試驗機夾具的選擇與使用

試驗機夾具的選擇與使用

夾具根據試驗方法不同，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

a．我們知道通過夾具夾持試樣（或產品）對試樣進行加力，夾具所能承受的試驗力的大小是夾具的一個很重要的指標。它決定了夾具結構的大小及夾具操作的勞動強度的大小，試樣材質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；國內最大的電子式萬能試驗機試驗力為600KN,0.5級機)，試樣尺寸小到直徑φ0.006mm的金絲，大到直徑1m的PVC管材等。這就要求根據不同的試驗力、試樣的形狀大小選擇設計不同的夾具。

b．對夾具材料的要求：

①.對一般的金屬及非金屬試樣, 夾具的鉗口直接與試樣接觸，一般都選用優質合金結構鋼，合金高碳鋼(或低碳合金鋼)、冷作模具鋼等，通過適當的熱處理工藝(淬回火、滲碳淬火等)增加其強度、耐磨性. 有時也在鉗口處鑲裝特種鋼材,或在鉗口表面噴涂金鋼砂等.

②.對一些小試驗力的夾具，與試樣接觸的表面采用粘軟質膠皮等。（例如：塑料薄膜、纖維絲等試樣的夾具夾持面。）

③夾具體一般采用優質中碳鋼、合金結構鋼，通過適當的熱處理工藝增加其力學性能。有時為了減輕重量也采用鋁合金等有色金屬及特種金屬。有時也采用鑄造結構(鑄鋼,鑄鋁等)

c． 對夾具結構的要求：

①.夾具的設計主要依據材料的試驗標準及試樣（特指成品及半成品）的型狀及材質。以上所說的試驗標準是指ISO、ASTM、DIN、GB、BS、JIS…等，還有企業標準、行業標準等，這些標準中一般都對試樣制樣及試驗方法都有嚴格的規定，我們可以根據試樣及試驗方法的不同設計不同的夾具。對于特殊試樣（成品及半成品的）使用的夾具，主要根據試樣的型狀及材質設計夾具。

②.夾具本身沒有固定的結構（如金屬絲可采用纏繞方式夾緊,也可采用兩個平板夾緊，金屬薄板試樣可采用楔形夾緊方式，也可采用對夾夾緊方式），這和主機有明顯的區別。主機國內、國外的大同小異，而夾具國外的、國內的區別很大，不同公司間也有大的區別。這主要取決于公司的整體水平，設計人員的經驗的積累。國外的夾具，如INSTRON、MTS、ZWICK等公司的夾具一般做工細致，可靠性較高，但價格較高，處在高端市場；而我們的夾具，由于涉足行業廣，在國內的市場份額大，在一定程度上可以取代部分國外的夾具，處在中高端市場。但在一些新材料、特種材料用夾具上，國內與國外水平還有一定差距。

③.夾具本身就是一個鎖緊機構，我們知道機械上的鎖緊結構有：縲紋（即螺紋，螺釘，螺母）、斜面、偏心輪、杠桿等，夾具就是這些結構的組合體。試驗機用夾具在結構上沒有固定的模式, 根據不同的試樣及試驗力大小,在結構上差別很大.(大試驗力的試樣一般采用斜面夾緊結構,隨試驗力的增加,夾緊力隨之增加，臺肩試樣采用懸掛結構等)，如果夾具按結構劃分，可分為楔形類夾具（指采用斜面鎖緊原理結構的夾具）、對夾類夾具（指采用單面或雙面螺紋頂緊原理結構的夾具）、纏繞類夾具（指試樣通過纏繞方式鎖緊的夾具）、偏心類夾具指采用（偏心鎖緊原理結構的夾具）、杠桿類夾具（指采用杠桿力放大原理結構的夾具）、臺肩類夾具（指適用于臺肩試樣的夾具）、螺栓類夾具（指適用于螺栓、螺釘、螺柱等測試螺紋強度的夾具）、90°剝離類夾具（指適用于兩試樣進行垂具，直剝離的夾具）等。這些夾具的結構各有各的優缺點，例如：楔形夾具，初始夾緊力小，隨試驗力增加。夾緊力隨之增加。對夾夾具，初始夾緊力大，隨試驗力增加。夾緊力隨之減小。

2．如何判斷夾具是否適用

對夾具適用性的判定很難界定，由于夾具結構的特殊性,對一種夾具,有時我們很難確定它到底更適合那種試樣，但不能說沒有辦法，有以下幾點供參考：

a．夾具是否使用方便、安全。

b．夾持是否可靠，不能有打滑現象。

c．做試驗過程中，試樣斷點好。數據離散性小。（即試樣不斷鉗口、鉗口內、平行段或標距外）

3．如何選擇夾具

主要從以下幾方面考慮：

a．根據主機最大試驗力選擇主要夾具。夾具所能承受的最大力必須大于等于主機的最大試驗力。

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

c．根據客戶試樣選夾具。（例如：客戶提供試樣的形狀，最大試驗力等。）

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、細線等。你應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

試樣的正確裝夾對試驗很重要，直接影響試驗的成敗及測試數據的準確性。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.對矩形試樣、脆性試樣來說，裝夾更為重要。對楔形夾具來說，試樣的左、右對中是由夾具保證的，但前后卻容易裝斜，裝斜后在拉伸過程中試樣兩側受力不均勻，有可能撕裂試樣或斷點差。在裝夾時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，不能出現線壓線的情況，這樣會造成局部的應力集中，往往會從壓線處斷，造成斷點差。

c.對于搭接試樣，應使搭接面通過傳感器的力作用中心，這里就不一一舉例說明了。



5．夾具現狀及發展趨勢

a.試驗機的發展方向是由制樣檢測向制品（即成品、半成品）檢測方向發展,這就要求與之相適應的夾具由原用于標準試樣試驗的夾具向用于成品檢測的夾具發展.

b.夾具的使用向高效率，低勞動強度的方向發展。過去的夾具一般采用機械鎖緊，費時費力，勞動強度大，效率低。隨著工作環境的改善，及大批量試驗(生產流水線隨機抽檢的)需要，夾具的夾緊方式由原來的機械夾緊向氣壓夾緊、液壓夾緊等方向發展。

c.全自動夾具：從試樣尺寸測量到裝夾，再到開始試驗，最后出測試報告一次完成。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試和檢驗。

d.環境試驗（高低溫試驗）的增多，使用于高低溫的夾具增多。環境試驗（高低溫箱）的增多，給夾具的設計增加了難度。我們知道高溫拉伸試驗國家標準都有規定：圓試樣用螺紋，板試樣上有孔。由于連接方式固定，所以夾具的設計較為簡單。但高低溫試驗卻不同，它一般是在高低溫箱中做試驗，它的試樣一般標距短（一般為常溫試樣）。這樣一來夾具就必須裝在高低溫箱內，高低溫試驗一般由于試驗機行程受限制（試驗機在裝標準夾具時行程），這就要求夾具體積小，又要滿足試驗力，又要耐高溫、低溫,一般比較難設計。

e.連續試驗夾具增多。由于過去一般是制樣檢測，試樣的拉伸、壓縮是分開進行的（即拉伸、壓縮是用不同的夾具進行的），而現在成品檢測越來越多，試樣在同一次試驗中又要受拉伸，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.特殊行業用試驗夾具增多。隨著科學技術的發展，一些新興的行業對試驗用夾具提出了新的要求，例如要求夾具結構小、無磁性，耐腐蝕（在溶液中做試驗）等等。