萬能試驗(yàn)機(jī)的調(diào)節(jié)方法

“萬能”試驗(yàn)機(jī)，利用它來進(jìn)行拉伸、彎曲、壓縮和剪切試驗(yàn)，以對(duì)材料進(jìn)行性能評(píng)價(jià)、應(yīng)用開發(fā)研究以及質(zhì)量控制。發(fā)達(dá)的電子學(xué)改進(jìn)了這些設(shè)備的性能，使之更加易于操作，價(jià)格也越來越低。

萬能試驗(yàn)機(jī)通過不同速度級(jí)別的調(diào)節(jié)，對(duì)塑料材料樣條進(jìn)行拉伸、彎曲、壓縮或牽引，這是塑料混配實(shí)驗(yàn)室中普通的設(shè)備。在混配料的制備過程中，利用UTM測(cè)試材料能夠判斷材料是否適用于某些特定的加工應(yīng)用或終端應(yīng)用。UTM還可以用于產(chǎn)品的質(zhì)量控制，以確保產(chǎn)品質(zhì)量各個(gè)批次之間的一致性。

UTM試驗(yàn)機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)垂直承載的立柱，立柱上安裝一個(gè)固定的水平基座，頂部還有一個(gè)可移動(dòng)的水平十字頭（十字橫梁）。現(xiàn)在的UTM試驗(yàn)機(jī)，立柱上通常還有滾珠絲杠用以固定可移動(dòng)的十字頭。UTM的大小用框架的承載水平和測(cè)量載荷/拉力的測(cè)力計(jì)來共同表征。測(cè)力計(jì)附在依靠電動(dòng)馬達(dá)或液壓裝置驅(qū)動(dòng)的可移動(dòng)的十字頭上。帶夾具的系列測(cè)力計(jì)測(cè)量力的大小，可以通過數(shù)字顯示器或PC機(jī)顯示結(jié)果。很多UTM具有可互換的測(cè)力計(jì)，因此可以與所測(cè)試的不同材料匹配。靜態(tài)試驗(yàn)利用標(biāo)準(zhǔn)的電子萬能試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行，通常加載速度范圍為0.001~20 in./min（1in.=2.54cm）。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)或循環(huán)試驗(yàn)如裂紋增長和疲勞試驗(yàn)通常利用液壓伺服系統(tǒng)UTM試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行，時(shí)間較長，載荷較低。

目前，利用萬能試驗(yàn)機(jī)所測(cè)試的常見的項(xiàng)目是拉伸強(qiáng)度和拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和模量。按照ASTM D 638和ISO 527進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，樣條的兩端都有夾具夾緊，一個(gè)夾具是靜止的，另一個(gè)固定在十字頭上，背離固定夾具移動(dòng)，牽引樣條直至樣條出現(xiàn)斷裂，斷裂時(shí)十字頭會(huì)自動(dòng)停止。彎曲試驗(yàn)時(shí)（ASTM D790 、D6272以及ISO178），樣條被放在試驗(yàn)機(jī)固定機(jī)床的兩個(gè)支座上。這個(gè)試驗(yàn)中，十字頭移動(dòng)的方向與拉伸試驗(yàn)中移動(dòng)方向相反，向一個(gè)沒有支撐的中心推動(dòng)而不是牽引樣條，直至樣條彎曲甚至斷裂。因?yàn)槎鄶?shù)熱塑性塑料材料不會(huì)在這個(gè)試驗(yàn)中斷裂，所以不可能計(jì)算斷裂彎曲強(qiáng)度。因而，標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法要求計(jì)算應(yīng)變?yōu)?%時(shí)的彎曲應(yīng)力。

常用的電子UTM試驗(yàn)機(jī)的容量為100～135000 lb。尺寸越大，成本越高。一般來說，立式設(shè)備的體積更小也更易于操作，并且還能借助于樣品自身的重力，使棘手的樣品如薄膜也能同較重的注塑部件一樣易于操控。單立柱UTM試驗(yàn)機(jī)的力程較低，價(jià)格也較低，結(jié)構(gòu)容量一般為1000 lb。門式的UTM試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)容量可達(dá)1000~135000 lb。測(cè)力計(jì)也以某一的適用于UTM試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)和樣品的力值為分類依據(jù)。例如，一個(gè)100 lb的測(cè)力計(jì)安裝在1000 lb的模框里，可以提供100 lb的試驗(yàn)載荷。測(cè)力計(jì)的容量不應(yīng)超過樣品預(yù)測(cè)斷裂載荷太多，否則會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的精確性。

與靜態(tài)測(cè)試所用的電子UTM試驗(yàn)機(jī)不同，液壓伺服UTM試驗(yàn)機(jī)可以進(jìn)動(dòng)態(tài)測(cè)試以及疲勞試驗(yàn)。這樣必須反復(fù)施加應(yīng)力，進(jìn)行加載-釋放的循環(huán)。例如，疲勞裂紋增長試驗(yàn)，用戶期望了解待測(cè)材料經(jīng)過多少次循環(huán)會(huì)斷裂。動(dòng)態(tài)測(cè)試萬能試驗(yàn)機(jī)所需的應(yīng)力比電子萬能試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)中所需的應(yīng)力要小。液壓伺服系統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的框架容量從100 lb到數(shù)噸不等，價(jià)格通常為電子力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的2~3倍。基本用于金屬材料的疲勞試驗(yàn)，但是在汽車塑料、航天塑料、生物醫(yī)藥塑料以及電子元件用塑料等方面的應(yīng)用也越來越廣泛，因?yàn)檫@些領(lǐng)域里需要耐疲勞性好的結(jié)構(gòu)部件。