拉力試驗(yàn)機(jī)夾具產(chǎn)生打滑的原因以及解決方案

     在使用拉力試驗(yàn)機(jī)對檢測試樣進(jìn)行力學(xué)檢測的時候，經(jīng)常會出現(xiàn)的情況是拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具有打滑的故障，并且如果使用的時間越長，打滑的現(xiàn)象就會越來越嚴(yán)重，較終導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性，只有分析清楚拉力試驗(yàn)機(jī)夾具打滑的原因在哪里，找出相應(yīng)的解決對策，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)和可靠性。

       金屬材料在受力的初始階段，一般來說變形與受到的外力基本成線性的比例關(guān)系，這時若外力消失材料的變形也將消失，恢復(fù)原狀，這一階段通常稱為彈性階段，物理學(xué)中的虎克定律，就是描述這一特性的基本定律。當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，變形增加較快，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)塑性應(yīng)變急劇增加，曲線出現(xiàn)一個波動的小平臺，這種現(xiàn)象稱為屈服。當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生力不增加的應(yīng)力點(diǎn)叫做屈服強(qiáng)度，應(yīng)區(qū)分上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度，試樣發(fā)生屈服而力**下降前的較高應(yīng)力叫做上屈服強(qiáng)度;在屈服期間，不計(jì)初始瞬時效應(yīng)時的較低應(yīng)力叫做下屈服強(qiáng)度。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，但當(dāng)外力增大到一定程度后，變形與受到的外力將不再成線性比例關(guān)系，這時當(dāng)外力消失后，材料的變形將不能完全消失，外型尺寸將不能完全恢復(fù)到原狀，這一階段稱為塑性變形階段。

     目前我們所用的拉力試驗(yàn)機(jī)有人工讀取數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)自動讀取數(shù)據(jù)兩種，當(dāng)采用人工讀取數(shù)據(jù)的拉力機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時，在打滑處指針會短暫的抖動下，而在屈服點(diǎn)時會明顯的來回抖動，有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員一般可以區(qū)分出來，并且目前我們大部分拉力機(jī)都升級或直接購買計(jì)算機(jī)自動讀取數(shù)據(jù)的拉力機(jī)，因此這里就只討論計(jì)算機(jī)自動讀取數(shù)據(jù)類型的拉力試驗(yàn)機(jī)，這類拉力機(jī)對屈服點(diǎn)的判斷都是計(jì)算機(jī)自動采集并標(biāo)上屈服點(diǎn)而自動計(jì)算出的屈服強(qiáng)度（由于大多數(shù)金屬材料都是采取下屈服強(qiáng)度做為交貨條件，因此下面所說的屈服強(qiáng)度都是指下屈服強(qiáng)度，而打滑對上屈服強(qiáng)度沒什么影響），如果在試驗(yàn)過程中拉力試驗(yàn)在屈服階段出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，則在拉力試驗(yàn)機(jī)電腦自動采集系統(tǒng)就會把打滑點(diǎn)誤認(rèn)為是屈服點(diǎn)，就會使計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)錯誤而誤導(dǎo)生產(chǎn)工藝的調(diào)整和出廠判定結(jié)果。

      金屬的抗拉強(qiáng)度是指鋼材屈服到一定程度后，由于內(nèi)部晶粒重新排列，其抵抗變形能力又重新提高，此時變形雖然發(fā)展很快，但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高，直至應(yīng)力達(dá)較大值。此后，鋼材抵抗變形的能力明顯降低，并在較薄弱處發(fā)生較大的塑性變形，此處試件截面迅速縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的較大應(yīng)力值稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。如果金屬在抗拉階段出現(xiàn)打滑，由于計(jì)算機(jī)在采集抗拉強(qiáng)度的點(diǎn)時是對整個抗拉階段的較高點(diǎn)進(jìn)行采集，而打滑點(diǎn)肯定是在較高點(diǎn)的下面，檢測系統(tǒng)不會將打滑點(diǎn)當(dāng)作抗拉強(qiáng)度的點(diǎn)，在系統(tǒng)中顯示的抗拉強(qiáng)度的點(diǎn)就是整個拉力試驗(yàn)過程中的較高點(diǎn)，因此拉力試驗(yàn)機(jī)夾具打滑對抗拉強(qiáng)度沒有明顯的影響。

那么拉力試驗(yàn)機(jī)打滑的原因可以分為人為因素與設(shè)備因素兩大類。

人為因素
拉力試驗(yàn)機(jī)打滑的人為因素是由于操作人員在進(jìn)行試驗(yàn)時沒有按試驗(yàn)的正確方法進(jìn)行操作而造成的，主要有兩方面的因素:試樣夾持長度較短和夾具的鉗口選擇不當(dāng)。試樣夾持長度較短 試驗(yàn)機(jī)夾具的正確使用方式應(yīng)該是，在試件的夾持長度與夾具齒面長度相同時，先借助外力推動鉗口，使其在夾持面上產(chǎn)生初始摩擦力，再通過試驗(yàn)機(jī)橫梁的移動對試樣加載，摩擦力拉動鉗口（楔形口）時由于斜面的作用，軸向拉力越大，產(chǎn)生的夾持力也越大.試驗(yàn)機(jī)夾具本體上有兩個斜面的楔形口正是依據(jù)上述夾持方式按照接受均勻壓應(yīng)力設(shè)計(jì)的。但是，有些操作人員并沒有按照試驗(yàn)機(jī)的使用要求進(jìn)行操作，試樣夾持長度較短，造成楔形口斜面受力不均。楔形口局部壓應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過材料的屈服強(qiáng)度，從而使楔形口產(chǎn)生塑性變形、嚴(yán)重外翻，口的角度，使楔形口斜面塌陷或磨損。夾具在這種情況下繼續(xù)使用，減小了楔形使夾具本體受力狀態(tài)惡化而出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

夾具的鉗口選擇不當(dāng)
拉力試驗(yàn)機(jī)夾具有多種不同的規(guī)格和夾面，針對不同的試樣采用不同的夾頭，有些操作人員在試驗(yàn)時，使用大規(guī)格鉗口夾持小截面試樣，或使用平夾頭夾持大試樣，使得夾具與試樣接觸不緊密，摩擦系數(shù)明顯降低，較直觀的表現(xiàn)為夾具的鱗狀尖峰被磨平，摩擦力大幅度的減小。當(dāng)試樣受力逐漸增大達(dá)到較大靜摩擦力時，試樣就會打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現(xiàn)象。

設(shè)備因素
設(shè)備因素主要有拉力機(jī)在拉試樣時由于氧化鐵皮落入楔形塊斜面而引起打滑。金屬試樣在進(jìn)行拉拔過程中會產(chǎn)生金屬氧化鐵皮，氧化鐵皮會落入到楔形塊與夾具相結(jié)合的斜面中，使得斜面的平整度被破壞、表面粗糙度嚴(yán)重下降，使楔形口（楔形塊）運(yùn)動不靈活，在拉力不斷增加時，楔形塊沿燕尾斜面的滑動中產(chǎn)生爬行（跳躍行進(jìn)）。拉伸加載過程中時常出現(xiàn)的“叭、叭”之聲，就是這樣產(chǎn)生的。這就是通常所說的打滑。
 

夾具打滑的對策
針對以上由于認(rèn)為因素和設(shè)備因素引起的打滑原因，制定了以下幾點(diǎn)對策，通過對策的施行可以減少或消除拉力機(jī)打滑現(xiàn)象。

規(guī)范試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程
針對試樣夾持長度較短和夾具的鉗口選擇不當(dāng)，在拉力試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程中，必須規(guī)定:“拉伸試樣的夾持長度，不得小于夾具齒面的長度”和“不準(zhǔn)使用用于大截面試樣的鉗口夾持小截面試樣或使用平夾頭夾持大試樣”。操作人員必須按操作規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。

對楔形塊斜面進(jìn)行修復(fù)
對楔形塊產(chǎn)生塑性變形、嚴(yán)重外翻，使楔形塊斜面塌陷或磨損的應(yīng)及時進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)一般可以采取以下兩種方法

補(bǔ)焊
對楔形塊斜面塌陷或磨損部分先進(jìn)行補(bǔ)焊，然后用插床進(jìn)行復(fù)原（如果機(jī)加工達(dá)不到粗糙度要求，還應(yīng)進(jìn)行刮研）。補(bǔ)焊部位的硬度、強(qiáng)度一般會有所提高，以后注意正確使用夾具就可以了。

鑲嵌
對楔形塊斜面按原設(shè)計(jì)角度用插床去除10毫米，然后在此部位鑲嵌一塊磨光勺淬火鋼板。這種方式對夾具本體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度略有削弱，但長期使用效果較好。
楔形塊上方加上防層裝置
為了防止金屬試樣在拉伸過程種氧化鐵皮落入楔形塊斜面，可以在楔形塊上方安上兩塊橡皮塊，這樣就可以有效的減少氧化鐵皮落入斜面，另外可以在楔形塊斜面涂上黃油或潤滑脂，并且定期對夾具進(jìn)行擦洗和換油。

拉力試驗(yàn)機(jī)在進(jìn)行拉力試驗(yàn)時出現(xiàn)打滑的機(jī)率還是比較高的，主要表現(xiàn)為試樣夾持部分打滑或試驗(yàn)機(jī)某些力值傳遞環(huán)節(jié)間存在較大的間隙等因素，如果以前使用該試驗(yàn)機(jī)所作試驗(yàn)屈服值正常，而現(xiàn)在所作試驗(yàn)屈服值將明顯偏低，且在某些較硬或者較脆的材料試驗(yàn)時現(xiàn)象尤為明顯，則一般應(yīng)首先考慮是試驗(yàn)機(jī)打滑這一原因。這時需及時分析引起打滑的原因，并針對原因采取對應(yīng)的措施，才能確保我們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。