PAGE PAGE 3 JJG145-2007《摆锤式冲击试验机》 检定规程实施要点分析 摘要：为更好执行JJG145-2007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的工作原理，重要的检定方法以及具体措施，对影响冲击试验的关键问题进行重点的论述。在检定校准过程中“直接检定方法”与“标准冲击样品的间接检定方法”都是重要的，采用“标准冲击样品的间接检定方法”是对冲击试验机综合性能检定，是必需的、可行的、简便的。 一、 摆锤式冲击试验机工作原理 摆锤式冲击试验机是用规定高度的摆锤对处于冲击试验机砧座上的冲击试样进行一次性打击，测量试样弯折时的冲击吸收功。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的冲击试样。 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 根据摆锤式冲击试验机的工作原理分析，主要由三大部分组成： a. 冲击试验机主机架； b. 冲击摆锤； c. 冲击试样砧座与支座。 基本保障是：冲击试验机应安装在具有质量足够的地基上。 终综合技术指标是：冲击能量——J焦耳。这一能量的表现形式是对冲击试样的冲击吸收能量。它指示了冲击试验机冲击试样的能量，以及冲击试验机的能量传递给冲击试样准确的程度。 为此，对摆锤式冲击试验机的检定，为重要的是：考核整机性能、整机刚度、安装质量（地基的合理性）。 摆锤式冲击试验机的检定 按JJG145要求，冲击试验机的检定分为首次检定，其中包括直接检定与间接检定，后续检定及使用中检验，详见规程中的表8。本文主要介绍间接检定方法。 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的检定方法，即示值检定法。间接检定方法可保证冲击试验机示值的准确性。使用标准样品的间接检定，实质上是对试验机的综合性能的检定以及冲击能量示值准确性的检定。 1. 标准冲击样品的应用 标准冲击样品的标准能量值应在下列之一的范围内： 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 目前使用的标准冲击样品冲击后不撕裂分离，可以准确的保留每一次冲击后样品的印痕，通过对印痕的分析会快速、清楚的发现试样砧座、冲击刀刃的当前状态。从而对冲击试验机冲击试验数据的分散、能量超标等问题迅速做出判定。 我国自主研制的标准冲击样品，经过多年国内外实验室的验证考核，其性能是稳定可靠的。标准冲击样品是国家标准化管理委员会批准的标准样品。国家标准样品编号为GSB 03-2040（2041、2042、2043）-2006 使用标准冲击样品可以应用于冲击试验机的检定；实验室设的期间核查；实验室之间设比对；实验室内部操作员考核；试验仪器的不确定度评定；发现异常试验数据时对试验机的检查。 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，试验机示值误差和重复性应符合表2规定 表2 试验机示值误差和重复性允许值 能量级 误差 重复性 ＜40J ±2.4J 3.6J ≥40J ±6%KR 9%KR 注：当间接检定的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，至少检定试验机使用范围内的两个吸收能量级。标准冲击样 品的能量级应在使用范围以内，并尽量接近其上限和下限。 对在特定范围内使用的试验机，标准冲击样品的能量应尽量接近其常规使用的范围。 ② 标准冲击样品的示值检定有效范围：所用标准冲击样品标准值的±50%(例如：使用120J标准冲击样品检定时，有效范围是60J～180J，即120J的±50%)。 ③ 一般每个能量级的标准冲击样品，一组选择5个：KV1、KV2…… KV5为一组五个冲断后的标准冲击样品，以能量递增的次序排列。 在规定的控制条件下，试验机的重复性R表示为每组样品的值与小值之差： R= KVmax — KVmin 在规定的控制条件下，试验机的误差表示为： 式中： ； KR——该组标准冲击样品的标准能量值； Kvi——标准冲击样品冲断时的实际吸收能量。 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 冲击试验机的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的巨大冲击载荷。它的状态好坏直接影响试验数据。 冲击刀刃R的尺寸与表面状态是关键，两砧座之间的跨距是基础。一切都要符合标准要求。 砧座（垂直支座）的受力状态分析 F FY FYY由于 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）的受力状态，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的正向力FY，并在试样弯曲撕裂过程中产生很大的向外推力Fw。相反两砧座对试样产生较大的正向支反力FY，并在试样弯曲撕裂过程中，圆角r产生很大的支撑力Fw。 试样冲击吸收能量体现在冲击弹性变形功与冲击塑性变形和撕裂功两个方面。 F 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的作用力，右半部分虚线箭头表示砧座的的支反力。摆锤冲击刀刃冲击试样通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的正向冲击力↓F冲击试样砧座上的试样，砧座的整个平面支撑试样，在试样变形开始瞬间，其承受力的跨距是40mm。 B 试样被冲击时，试样冲击刀刃对试样的冲击点为中心，由砧座平面始沿砧座园角r弯曲。此时，被冲击变形的试样在试样砧座跨距的制约下，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由于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。由于试样支撑端截面是10×10，在砧座跨距的约束下，试样的支撑印痕由外向内—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，是由砧座平面通过砧座园角，然后穿过砧座跨距，冲断试样。 通过图7可以看出在冲击过程中，试样砧座的园角顶端始终支承巨大的冲击方向力FY、试样变形的向外推力Fw及其合成的矢量力FS。 砧座受到向外推力Fw作用会使跨距变大，这也就是经常使用中的冲击试验跨距变大的重要原因。因此，必须经常检查砧座跨距，尤其是传统斜面正压式固定砧座的冲击试验机。对于有侧向定位能力的冲击试验机，砧座磨损将是使跨距变大的主要原因。（见图4） 图 4 冲击试验机砧座R被严重打平磨损示意图 通过试样冲断后印痕可以看到，相同能量级的冲击标样，有着不同的印痕，不同的印痕标样所测试的能量有所差异，印痕深的表面非常不规则的冲击能量高。印痕相对浅且非常光洁的，则冲击能量低。 砧座的质量是非常重要的，试验数据与试样砧座硬度、园角半径r的大小、角表面质量、园角与砧座平面过渡状态是息息相关的。 综上论述对摆锤式冲击试验机的检定、校准要点如下： 1） 应采用标准冲击样品进行间接检定，检验整机的性能。 2） 砧座必须经常检查：R、r的磨损与砧座的固紧情况，两砧座之间距离应符合标准要求。 4） 冲击摆锤应完好，冲击刀刃必须符合所应用标准之要求。 5） 冲击试验机的使用范围：目前有关冲击试验机的美国标准、国际标准及我国标准，都规定了使用范围不能超过其标称能量的80%。尽管如此，目前我国的冲击试验机有些在其标称值的50%已经表现其刚度不足了。如果使用在其标称能量的50%-80%范围，使用标准冲击样品校验。 6） 冲击试验机必须牢固的安装在质量足够基础上，主机与摆锤必须有足够的刚度。
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