Zugversuch: Ein komprimiertes „Wie

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Der Zugversuch ist eine Art physikalischer Prüfung, die an einem Prüfkörper durchgeführt wird, um mechanische Eigenschaften zu messen, vor allem um festzustellen, ob er für den Zweck geeignet ist. Bei der Probe kann es sich entweder um ein fertiges Produkt (Komponente oder Baugruppe) oder um eine Probe des Rohmaterials handeln, das zur Herstellung eines fertigen Produkts verwendet wird. Beim Zugversuch wird die Probe einer kontrollierten Spannung ausgesetzt, indem sie auseinandergezogen oder bis zu einer bestimmten Belastung, Dehnung oder einem relevanten Ereignis – häufig ihrer Zerstörung – gedehnt wird.

Die Anwendung von Zugbelastungen sagt viel über die Leistung im Einsatz aus, wenn ein Produkt im Gebrauch einer Belastung ausgesetzt wird. Daher werden Zugversuche durchgeführt, um Funktionalitäten wie den Bedienaufwand an medizinischen Geräten, die Bruchfestigkeit von Schweißverbindungen und -befestigungen, die Festigkeit von Klebeverbindungen und Dichtungen sowie die Öffnungskraft von Klappdeckeln und Ausziehstopfen von Verpackungen zu messen .

Die Prüfung von Objekten unter Druck, Biegung, Torsion oder dynamischer Belastung sind Methoden, die auch für die Überprüfung der Produktqualität relevant sind. Der Zugversuch ist jedoch in fast allen Fertigungsindustrien besonders wertvoll – und von grundlegender Bedeutung für das Benchmarking von Rohstoffen.

Anspruchsvollere Nachhaltigkeitsziele und Ressourcenherausforderungen treiben den Einsatz neuer Materialien voran. Bei der Herstellung muss das Material immer noch über die entsprechende Duktilität, Zähigkeit oder andere Eigenschaften verfügen, um mit dem ersetzten Material übereinzustimmen, und es muss ein genaues Profil haben, um Änderungen an der Produktionsverarbeitung zu ermöglichen. Um die Leistung eines Materials zu vergleichen und zu quantifizieren, wird ein ganz spezifisches Zugtestverfahren durchgeführt, um:

Testproben des Materials werden in Hantelform (oder „Hundeknochenform“) mit bekannter Geometrie hergestellt, um eine genaue Berechnung der herausragenden Eigenschaften aus der aufgebrachten Zugkraft und der gemessenen Dehnung zu ermöglichen. Beispielsweise werden die bekannten Begriffe Spannung und Dehnung verwendet, um die grundlegende Materialeigenschaft der Elastizität, den Elastizitätsmodul, zu berechnen.

Spannung (σ) = Kraft (F) / Querschnittsfläche (A)

Dehnung (ε) = Dehnung (ΔL) / Ursprüngliche Länge (L)

Elastizitätsmodul nach Young (E) = σ / ε

Aus diesen Messungen können auch weitere Eigenschaften wie Duktilität, Zähigkeit, Sprödigkeit und Zugfestigkeit berechnet werden.

Obwohl die beiden Gruppen von Prüfkörpern – Fertigprodukte und Rohmaterialien – in ihrem Lebenszyklus auf unterschiedliche Weise gehandhabt werden, gibt es universelle Praktiken, die für die Durchführung eines genauen Zugversuchs an beiden anwendbar sind. Tatsächlich wird die verwendete Ausrüstung oft als Universaltestmaschine (UTM) bezeichnet und ist in der Lage, eine Vielzahl von Testtypen durchzuführen, die das Unternehmen möglicherweise durchführen muss. Die zur Durchführung eines Testverfahrens erforderlichen Komponenten sind:

Es stehen einfache, manuell bedienbare Prüfstände bis hin zu hochautomatisierten Prüfsystemen zur Verfügung, die Prüfungen für schnelle Produktionskontrollen, gesetzliche Notwendigkeiten oder Innovationen in der Produktentwicklung ermöglichen. Wo es die Umstände erfordern, kommen auch tragbare Handmessgeräte zum Einsatz. Unabhängig von der Implementierung ist die Optimierung der Ergebnisqualität von entscheidender Bedeutung, um die Vorteile der Investition zu nutzen. Neben der Auswahl eines geeigneten Prüfrahmens und einer geeigneten Wägezelle, um die erwarteten Lasten mit akzeptabler Genauigkeit zu bewältigen, ist es auch die Auswahl des geeigneten Zubehörs, die dies gewährleistet.

Ein einfaches Handmessgerät, das an einen Testrahmen angeschlossen ist und die Bruchfestigkeit eines Flaschenverschlusses mit Kunststoffverschluss misst. Ein oberer Standardschraubstock greift die Kappe und eine kundenspezifische 3D-gedruckte untere Halterung sorgt für eine exakte Passform und Ausrichtung zum Vorformling, um die Genauigkeit zu optimieren. | Bildquelle: Mecmesin, ein Unternehmen der PPT Group

Die Qualität der Ergebnisse hängt stark von der korrekten Einrichtung des Geräts zur Minimierung von Fehlern ab. Bei einem Zugversuch ist die Aufbringung der Last entlang der entsprechenden Achse und die Vermeidung von Verrutschen oder Beschädigungen der Probe von größter Bedeutung. Die zum Halten des Prüflings verwendeten Spannvorrichtungen sollten sicherstellen, dass diese Bedingungen erfüllt sind.

Wie bei jeder Qualitätssicherungsfunktion ist die Berücksichtigung internationaler Prüfnormen eine Voraussetzung und in vielen Fällen wird die Art des Griffs spezifiziert, was die Bedeutung dieser Komponente der Prüfausrüstung für die Erzielung gültiger Ergebnisse hervorhebt.

Unter Spannung besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass sich die Probe herauszieht. Daher ist es am besten, ein Verrutschen mit „selbstspannenden“ Keilen, Hebeln, exzentrischen Nocken/Rollen und Zangen-Scheren im oberen Spannzeug (an der Wägezelle befestigt) zu verhindern. Andere standardmäßige Griffarten; Schraubstock-, Klemm-, Kniehebel-, Klauen- und Spannfuttervarianten können immer noch vollkommen gute Arbeit leisten, und austauschbare Backenflächen, von weichem Gummi bis hin zu gezahntem und diamantbeschichtetem Stahl, verleihen dem Aufbau Vielseitigkeit.

Die untere Halterung kann denselben Griff verwenden, wenn die Probengeometrie dies zulässt (Rohmaterialhanteln), andernfalls ist möglicherweise ein alternativer Standardgriff oder eine spezielle und komplexere mehrteilige Halterung erforderlich. Einige Branchen verwenden spezielle, einstellbare Klemmvorrichtungen, um das Testprodukt festzuhalten – zum Beispiel um einen reibungsarmen oder geformten Kunststoffbehälter ohne Verformung zu greifen, während der Deckel abgezogen wird.

Für einige Proben ist möglicherweise ein vollständig maßgeschneidertes Greifsystem erforderlich, entweder aufgrund proprietärer Geometrien oder für eine effiziente Austauschbarkeit der Teststücke. Fortschritte im 3D-Druck haben es Geräteherstellern ermöglicht, diesen Service anzubieten, wodurch die Kosten gesenkt werden und kleinere Unternehmen ihre eigenen internen Tests durchführen können.

Bei einigen Vorrichtungen ist möglicherweise sogar eine maschinelle Kompression erforderlich, um die korrekte Spannung auf das Prüfstück auszuüben – die Flexibilität eines UTM.

Gemessene Daten werden meist auf einem Display angezeigt und von Sensoren im Gerät selbst erfasst, beispielsweise einem Dehnungsmessstreifen in der Kraftmesszelle für die Kraft und einem Encoder an der beweglichen Traverse für die Entfernung. In Situationen, in denen das interessierende Ergebnis nur die Kraft ist, die erforderlich ist, um durch Ziehen mit einer bestimmten Geschwindigkeit (Entfernung/Zeit) ein Ereignis (Nachgeben, Bruch) auszulösen, kann diese Konfiguration zu 100 % geeignet sein. Bei der speziellen Anwendung der Materialzugprüfung sind diese Verschiebungsdaten möglicherweise nicht gut genug. Der einfache Grund besteht darin, dass die Verschiebung des Querhaupts möglicherweise nicht die tatsächliche Dehnung der Testprobe widerspiegelt, wodurch die Berechnungen falsch sind.

Das Zubehörteil, das sich mit diesem Problem befasst, ist der Extensometer. Dieses Instrument in „Kontakt“-Ausführung klemmt die Hantel an jedem Ende ihrer Messlänge leicht ein, und wenn sich das Material ausdehnt, bewegen sich die Arme auseinander und senden die korrekten Verschiebungsdaten an die Berechnung.

Eine goldene Regel der Messtechnik lautet, dass die zur Messung des Ergebnisses verwendeten Geräte das Ergebnis nicht beeinträchtigen dürfen. In vielen Situationen ist dies unvermeidlich, die Auswirkungen sind jedoch im Vergleich zu den gemessenen Werten vernachlässigbar. Video-Extensometer sind hier die Lösung der nächsten Stufe, da sie berührungslos genaue Dehnungsdaten aufzeichnen, ohne den Prüfling selbst zu berühren.

Die Klimakammer ermöglicht die Durchführung der Tests unter kontrollierten Temperaturbedingungen in Szenarien, in denen die Testnormen dies vorschreiben. | Bildquelle: Mecmesin, ein Unternehmen der PPT Group

Das letzte Upgrade-Element des kompletten Materialprüfsystems ist die Möglichkeit, Tests in einer repräsentativen realen Temperaturumgebung durchzuführen, falls die endgültige Produktanwendung oder obligatorische Teststandards dies erfordern. Eine Klimakammer (oder Wärmeschrank) sorgt für geschlossene Umgebungsbedingungen für den Testraum, die bei erhöhten Werten oder unter Null liegen können. Es müssen temperaturbeständige Griffe verwendet werden.

Sobald die Hardware ausgewählt wurde und das gewünschte Maß an Genauigkeit, Präzision, Auflösung und Wiederholbarkeit für eine einzelne Maschine erreicht wurde, kann über einen unternehmensweiten Datenaustausch nachgedacht werden. Cloud-fähige Software kann jetzt die nahtlose gemeinsame Nutzung von Testprogrammen ermöglichen, die Wiederholbarkeit über Standorte hinweg optimieren und Ergebnisse mit Kunden teilen. Darüber hinaus können Implementierungen in stark regulierten Branchen Audit-Trails und Sicherheitsfunktionen für elektronische Signaturen unterstützen.

Die Theorie, Ziele und Vorteile von Zugprüfprozessen bleiben konstant und mit einem guten Verständnis der relevanten Qualitätssicherungsanforderungen Ihres Unternehmens – und der Auswahl der am besten geeigneten Ausrüstung – kann die Spannung im Umgang mit sich entwickelnden externen Faktoren abgebaut werden.

Carl Bramleyist Materialproduktmanager bei PPT UK Ltd. Für weitere Informationen rufen Sie (703) 433-9247 an, senden Sie eine E-Mail an [email protected] oder besuchen Sie www.mecmesin.com.