Krachttesten begrijpen:de limieten van cruciale materialen en onderdelen meten

Tests van materiaalsterkte en oppervlakteafwerking onderzoeken de limieten van cruciale onderdelen die in kritieke producten worden gebruikt. Dit is wat u moet weten over het beoordelen van de grenzen van materiaalsterkte en constructie, die zo belangrijk zijn voor de integriteit van veel producten.

Als je ooit om hulp hebt gevraagd bij het openen van een pot augurken, heeft het bottelbedrijf waarschijnlijk nooit met Mark Fridman gesproken. Hetzelfde kan gezegd worden van de zak chips die je vorige week openscheurde, alleen om ze door de kantine te zien vliegen toen de naad in het midden spleet. Of de aspirine die je nodig had waarvan de fles een kindveilige dop adverteert die beter mensbestendig zou worden genoemd.

Fridman is de president van Mark-10 Corp. in Copiague, New York. Hij heeft een leuke baan. Zijn bedrijf produceert testapparatuur die probeert verschillende vervaardigde producten te scheuren, doorboren, pellen, pletten en anderszins te vernietigen. Velen van hen zijn consumptiegoederen zoals hierboven beschreven. Maar Fridman en het Mark-10-team zijn vooral cruciaal voor de auto-, ruimtevaart- en medische industrie waar productveiligheid voorop staat.

Geweldige vaststellingen

Het gaat niet alleen om vernietiging. Mark-10-apparatuur kan de loskracht van de veiligheidsgordel, de veerkracht van de veer, het vereiste koppel om een ​​botschroef in te draaien en talloze andere soortgelijke toepassingen meten.
 

“De bruikbaarheid, betrouwbaarheid en duurzaamheid van deze en andere vervaardigde objecten kunnen worden gekwantificeerd door een kracht- of een koppelwaarde”, zegt Fridman. "Dus of het nu gaat om medische apparatuur of verpakkingsmaterialen of ruimtevaartcomponenten, veel van de dingen die we elke dag gebruiken, moeten worden onderworpen aan dit soort fysieke tests om er zeker van te zijn dat ze voldoen aan de kwaliteitscriteria van de klant."

Het testen vindt doorgaans plaats in de faciliteit waar deze objecten worden vervaardigd, en vaak op de productielijn zelf. Onder de mechanische sterktetestcomponenten die Mark-10 biedt, zijn:

• Krachtmeters worden gebruikt om trek- en compressiekrachten (trekken en duwen) in testtoepassingen vast te leggen.
• Koppelingsmeters meten de krachten met de klok mee of tegen de klok in, zoals die worden toegepast op bevestigingsmiddelen met schroefdraad, knoppen en wijzerplaten, of het zojuist genoemde deksel van de augurkpot.
• Wrijvingscoëfficiënt (COF)-meters meten de statische en kinetische krachten die worden gegenereerd wanneer een 'slee' (een klein metalen kussentje) over een doelmateriaal wordt gesleept.
• Draadtrektesters worden gebruikt om de trekkracht te meten voor gekrompen elektrische klemmen, buisaansluitingen en draadverbindingsconnectoren.

Veel hiervan zijn verkrijgbaar in draagbare en tafelmodelversies en worden vaak gebruikt in combinatie met een handmatige of gemotoriseerde testbank, verschillende grijpinrichtingen en hulpstukken en de software om de testresultaten te verzamelen en te analyseren.

"Veel van onze klanten, vooral als je het hebt over lucht- en ruimtevaart, auto's en medische producten, moeten voldoen aan bepaalde ISO-, SAE- of ASTM-normen", zegt Fridman. "Er zijn ook bepaalde industriespecifieke normen, evenals normen die fabrikanten intern ontwikkelen om ervoor te zorgen dat hun producten in het veld niet zullen falen. Een machinewerkplaats die montagediensten aanbiedt, kan bijvoorbeeld een van onze units kopen om de veerspanning op een hendel te controleren of de kracht die nodig is om een ​​deur te sluiten. Het testen is zeer gebruiksspecifiek en de toepassingen zijn bijna te talrijk om te tellen.”

Technische oppervlakken

Pat Nugent is ook geïnteresseerd in productkwaliteit, zij het op een manier die bij de meeste machinewerkplaatsen beter bekend is. Als vice-president productbeheer bij Mahr Inc., gevestigd in Providence, Rhode Island, is hij verantwoordelijk voor het brede scala aan metrologische apparatuur van het bedrijf, waaronder die voor het meten van oppervlakteruwheid, rondheid en vorm. Hij legt uit dat de apparatuur die werd gebruikt om de eerste hiervan te kwantificeren - ruwheid - decennia geleden werd ontwikkeld, in een tijd dat de bewerking nog werd uitgevoerd via nokken en handslingers. Verder hebben die antieke methoden nog steeds invloed op de ruwheidsnormen die tegenwoordig worden gebruikt.

"De eerste profilometers verschilden niet zo veel van een ouderwetse platenspeler, behalve dat de naald op en neer bewoog in plaats van heen en weer", zegt Nugent. "Deze vroege analoge apparaten gebruikten een wiskundige berekening die bekend staat als Rq, een soort kwadratisch gemiddelde, om de oppervlakteruwheid te bepalen. Tegenwoordig zijn de meeste winkels - tenminste die hier in de VS - meer bekend met Ra, of gemiddelde ruwheid.

Nugent voegt eraan toe dat in andere delen van de wereld meestal de Rz-standaard wordt gebruikt, wat het gemiddelde piek-tot-dalverschil is tussen vijf opeenvolgende bemonsteringslengtes. Hij wijst er echter snel op dat er zo'n honderd parameters en normen voor oppervlaktemetingen bestaan, en dat fabrikanten vaak niet weten welke ze moeten gebruiken en waarom.

"Toen de industrie het digitale tijdperk betrad en meetapparatuur beter in staat werd, ontdekten mensen hoe ze verschillende oppervlakteprofielen konden verzamelen en gebruiken om de kwaliteit van onderdelen te kwantificeren", zegt hij. “Denk aan de boring op een motorcilinder. Een fabrikant zal het oppervlak meestal ruw bewerken en dan terugkomen met een afwerkingspolijst- of slijpbewerking, die de pieken wegslaat maar de valleien achter zich laat. Als ze deze processen precies genoeg kunnen meten en dus controleren, ontstaat er een soort geconstrueerd oppervlak dat optimale slijtage- en smeereigenschappen biedt.”

Ruwheid en golving

Het goede nieuws achter al deze complexiteit is dat moderne meetapparatuur zoals die van Mahr gemakkelijk kan schakelen tussen de oppervlakteruwheidsnormen die op de tekening staan. Ze kunnen ook golving meten, wat hand in hand gaat met ruwheid.

Nugent zegt:„Ik zeg tegen mensen dat ze moeten nadenken over een houten tafel waarop een zwaar voorwerp heeft gestaan. De boog in het midden kan worden gezien als golving, terwijl de korrel die je met je vingernagels kunt voelen de oppervlakteruwheid is.

Het is belangrijk om te erkennen dat oppervlakteruwheid en golving tweedimensionale metingen zijn. Voer een reeks van dergelijke metingen uit met behulp van geavanceerde optica zoals die in een aantal Mahr-producten wordt aangetroffen en het is mogelijk om gedetailleerde, driedimensionale weergaven te krijgen van een machinaal, gegoten, gevormd of geprint object.

Dit gaat terug op wat Nugent eerder zei over gemanipuleerde oppervlakken:het vermogen om fabricageprocessen op microscopisch niveau te meten en daarom te controleren, kan leiden tot diepgaande verbeteringen in het gedrag van het voltooide object, wat kansen biedt zoals verbeterde botintegratie in orthopedische implantaten en de creatie van van oppervlakken die beter lijken op die in de organische wereld.

Welke obstakels ben je tegengekomen bij het meten van de sterkte van een materiaal? Hoe heb je ze overwonnen? Welke tips kun je delen?