Существует несколько причин, по которым производители развивают свой опыт в области механических испытаний и инвестируют в создание процедур обеспечения качества в соответствии с рекомендациями, установленными общепризнанными стандартами. Качество. Обеспечение высокого качества продукции, бесспорно, является главным приоритетом для производителей. Следовательно, главная причина наличия надлежащей системы механических испытаний — это соответствие стандартам качества. Предоставление документально подтвержденной гарантии по таким важным показателям качества, как испытания материалов, несущая способность и точность размеров, может повысить шансы на то, что продукт будет предпочтен потребителями. Например, проведение механических испытаний для проверки химического состава сырья является важной процедурой контроля качества. Использование некачественного сырья может привести к сбоям в работе продукции, повреждению оборудования и потере времени. Поэтому производители используют механические испытания, чтобы избежать подобных проблем с качеством.
Безопасность.Ещё одной важной причиной внедрения процесса механических испытаний является повышение безопасности продукции. Проводя адекватные испытания качества, производитель может гарантировать своим клиентам безопасность своей продукции. Это серьёзная проблема при запуске новых продуктов или крупномасштабном производстве. Необходимо обеспечить надёжную гарантию безопасности пользователя. Например, рассмотрим такой критически важный компонент, как автомобильная ось. Ненадёжная конструкция или некачественный производственный процесс недопустимы, поскольку ставят под угрозу безопасность пользователя.По этим причинам испытания на безопасность являются важной частью процедур контроля качества, таких как проверка первой партии товара, когда производители тщательно проверяют продукцию на наличие неисправностей, представляющих угрозу безопасности, чтобы устранить их до того, как они проявятся в более крупных масштабах.
Исследования и разработки.Проведение исследований и разработок является важным аспектом разработки продукции в производстве. Большинство компаний тратят значительные усилия на разработку новых продуктов или внедрение улучшенных версий существующих. Помимо инновационных разработок и передовых технологий производства, механические испытания являются одним из основополагающих элементов этого процесса. После разработки нового продукта инженер-механик проводит строгие испытания прототипа по различным критериям производительности и отказов.
Общие виды механических испытаний
Процесс механических испытаний очень разнообразен. Инженеру-испытателю доступно несколько видов механических испытаний. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространённые испытания, которые используют инженеры.
Стресс-тестирование. Стресс-тестирование — наиболее распространённый вид механического испытания в производстве. Оно позволяет проверить реакцию изделия на различные виды механических нагрузок, на которые оно рассчитано. Например, стальные тросы для мостов должны выдерживать высокие растягивающие усилия, поэтому они должны пройти механическое испытание на прочность при растяжении. В других случаях стресс-тестирование может выявить такие проблемы, как концентрации напряжений, которых легко избежать. Например, стресс-тест может показать, что изделие испытывает напряжения, приводящие к отказу, на острых углах. В большинстве случаев такие углы можно заменить более подходящими скруглениями. Для устранения таких проблем и предотвращения потерь времени и средств на производственной линии достаточно провести дополнительный этап проектирования и производственного анализа. Аналогичным образом, другие стресс-тесты включают испытания на сжатие, сдвиг и кручение, которые проводятся в зависимости от конкретного применения изделий. Обычно для стресс-тестов инженеры используют такое оборудование, как стенды для стресс-тестов и тензодатчики.
Испытание на твёрдость.Твёрдость, прочность и жёсткость — важные механические свойства для производителей. Они характеризуют устойчивость поверхности изделия к таким повреждениям, как царапины, вмятины и кратеры. Это актуально для таких изделий, как шарики подшипников, для которых даже незначительное повреждение поверхности может привести к катастрофическим поломкам. Типичные испытания на твёрдость, такие как испытания по Роквеллу, Виккерсу и Бринеллю, широко распространены для определения твёрдости поверхности. Они используют специально разработанные инденторы из твёрдого материала, например, алмаза, для создания отпечатка на поверхности с помощью механического испытательного прибора. Затем, на основе глубины вмятины и приложенного усилия, поверхности присваивается оценка твёрдости. Эта оценка определяет, выдерживает ли деталь механические испытания.
Испытание на усталость. Испытания на усталость полезны для изделий, подвергающихся циклическим нагрузкам. Это означает, что механические нагрузки на них динамические и меняются со временем как по величине, так и по направлению. Хорошим примером служит вал трансмиссии автомобиля. Он подвергается циклическому воздействию растягивающих и сжимающих нагрузок при вращении с высокой скоростью. В связи с циклическим нагружением проведение статических испытаний вала недостаточно. Поэтому он также должен пройти испытание на усталость, при котором он подвергается динамической нагрузке, аналогичной той, что применяется в автомобиле. Как правило, при испытании на усталость такие параметры, как частота циклов, количество циклов и типы нагрузки, используются для создания настройки и проверки характеристик детали.
Испытание на удар. Испытание на удар — ещё один распространённый вид механических испытаний. Оно применяется к деталям, подвергающимся высоким ударным нагрузкам. Например, автомобильным бамперам. Если бампер ломается при ударе, значит, его конструкция неудачная и непригодна для автомобилей. Таким образом, при испытании на удар инженеры прилагают ударные нагрузки с известной силой, периодом времени и числом циклов, чтобы определить ударную вязкость.
Испытание на ползучесть.Напряжение ползучести — это особый вид напряжения, возникающий в детали под действием нагрузок в течение длительного времени. Оно приводит к её ослаблению в течение срока службы. Например, новая лопатка реактивной турбины отличается от старой из-за постоянного циклического нагружения и перепадов температур в реактивном двигателе.В ходе испытания на ползучесть инженеры моделируют эти условия в лабораторных условиях и измеряют степень ползучести, развивающуюся в детали с течением времени. Чтобы соответствовать критериям качества, деталь должна сохранять минимальный уровень прочности по истечении определённого периода времени.