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拉力试验机夹具产生打滑的原因以及解决方案

拉力试验机夹具产生打滑的原因以及解决方案

     在使用拉力试验机对检测试样进行力学检测的时候,经常会出现的情况是拉力试验机的夹具有打滑的故障,并且如果使用的时间越长,打滑的现象就会越来越严重,较终导致检测数据的不准确性,只有分析清楚拉力试验机夹具打滑的原因在哪里,找出相应的解决对策,确保试验数据的真实和可靠性。

       金属材料在受力的初始阶段,一般来说变形与受到的外力基本成线性的比例关系,这时若外力消失材料的变形也将消失,恢复原状,这一阶段通常称为弹性阶段,物理学中的虎克定律,就是描述这一特性的基本定律。当应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当塑性应变急剧增加,曲线出现一个波动的小平台,这种现象称为屈服。当金属材料呈现屈服现象时,在试验期间达到塑性变形发生力不增加的应力点叫做屈服强度,应区分上屈服强度和下屈服强度,试样发生屈服而力**下降前的较高应力叫做上屈服强度;在屈服期间,不计初始瞬时效应时的较低应力叫做下屈服强度。由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为材料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度,但当外力增大到一定程度后,变形与受到的外力将不再成线性比例关系,这时当外力消失后,材料的变形将不能完全消失,外型尺寸将不能完全恢复到原状,这一阶段称为塑性变形阶段。

     目前我们所用的拉力试验机有人工读取数据和计算机自动读取数据两种,当采用人工读取数据的拉力机进行试验时,在打滑处指针会短暂的抖动下,而在屈服点时会明显的来回抖动,有经验的检验人员一般可以区分出来,并且目前我们大部分拉力机都升级或直接购买计算机自动读取数据的拉力机,因此这里就只讨论计算机自动读取数据类型的拉力试验机,这类拉力机对屈服点的判断都是计算机自动采集并标上屈服点而自动计算出的屈服强度(由于大多数金属材料都是采取下屈服强度做为交货条件,因此下面所说的屈服强度都是指下屈服强度,而打滑对上屈服强度没什么影响),如果在试验过程中拉力试验在屈服阶段出现打滑现象,则在拉力试验机电脑自动采集系统就会把打滑点误认为是屈服点,就会使计算结果出现错误而误导生产工艺的调整和出厂判定结果。

      金属的抗拉强度是指钢材屈服到一定程度后,由于内部晶粒重新排列,其抵抗变形能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达较大值。此后,钢材抵抗变形的能力明显降低,并在较薄弱处发生较大的塑性变形,此处试件截面迅速缩小,出现颈缩现象,直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的较大应力值称为强度极限或抗拉强度。如果金属在抗拉阶段出现打滑,由于计算机在采集抗拉强度的点时是对整个抗拉阶段的较高点进行采集,而打滑点肯定是在较高点的下面,检测系统不会将打滑点当作抗拉强度的点,在系统中显示的抗拉强度的点就是整个拉力试验过程中的较高点,因此拉力试验机夹具打滑对抗拉强度没有明显的影响。

 

那么拉力试验机打滑的原因可以分为人为因素与设备因素两大类。

人为因素
拉力试验机打滑的人为因素是由于操作人员在进行试验时没有按试验的正确方法进行操作而造成的,主要有两方面的因素:试样夹持长度较短和夹具的钳口选择不当。试样夹持长度较短 试验机夹具的正确使用方式应该是,在试件的夹持长度与夹具齿面长度相同时,先借助外力推动钳口,使其在夹持面上产生初始摩擦力,再通过试验机横梁的移动对试样加载,摩擦力拉动钳口(楔形口)时由于斜面的作用,轴向拉力越大,产生的夹持力也越大.试验机夹具本体上有两个斜面的楔形口正是依据上述夹持方式按照接受均匀压应力设计的。但是,有些操作人员并没有按照试验机的使用要求进行操作,试样夹持长度较短,造成楔形口斜面受力不均。楔形口局部压应力远远超过材料的屈服强度,从而使楔形口产生塑性变形、严重外翻,口的角度,使楔形口斜面塌陷或磨损。夹具在这种情况下继续使用,减小了楔形使夹具本体受力状态恶化而出现打滑现象。

夹具的钳口选择不当
拉力试验机夹具有多种不同的规格和夹面,针对不同的试样采用不同的夹头,有些操作人员在试验时,使用大规格钳口夹持小截面试样,或使用平夹头夹持大试样,使得夹具与试样接触不紧密,摩擦系数明显降低,较直观的表现为夹具的鳞状尖峰被磨平,摩擦力大幅度的减小。当试样受力逐渐增大达到较大静摩擦力时,试样就会打滑,从而产生虚假屈服现象。


设备因素
设备因素主要有拉力机在拉试样时由于氧化铁皮落入楔形块斜面而引起打滑。金属试样在进行拉拔过程中会产生金属氧化铁皮,氧化铁皮会落入到楔形块与夹具相结合的斜面中,使得斜面的平整度被破坏、表面粗糙度严重下降,使楔形口(楔形块)运动不灵活,在拉力不断增加时,楔形块沿燕尾斜面的滑动中产生爬行(跳跃行进)。拉伸加载过程中时常出现的“叭、叭”之声,就是这样产生的。这就是通常所说的打滑。
 

夹具打滑的对策
针对以上由于认为因素和设备因素引起的打滑原因,制定了以下几点对策,通过对策的施行可以减少或消除拉力机打滑现象。

规范试验机的操作规程
针对试样夹持长度较短和夹具的钳口选择不当,在拉力试验机的操作规程中,必须规定:“拉伸试样的夹持长度,不得小于夹具齿面的长度”和“不准使用用于大截面试样的钳口夹持小截面试样或使用平夹头夹持大试样”。操作人员必须按操作规程进行试验。


对楔形块斜面进行修复
对楔形块产生塑性变形、严重外翻,使楔形块斜面塌陷或磨损的应及时进行修复,修复一般可以采取以下两种方法

补焊
对楔形块斜面塌陷或磨损部分先进行补焊,然后用插床进行复原(如果机加工达不到粗糙度要求,还应进行刮研)。补焊部位的硬度、强度一般会有所提高,以后注意正确使用夹具就可以了。

镶嵌
对楔形块斜面按原设计角度用插床去除10毫米,然后在此部位镶嵌一块磨光勺淬火钢板。这种方式对夹具本体的设计强度略有削弱,但长期使用效果较好。
楔形块上方加上防层装置
为了防止金属试样在拉伸过程种氧化铁皮落入楔形块斜面,可以在楔形块上方安上两块橡皮块,这样就可以有效的减少氧化铁皮落入斜面,另外可以在楔形块斜面涂上黄油或润滑脂,并且定期对夹具进行擦洗和换油。

拉力试验机在进行拉力试验时出现打滑的机率还是比较高的,主要表现为试样夹持部分打滑或试验机某些力值传递环节间存在较大的间隙等因素,如果以前使用该试验机所作试验屈服值正常,而现在所作试验屈服值将明显偏低,且在某些较硬或者较脆的材料试验时现象尤为明显,则一般应首先考虑是试验机打滑这一原因。这时需及时分析引起打滑的原因,并针对原因采取对应的措施,才能确保我们的试验数据的准确性。

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