Sterktetesten Uitgelegd: Materiaallimieten Meten voor Cruciale Componenten

Materiaalsterkte- en oppervlakteafwerkingstesten onderzoeken de grenzen van cruciale onderdelen die gebruikt worden in kritische producten. Hier is wat u moet weten over het beoordelen van de grenzen van materiaalsterkte en constructie, wat zo belangrijk is voor de integriteit van veel producten.

Als u ooit om hulp heeft gevraagd bij het openen van een pot augurken, is het waarschijnlijk dat de inmaakfirma nooit met Mark Fridman heeft gesproken. Hetzelfde kan gezegd worden over de zak aardappelchips die u vorige week openrees, alleen om ze over de hele pauzekamer te zien vliegen toen de naad midden door splijt. Of de aspirine die u nodig had wiens fles een kinderveilige dop adverteert die nauwkeuriger mens-weerstandende zou heten.

Fridman is de president van Mark-10 Corp. in Copiague, New York. Hij heeft een leuke baan. Zijn bedrijf produceert testapparatuur die probeert te scheuren, doorboren, afpellen, verpletten en op andere manieren diverse geproduceerde producten te vernietigen. Vele van hen zijn consumentengoederen zoals hierboven beschreven. Maar Fridman en het Mark-10-team zijn vooral cruciaal voor de auto-, luchtvaart- en medische industrie waar productveiligheid voorop staat.

Krachtmetingen

Het gaat niet allemaal om vernietiging. Mark-10-apparatuur kan veiligheidsgordel loslaatkracht, veerelasticiteit, het moment dat nodig is om een botschroef in te draaien en talloze andere vergelijkbare toepassingen meten.

"De bruikbaarheid, betrouwbaarheid en duurzaamheid van deze en andere geproduceerde objecten kunnen gekwantificeerd worden door een kracht- of momentwaarde," zegt Fridman. "Dus of het nu medische apparatuur is of verpakkingsmaterialen of luchtvaartcomponenten, veel van de dingen die we elke dag gebruiken, moeten aan dit soort fysieke tests worden onderworpen om ervoor te zorgen dat ze voldoen aan de klantcriteria voor kwaliteit."

Typisch vindt testen plaats op de faciliteit waar deze objecten geproduceerd worden, en vaak op de productielijn zelf. Onder de mechanische sterkte testcomponenten die Mark-10 aanbiedt zijn:

• Krachtmeters worden gebruikt om trek- en druk krachten (trekken en duwen) in testapplicaties vast te leggen - de halthaltervormige testcoupons waarmee veel machine shops vertrouwd zijn, zouden op zo'n apparaat uit elkaar getrokken worden.
• Momentmeters meten kloksgewijs of tegenkloksgewijs krachten zoals die toegepast op gedraaide bevestigingsmiddelen, knoppen en wieltjes, of de augurkendop net genoemd.
• Wrijvingscoëfficiënt (COF) meters meten de statische en kinetische krachten gegenereerd bij het slepen van een "sled" (een klein metalen plaatje) over een doelmateriaal.
• Draadtrektesters worden gebruikt om de af trek kracht voor gekrimpte elektrische klemmen, buiseindes en draadaansluitconnectors te meten.

Veel van deze zijn beschikbaar in hand- en bankversies, en worden vaak gebruikt in combinatie met een handmatige of gemotoriseerde teststand, diverse klembevestigingen en accessoires, en de software om de testresultaten te verzamelen en te analyseren.

"Veel van onze klanten, met name als u praat over luchtvaart, auto- en medische producten, moeten aan bepaalde ISO, SAE of ASTM standaarden voldoen," zegt Fridman. "Er zijn ook bepaalde industrie-specifieke standaarden, evenals die die fabrikanten intern ontwikkelen om te verzekeren dat hun producten niet in het veld falen. Een machine shop die assemblage-diensten aanbiedt, zou bijvoorbeeld een van onze units kunnen kopen om de veerspanning op een hefboom of de kracht die nodig is om een deur te sluiten te controleren. De testen is zeer toepassingsspecifiek, en de applicaties bijna te talloos om te tellen."

Oppervlaktes Technisch Ontwerpen

Pat Nugent is ook geïnteresseerd in productkwaliteit, hoewel op manieren die bekender zijn voor de meeste machine shops. Als vicepresident productmanagement bij Mahr Inc., gevestigd in Providence, Rhode Island, is hij verantwoordelijk voor het brede aanbod van metrologie-apparatuur van het bedrijf, inclusief die gebruikt om oppervlakterauwheid, rondheid en vorm te meten. Hij legt uit dat de apparatuur gebruikt om de eerste van deze - rauwheid - te kwantificeren, decennia geleden is ontwikkeld, op een tijd wanneer bewerking nog via kammen en handkranen werd uitgevoerd. Verder beïnvloeden die antieke methoden nog steeds de rauwheidsstandaarden die vandaag gebruikt worden.

"De eerste profilometers weren niet al te anders dan een oude platenspeler, behalve dat de naald omhoog en omlaag bewoog in plaats van van kant naar kant," zegt Nugent. "Deze vroege analoge apparaten gebruikten een wiskundige berekening bekend als Rq, een type root mean square gemiddelde, om oppervlakterauwheid te bepalen. Vandaag de dag zijn de meeste shops - tenminste die hier in de VS - meer vertrouwd met Ra, of gemiddelde rauwheid."

Nugent voegt toe dat in andere delen van de wereld de Rz-standaard typisch gebruikt wordt, wat het gemiddelde piek-tot-dal verschil is tussen vijf opeenvolgende bemonsteringslengtes. Hij is snel om te wijzen, echter, dat er honderd of zo oppervlaktemeteparameters en standaarden bestaan, en dat fabrikanten vaak verward zijn over welke te gebruiken en waarom.

"Als de industrie in de digitale leeftijd bewogen is en meetapparatuur meer capabel werd, vonden mensen uit hoe ze diverse oppervlakteprofielen konden verzamelen en gebruiken om onderdeelkwaliteit te kwantificeren," zegt hij. "Denk aan de boor in een motorcilinder. Een fabrikant zal typisch het oppervlak ruw bewerken, dan terugkomen met een afwerkhoning of slijpoperatie, wat de pieken afkapt maar de dalen achterlaat. Als ze deze processen nauwkeurig genoeg kunnen meten en dus controleren, creëert het een soort getekend oppervlak dat optimale slijtage- en smeringskarakteristieken biedt."

Rauwheid en Golving

Het goede nieuws achter al deze complexiteit is dat moderne meetapparatuur zoals die van Mahr gemakkelijk kan schakelen tussen welke oppervlakterauwheidsstandaarden op de tekening staan. Ze zijn ook in staat om golving te meten, wat hand in hand gaat met rauwheid.

Zegt Nugent: "Ik vertel mensen om te denken aan een houten tafel waarop een zwaar object heeft gerust. De bocht in het midden kan worden gezien als golving, terwijl het graan dat je met je vingernagels kunt voelen de oppervlakterauwheid is."

Het is belangrijk te erkennen dat oppervlakterauwheid en golving twee-dimensionale metingen zijn. Neem een reeks van dergelijke metingen met geavanceerde optica zoals die gevonden in een aantal Mahr-producten en het is mogelijk om gedetailleerde, driedimensionale weergaven van een bewerkt, gegoten, gevormd of geprint object te verkrijgen.

Dit gaat terug naar wat Nugent eerder zei over getekende oppervlaktes - de mogelijkheid om productieprocessen op microscopisch niveau te meten en daarmee te controleren, kan leiden tot diepgaande verbeteringen in het gedrag van het afgeronde object, wat kansen presenteert zoals verbeterde botintegratie in orthopedische implantaten, en het creëren van oppervlaktes die die in de organische wereld nauwkeuriger nabootsen.

Wat voor obstakels hebben u tegengekomen bij het meten van een materiaals sterkte? Hoe heeft u ze overwonnen? Welke tips kunt u delen?