摆锤冲击试验机检定规程.doc

JJG145-《摆锤式冲击试验机》
检定规程实施关键点分析

摘要: 为愈加好实施JJG145-摆锤式冲击试验机检定规程要求, 本文对摆锤式冲击试验机工作原理, 关键检定方法以及具体方法, 对影响冲击试验关键问题进行关键叙述。在检定校准过程中“直接检定方法”与“标准冲击样品间接检定方法”都是关键, 采取“标准冲击样品间接检定方法”是对冲击试验机综合性能检定, 是必需、 可行、 简便。
一、 摆锤式冲击试验机工作原理
摆锤式冲击试验机是用要求高度摆锤对处于冲击试验机砧座上冲击试样进行一次性打击, 测量试样弯折时冲击吸收功。摆锤是以冲击试验机摆轴为中心, 在处于预仰角位置时释放摆锤, 以一定速度冲击试验机砧座上冲击试样。
见图1。

图1 摆锤式冲击试验机工作原理图
二、 摆锤式冲击试验机检定方案分析
依据摆锤式冲击试验机工作原理分析, 关键由三大部分组成:
a. 冲击试验机主机架;
b. 冲击摆锤;
c. 冲击试样砧座与支座。
基础保障是: 冲击试验机应安装在含有质量足够地基上。
最终综合技术指标是: 冲击能量——J焦耳。这一能量表现形式是对冲击试样冲击吸收能量。它指示了冲击试验机冲击试样能量, 以及冲击试验机能量传输给冲击试样正确程度。
为此, 对摆锤式冲击试验机检定, 最为关键是: 考评整机性能、 整机刚度、 安装质量（地基合理性）。

摆锤式冲击试验机检定
按JJG145要求, 冲击试验机检定分为首次检定, 其中包含直接检定与间接检定, 后续检定及使用中检验, 详见规程中表8。本文关键介绍间接检定方法。
间接检定方法
间接检定法是指使用标准冲击样品进行冲击能量检定方法, 即示值检定法。间接检定方法可确保冲击试验机示值正确性。使用标准样品间接检定, 实质上是对试验机综合性能检定以及冲击能量示值正确性检定。
1. 标准冲击样品应用
标准冲击样品标准能量值应在下列之一范围内:
低能量(L)级: 标准能量值＜30J
中能量(M)级: 30J≤标准能量值＜110J
高能量(H)级: 110J≤标准能量值＜220J
超高能量(UH)级: 标准能量值≥220J

标准冲击样品技术要求见表1
表1 标准冲击样品标准偏差
能 量 KR
标准偏差
＜40J
≤1.2J
≥40J
≤3.0% KR

现在使用标准冲击样品冲击后不撕裂分离, 能够正确保留每一次冲击后样品印痕, 经过对印痕分析会快速、 清楚发觉试样砧座、 冲击刀刃目前状态。从而对冲击试验机冲击试验数据分散、 能量超标等问题快速做出判定。
中国自主研制标准冲击样品, 经过多年中国外试验室验证考评, 其性能是稳定可靠。标准冲击样品是国家标准化管理委员会同意国家级标准样品。国家标准样品编号为GSB 03-2040（2041、 2042、 2043）-
使用标准冲击样品能够应用于冲击试验机检定; 试验室设备期间核查; 试验室之间设备比对; 试验室内部操作员考评; 试验仪器不确定度评定; 发觉异常试验数据时对试验机检验。
2. 使用标准冲击样品进行间接检定（示值检定）
使用标准冲击样品进行间接检定时, 试验机示值误差和反复性应符合表2要求
表2 试验机示值误差和反复性最大许可值
能量级
误差
反复性
＜40J
±2.4J
3.6J
≥40J
±6%KR
9%KR
注: 当间接检定结果不能令人满意时, 则应按首次检定要求进行直接检定。

① 实际检定中, 最少检定试验机使用范围内两个吸收能量级。标准冲击样
品能量级应在使用范围以内, 并尽可能靠近其上限和下限。
对在特定范围内使用试验机, 标准冲击样品能量应尽可能靠近其常规使用范围。
② 标准冲击样品示值检定有效范围: 所用标准冲击样品标准值±50%(比如: 使用120J标准冲击样品检定时, 有效范围是60J～180J, 即120J±50%)。
③ 通常每个能量级标准冲击样品, 一组选择5个: KV1、 KV2…… KV5为一组五个冲断后标准冲击样品, 以能量递增次序排列。
在要求控制条件下, 试验机反复性R表示为每组样品最大值与最小值之差:
R= KVmax — KVmin
在要求控制条件下, 试验机误差表示为:

式中: ;
KR——该组标准冲击样品标准能量值;
Kvi——标准冲击样品冲断时实际吸收能量。

三、 摆锤式冲击试验机检定过程中关键问题分析
冲击试验机冲击试样砧座（以下简称砧座）受力状态分析
冲击试验机砧座在冲击试验中起着关键作用, 每一次试验都由砧座承接试验时巨大冲击载荷。它状态好坏直接影响试验数据。
冲击刀刃R尺寸与表面状态是关键, 两砧座之间跨距是基础。一切都要符合标准要求。
砧座（垂直支座）受力状态分析
FY
FYY因为
F

图2 对冲击试样施加静态力示意图

图2是简支梁式冲击试验中砧座（垂直支座）受力状态, 砧座（试样垂直支座）在工作中支撑试样。在冲击试验过程中, 冲击试样对两砧座产生正向力FY, 并在试样弯曲撕裂过程中产生很大向外推力Fw。相反两砧座对试样产生较大正向支反力FY, 并在试样弯曲撕裂过程中, 圆角r产生很大支撑力Fw。
试样冲击吸收能量表现在冲击弹性变形功与冲击塑性变形和撕裂功两个方面。

Fw
－Fw
－FS
40
Fy
－Fy
＋FS三
＋FS
FS
F

图 3 试样冲击弯曲瞬间砧座支撑力示意图
图3中左半部分实线箭头表示冲击时作用力, 右半部分虚线箭头表示砧座支反力。摆锤冲击刀刃冲击试样经过试验机两试样砧座瞬间过程行为是:
A 首先是冲击刀刃产生正向冲击力↓F冲击试样砧座上试样, 砧座整个平面支撑试样, 在试样变形开始瞬间, 其承受力跨距是40mm。
B 试样被冲击时, 试样冲击刀刃对试样冲击点为中心, 由砧座平面始沿砧座园角r弯曲。此时, 被冲击变形试样在试样砧座跨距制约下, 试样缺口表面在冲击刀刃冲击试样向前运动过程, 试样缺口面同时产生弧形弯曲。
C因为弯心是冲击刀刃与试样触点, 试样与砧座园角顶端为曲率半径弯曲。因为试样支撑端截面是10×10, 在砧座跨距约束下, 试样支撑印痕由外向内—试样缺口中心滑动, 会出现两个或多个印痕。这一滑动产生过程, 试样两端支撑面运行轨迹, 是由砧座平面经过砧座园角, 然后穿过砧座跨距, 冲断试样。
经过图7能够看出在冲击过程中, 试样砧座园角顶端一直支承巨大冲击方向力FY、 试样变形向外推力Fw及其合成矢量力FS。
砧座受到向外推力Fw作用会使跨距变大, 这也就是常常使用中冲击试验跨距变大关键原因。所以, 必需常常检验砧座跨距, 尤其是传统斜面正压式固定砧座冲击试验机。对于有侧向定位能力冲击试验机, 砧座磨损将是使跨距变大关键原因。（见图4）

图 4 冲击试验机砧座R被严重打平磨损示意图
经过试样冲断后印痕能够看到, 相同能量级冲击标样, 有着不一样印痕, 不一样印痕标样所测试能量有所差异, 印痕深表面非常不规则冲击能量高。印痕相对浅且非常光洁, 则冲击能量低。
砧座质量是非常关键, 试验数据与试样砧座硬度、 园角半径r大小、 角表面质量、 园角与砧座平面过渡状态是息息相关。
综上叙述对摆锤式冲击试验机检定、 校准关键点以下:
1） 应采取标准冲击样品进行间接检定, 检验整机性能。
2） 砧座必需常常检验: R、 r磨损与砧座固紧情况, 两砧座之间距离应符合标准要求。
4） 冲击摆锤应完好, 冲击刀刃必需符合所应用标准之要求。
5） 冲击试验机使用范围: 现在相关冲击试验机美国家标准准、 国际标准及中国家标准准, 都要求了使用范围不能超出其标称能量80%。尽管如此, 现在中国冲击试验机有些在其标称值50%已经表现其刚度不足了。假如使用在其标称能量50%-80%范围, 最好使用标准冲击样品校验。
6） 冲击试验机必需牢靠安装在质量足够基础上, 主机与摆锤必需有足够刚度。