如何选购万能试验机

如何选购万能试验机

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，使之更加易于操作，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。同时，内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承载的立柱，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（十字横梁）。现在的UTM试验机，立柱上通常还有滚珠丝杠用以固定可移动的十字头。UTM的大小用框架的最大承载水平和测量载荷/拉力的测力计来共同表征。测力计附在依靠电动马达或液压装置驱动的可移动的十字头上。带夹具的系列测力计测量力的大小，可以通过数字显示器或PC机显示结果。很多UTM具有可互换的测力计，因此可以与所测试的不同材料匹配。静态试验利用标准的电子万能试验机来进行，通常加载速度范围为0.001~20in./min（1in.=2.54cm）。动态试验或循环试验如裂纹增长和疲劳试验通常利用液压伺服系统UTM试验机来进行，时间较长，载荷较低。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时代，用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。最新的系统仍然能提供这些曲线，但是同时还能对数据进行计算，如屈服强度、破坏强度和模量等数据。目前，利用万能试验机所测试的最常见的项目是拉伸强度和拉伸模量、弯曲强度和模量。按照ASTMD638和ISO527进行拉伸试验时，样条的两端都有夹具夹紧，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（ASTMD790、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，向一个没有支撑的中心推动而不是牵引样条，直至样条弯曲甚至断裂。因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ASTMD1621和ISO844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，在一定高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ASTMD732（没有等同的ISO标准）标准进行试验时，常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100～135000lb。尺寸越大，成本越高。一般来说，立式设备的体积更小也更易于操作，并且还能借助于样品自身的重力，使棘手的样品如薄膜也能同较重的注塑部件一样易于操控。单立柱UTM试验机的力程较低，价格也较低，结构容量一般为1000lb。门式的UTM试验机的结构容量可达1000~135000lb。测力计也以某一最大的适用于UTM试验机结构和样品的力值为分类依据。例如，一个100lb的测力计安装在1000lb的模框里，可以提供100lb的试验载荷。测力计的容量不应超过样品预测断裂载荷太多，否则会影响试验结果的精确性。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。用户可以输入一定的运行载荷速度，系统就会自动调整十字头的运行。新的软件还允许用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。更换传感器时，新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。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试验机可以进动态测试以及疲劳试验。这样必须反复施加应力，进行加载-释放的循环。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裂。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。液压伺服系统试验机的框架容量从100lb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等方面的应用也越来越广泛，因为这些领域里需要耐疲劳性好的结构部件。

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