試驗(yàn)機(jī)夾具的選擇與使用

試驗(yàn)機(jī)夾具的選擇與使用

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。

1、  夾具的特點(diǎn)

a．我們知道通過(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；國(guó)內(nèi)最大的電子式萬(wàn)能試驗(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。

b．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，一般都選用優(yōu)質(zhì)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?淬回火、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夾具體一般采用優(yōu)質(zhì)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)

c． 對(duì)夾具結(jié)構(gòu)的要求：

①.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。

②.夾具本身沒有固定的結(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，處在高端市場(chǎng)；而我們的夾具，由于涉足行業(yè)廣，在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額大，在一定程度上可以取代部分國(guó)外的夾具，處在中高端市場(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。

③.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。

2．如何判斷夾具是否適用

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)沒有辦法，有以下幾點(diǎn)供參考：

a．夾具是否使用方便、安全。

b．夾持是否可靠，不能有打滑現(xiàn)象。

c．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）

3．如何選擇夾具

主要從以下幾方面考慮：

a．根據(jù)主機(jī)最大試驗(yàn)力選擇主要夾具。夾具所能承受的最大力必須大于等于主機(jī)的最大試驗(yàn)力。

b． 根據(jù)非標(biāo)配置、或擴(kuò)展配置選一些次要夾具。（例如：擴(kuò)展配置傳感器為10kN，所選次要夾具所能承受的最大試驗(yàn)力也要為10kN。）

c．根據(jù)客戶試樣選夾具。（例如：客戶提供試樣的形狀，最大試驗(yàn)力等。）

d．建議客戶用什么樣的夾具。（例如：直徑小于1mm的繩類試樣，包括鋼絲、鐵絲、細(xì)線等。你應(yīng)該明確告訴客戶這種試樣只能采用纏繞式夾持方法，但試樣延伸率誤差大）。

4．  正確裝夾試樣

試樣的正確裝夾對(duì)試驗(yàn)很重要，直接影響試驗(yàn)的成敗及測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。總的原則是：使試樣（或成品、半成品）的受力作用線盡量與傳感器的力作用線重合。

a.對(duì)矩形試樣、脆性試樣來(lái)說(shuō)，裝夾更為重要。對(duì)楔形夾具來(lái)說(shuō)，試樣的左、右對(duì)中是由夾具保證的，但前后卻容易裝斜，裝斜后在拉伸過(guò)程中試樣兩側(cè)受力不均勻，有可能撕裂試樣或斷點(diǎn)差。在裝夾時(shí)盡可能的將試樣前后裝平行，平行后再做拉伸。

b.在鋼絲類纏繞夾具中，不能出現(xiàn)線壓線的情況，這樣會(huì)造成局部的應(yīng)力集中，往往會(huì)從壓線處斷，造成斷點(diǎn)差。

c.對(duì)于搭接試樣，應(yīng)使搭接面通過(guò)傳感器的力作用中心，這里就不一一舉例說(shuō)明了。



5．夾具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

a.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.

b.夾具的使用向高效率，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。

c.全自動(dòng)夾具：從試樣尺寸測(cè)量到裝夾，再到開始試驗(yàn)，最后出測(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)。

d.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)。

e.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，只能用同一種夾具既做拉伸又做壓縮。

f.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。