажимного приспособления (по способу привода)
Зажимные приспособления обычно делятся на три категории по способу привода и зажима: ручные, пневматические и гидравлические, каждая из которых имеет свои области применения:
1. Ручные зажимные приспособления
Они отличаются широким применением и высокой универсальностью, простой конструкцией, удобством эксплуатации и низкой стоимостью. Подходят для испытаний с низким усилием, стандартных образцов и повседневных лабораторных испытаний, являясь первым выбором для большинства стандартных испытаний материалов до 10 кН, удовлетворяя базовые потребности в зажиме и требуя простого обслуживания.
2. Пневматические зажимные приспособления
Подходят для испытаний с низким и средним усилием до 10 кН, работают от сжатого воздуха, обеспечивая равномерное и постоянное усилие зажима. Они значительно снижают ошибки, вызванные неравномерным ручным усилием, делая данные испытаний более стабильными и воспроизводимыми, поэтому подходят для стандартизированных испытаний с высокими требованиями к точности данных.
3. Гидравлические зажимные приспособления
Спроектированы специально для испытаний с высоким усилием и образцов высокой прочности и больших размеров, используют гидравлическую систему для обеспечения большого усилия зажима, гарантируя стабильное зажатие и надежную фиксацию. Способны работать с труднозахватываемыми образцами, такими как металлические пластины, прутки и высокопрочные композитные материалы, предотвращая проскальзывание и ослабление при высоких испытательных усилиях, и являются стандартной комплектацией для крупнотоннажных испытательных машин.
Выбор зажимных поверхностей (по материалу и форме образца)
Зажимные поверхности находятся в прямом контакте с образцами, и их конструкция определяется материалом, твердостью и формой поперечного сечения образцов. Неправильный выбор напрямую приводит к поломке губок, проскальзыванию и повреждению образцов при зажиме:
1. Зубчатые зажимные поверхности
Подходят для твердых образцов с гладкой поверхностью, которые редко ломаются в месте зажима, например, обычные металлы и жесткие пластики. Зубчатая структура усиливает сцепление и в первую очередь предотвращает проскальзывание, применима для большинства стандартных жестких материалов.
2. V-образные зажимные поверхности
Специально разработаны для круглых прутков, труб и проволоки, V-образный паз обеспечивает автоматическое центрирование и обхватывающий зажим, увеличивая площадь контакта и усилие зажима, предотвращая качение и смещение круглых образцов, обеспечивая стабильное зажатие.
3. Гладкие зажимные поверхности
Подходят для хрупких образцов и тех, которые склонны к повреждению при зажиме или поломке в месте зажима, например, хрупкие пластики, пленки и некоторые металлические фольги.Гладкая поверхность не имеет острых зубьев, что предотвращает повреждение поверхности образца, снижает концентрацию напряжений и уменьшает вероятность поломки губок.
4.Резиновые зажимные поверхности
Специально разработаны для мягких образцов, эластомеров, пленок, кожи, резины и других материалов. Мягкий резиновый материал не повреждает образец и не прокусывает его поверхность при зажиме, одновременно увеличивая трение, чтобы решить проблемы сложного зажима и легкого скольжения мягких образцов.
Основные принципы зажима и центрирования образцов
1.Требование к длине зажима
При зажиме эффективная длина образца, входящего в губки, должна составлять не менее 3/4 общей высоты зажимной поверхности, обеспечивая достаточную площадь контакта, чтобы избежать неравномерного напряжения, скольжения или поломки из-за недостаточной глубины зажима.
2.Требование к центрированию образца
Центрирование нельзя оценивать только на глаз; необходимо использовать специальные вспомогательные инструменты, такие как специальные центрирующие приспособления, центрирующие упоры и направляющие устройства, чтобы обеспечить полное совпадение центральной линии образца с осью нагрузки испытательной машины и исключить эксцентричный изгибающий момент.
3.Контроль усилия зажима
Ручные зажимы не следует перетягивать, чтобы избежать повреждения образца; давление пневматических/гидравлических зажимов необходимо регулировать в зависимости от материала образца — для твердых образцов давление следует увеличивать, а для мягких/хрупких — уменьшать, следуя стандарту «надежный зажим без скольжения и повреждений».
