引張試験機
引張試験機は、破断点までの材料の強度と変形挙動を決定するために使用します。引張試験機は、試験する材料と準拠する必要がある規格によって選択が変わってきます。
引張試験機とは? 引張試験機の種類 ビデオ: zwickiLine 典型的なマシンの構成 自動引張試験 引張試験とは?アプリケーションの例 規格 適切なマシンの選び方
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引張試験機とは?
引張試験機または万能試験機 (UTM) とも呼ばれる引張試験機は、材料に引張り力を加えて、破断するまでの引張り強さと変形挙動を測定するネジ式試験ステムです。
一般的な引張試験機はロードセル、クロスヘッド、伸び計、試験片グリップ、制御装置、さらにドライブシステムから構成されます。マシンおよび安全設定をセットするために使用される試験ソフトウェアによって制御され、ASTMやISOなどの試験規格によって定義されている試験パラメータが保存されています。装置に加えられた力の量と試験片の伸びは、試験全体を通して記録されます。材料を永久変形または破断点まで引き伸ばすのに必要な力を測定することは、設計者や製造業者が意図した目的のために使用された場合に材料がどのように機能するかを予測するのに役立ちます。
zwickiLine、ProLine、AllroundLine、およびE シリーズ (330kNからの高容量引張試験機)の機械を含むツビックローエルの引張試験機は、試験力容量、材料の種類、アプリケーション、および金属のASTM E8、プラスチックのASTM D638、エラストマーのASTM D412やその他多くの規格に基づきお客様の要件を満たすように特別に設計されています。システム全体の安全性や信頼性に加え、ツビツクローエルでは全ての万能試験機において以下に焦点を当てて設計、製造をしています:
- 分かり易い操作性を重視した、高いレベルの柔軟性
- ニーズへのシンプルな適応 - および規格が求める要求
- 将来を見据えたユーザーニーズへの拡張能力
引張試験機の典型的な構成要素は?
- ロードセル (1)
は引張荷重を測定可能な電気信号に変換します。ツビックローエルのロードセルは、高い製品品質を保証するだけでなく、当社のすべての機械コンポーネントとのシームレスな互換性も保証しています。 - 伸び計 (2)
伸び計は、試験片のひずみを測定するひずみ測定装置であり、ひずみ測定とも呼ばれます。引張試験のひずみ測定は、ASTM や ISO など、ほぼすべての規格で要求されています。 - 試験片グリップ (3)
試験片グリップは、試験片と引張試験機の間の機械的接続を形成します。機能としては、クロスヘッドの動きを試験片に伝達し、試験片で発生した試験荷重をロードセルに伝達することです。 - ムービングクロスヘッド (4)
ムービングクロスヘッドは本質的には、上下に移動するように制御されるクロスヘッドです。引張試験の場合、試験機のクロスヘッド速度は、試験片のひずみ率に直接関係します。 - 制御装置 (5)
制御装置は引張試験機の可動部をコントロールする役割を担っています。クロスヘッドの速度、つまり負荷率は、サーボコントローラー (モーター、フィードバックデバイス、およびコントローラー) 内のマイクロプロセッサによって制御されています。 - ソフトウェア (7)
当社の試験ソフトウェアは、ユーザーが試験システムをセットアップし、試験を構成および実行し、結果を表示できるようにする非常に使い勝手に優れたウィザード形式のWindowsベースソリューションです。 - ドライブシステム (6)
ドライブシステムは、さまざまな量と周波数で引張試験機のモーターに電気を供給し、モーターの速度とトルクを間接的に制御します。
ツビックローエルの引張試験機機の全ての構成要素は互いにシームレスに働くように精緻にデザインされています。
自動引張試験
自動引張試験では、マガジンから試験片を取り出し、装置の試験片グリップに挿入するロボット試験システムが試験機に追加されています。二次元コードリーダや断面測定器、試験内容によっては硬度計や粗さ測定器なども接続可能です。試験片の廃棄も、自動引張試験システムによって処理されます。
ロボットシステムは、大規模および小規模の試験シリーズの両方に利点があります:
- これまでは、自動引張試験は主に大量の試験片を扱うラボで使用されてきました。オペレーターの立ち会いを必要とせずに、全自動引張試験システムを夜間や週末に使用することができ、24時間365 日、一貫して高レベルの効率を維持できます。
- 約10個の試験片などの小ロットの試験でも、自動引張試験システムは有意となります。引張試験にシンプルなロボット試験システムを使用することで、ラボの担当者は日常業務から解放され、より複雑な作業を行うことができます。
全自動引張試験により、手の温度や、試験片と試験アセンブリのゆがんだ試験片グリップなど、オペレーターによる主観性による影響が排除されます。これにより、高レベルの精度と再現性が得られ、試験結果の品質が大幅に向上します。
ツビックローエルは、材料試験の世界的リーダーであり、自動引張試験に関する高レベルな専門知識をユーザーに提供しています。全世界で約600台を超える自動試験システムを納入しており、毎年約 40 台のシステムをインストールし続けています。私たちは、長期的なサービスとサポートのパートナーシップに裏打ちされたカスタマイズされたソリューションを提供し、各クライアントの固有のビジネス要件に適切な試験ソリューションを提供する能力に自信があります。
それぞれの試験課題に適したロボット引張試験ソリューションについて詳しく知りたい場合は、当社のチームに連絡をお願いします。
引張試験試験とは?
引張試験、またはテンション試験は、材料に対して加えられた (引張る)力にどのように反応するかを判断するために使用される試験です。 引張試験の実施中に直接測定される特性は、最大引張強度、最大伸び、および絞りです。 これらの測定値から、弾性率 (ヤング率)、変形 (ポアソン比)、降伏強度、ひずみ硬化特性などの特性を決定することもできます。
- 最大引張強度 - 材料が破断する前に材料が示す最大応力
- 最大伸び – 材料が破断する前に示す最大ひずみ
- 絞り – 試験片の原断面積と破断後の同じ試験片の最小断面積との比較 引張り荷重を受けたときに材料がどの程度変形するかを示す指標として使用されます。
- ヤング率 – 基本的な材料の剛性 つまり、材料がどれだけ簡単に曲がったり伸びたりするかを示します:
- ヤング率 = 応力/ひずみ
- 応力 = 荷重/断面積
- ひずみ = 距離の変化量/初期標点距離
- ポワソン比 – 伸び力の方向の長さの変化に対する幅の変化の比率
- 降伏強さ – 塑性変形が発生する前に弾性材料が受けることができる最大引張応力
- ひずみ硬化特性 – 加工硬化とも呼ばれる歪み硬化は、材料が降伏点を超えて引き伸ばされると発生します ひずみ硬化は、機械的抵抗と硬度を増加させますが、延性を低下させます。 製造者は、この情報を使用して、可能な限り最高の強度を維持しながら、延性要件を満たす材料を決定できます。
引張試験中に得られたデータをグラフにプロットして、応力/ひずみ曲線を作成します。
応力/ひずみ曲線は、降伏点以降の高レベル加工硬化(1)、低レベル加工硬化(2)を示してくれます。
プラスチックや複合材から自動車、食品、飲料、規制の厳しい医療や製薬業界まで、あらゆる業界の製造業者は、引張試験装置を使用してそれぞれの業界規格の試験を実施し、材料の特徴的な特性を正確に測定し、規格への準拠を保証し、最終的には 製品の品質と安全性を担保することができます。
引張試験のアプリケーションの具体的な例として:
- プラスチック包装 - プラスチック材料の試験片に引張力を加えて、たとえば出荷プロセス中に発生するような引張り力にさらされたときに、製造業者がプラスチックの保護特性を判断できるようにします。
- コンクリート補強用鋼筋 - 金属試験片における引張試験を通じて、降伏強度、最大引張強度、伸び、絞りなどのさまざまな機械的特性を決定するために使用されます。これにより、メーカーが公にしている品質や高性能な仕様を満たすだけでなく、製品が市場投入に安全であることを保証するための業界規格にも準拠します。
- タイヤに使用するゴムコンパウンド - タイヤのゴムの伸びと引張強度は、品質管理の目的で試験され、トレッドのセパレーションやパンクなどのタイヤの不具合を回避します。
引張試験の一般的な規格
ASTMとISOは材料試験で一般的に使用される規格です。 以下は、引張試験で最も頻繁に使用される規格の一部です:
- 金属 - ASTM E8 / ASTM E21 / ISO 6892-1 / ISO 6892-2
- プラスチック - ASTM D638 / ISO 527-2
- ゴム・エラストマー - ASTM D412 / ISO 37
- 繊維強化複合材 - ASTM D3039
引張試験機を選択する時の注意点は?
品質、試験結果の信頼性、コスト、およびアプリケーションに続いて、マシンを選択する際には他の多くの要因を考慮する必要があります:
- 柔軟性 – 幅広い負荷範囲で幅広い材料を試験する機能、個々の業界規格、材料の種類、アプリケーションに合わせて特別に設計されたアクセサリーとの親和性と簡単な交換、PC の有無にかかわらず機械を操作するオプション、および利用可能な多くの試験治具と試験片グリップを使用して機械のか拡張と適応を可能にする機械的モジュール性はすべて試験機の全体的な柔軟性に貢献します。
- 安全性 – 引張試験機の安全性は不可欠であり、外部安全ドア、セーフティーエンクロージャー、インターロック、リミットスイッチなどの物理的安全機能から、ソフトウェアシステムのモニタリングとユーザーマネージメントにまで及びます。ツビックローエルは、オペレーターとマシーンの安全を最優先事項として試験システムの開発に専念しています。
- 扱いやすさ–重要な点は、デザインと操作性の両方で洗練された試験システムを選択すると同時に、オペレーターが試験治具の段取り、試験構成のセットアップ、試験プログラムの選択、実行、そして試験結果の評価を簡単に行えるようにすることです。
- 適応性 – マーケットや規格からの要求事項は常に進化しています。引張試験機を選択する際には、装置がこういう変化に対応出来る点を確認する事です - アクセサリー類、治具、エレクトロニクスそしてソフトウェアプログラムまで。
- ソフトウェア – 試験ソフトウェアは、オペレーターが試験プロセスを簡単に行えるようにし、統一された規格準拠の試験構成を確保することを目的としています。当社のソフトウェアはユーザーやラボにおけるワークフローを念頭に開発されています。
- 規格ライブラリー – 当社の試験ソフトウェアには600 を超える規格試験プログラムが含まれており、アプリケーションに適した規格準拠プログラムを選択して、試験のセットアップと構成を簡素化し、最終的に時間と労力を節約し、エラーの可能性を減らすことができます。規格を超えた試験や試験の手順を自由に設定する試験向けに、当社のソフトウェアにはマスター試験プログラムを用意しています。
- インテリジェントウイザード – インテリジェントウイザードによってユーザーは簡単に試験構成の作成を行う事が出来ます設定データの妥当性も自動でチェックされます。
- レポート – シンプルであろうとカスタマイズされていようと、当社のソフトウェアでは保存、エクスポート、および印刷のオプションとともに、事実上無制限の可能性を備えたレポートを定義できます。
- 自動化 - 材料試験における自動化の使用率が高まっており、特にわずかな乱れでも測定値が変化する可能性があるためです。ツビックローエルでは材料試験における様々な自動化の可能性を提供しています。試験システムは、ラボで連携するロボットを使用した小ロットシリーズの試験の効率的な自動化から、24 時間体制で稼働する完全に自動化された試験ラボにまで及びます。
- 購入後サポート – ツビックローエルは、試験機のライフサイクル全体を通じて、個別のテーラーメイドのサービスとサポートを提供しています。エキスパートによる校正サービス、予防的な保守、検査、トレーニングコース、装置の移設サービス、医療の適格性サービス、ホットラインとカスタマーサポート、さらに装置の製造中止から少なくとも10年間のスペアパーツの供給まで。
- 会社の安定性 – ツビックローエルの歴史は160年以上前に遡ります。187種類の製品群、業界のエキスパート、347名のサービスエンジニア、そして当社のマシーンによって毎年行われている8000万回の試験に誇りを持っています。