Test di tensione e compressione

Le prove di trazione e compressione sono tra i metodi di prova meccanica più utilizzati per valutare le prestazioni di un materiale o di un componente sotto carichi applicati.

In una prova di trazione, un provino viene sottoposto a una forza di trazione fino a raggiungere un punto definito, come il limite di snervamento, il carico di rottura o il cedimento. Questo rivela proprietà come la resistenza alla trazione, la rigidità, l'allungamento e la duttilità. In una prova di compressione, il provino è sottoposto a una forza di spinta, spesso per determinare la resistenza alla compressione, il comportamento di deformazione o le prestazioni di instabilità.

Queste prove possono essere eseguite come prove statiche, in cui viene applicato un carico costante fino al raggiungimento di un obiettivo o di un punto di rottura, o come prove dinamiche, in cui il carico varia nel tempo per simulare le condizioni operative. Le prove statiche sono spesso utilizzate per la caratterizzazione di base dei materiali e il controllo di qualità, mentre le prove dinamiche o di fatica forniscono informazioni sulla durata a lungo termine e sulle modalità di guasto.

I sistemi di prova elettromeccanici, come il MultiTest-dV, sono ampiamente utilizzati per applicazioni di trazione e compressione. Combinano un preciso controllo del motore con sensori di misura digitali, consentendo prove altamente ripetibili e l'acquisizione di dati dettagliati sulle prestazioni.

Sistemi elettromeccanici e servoidraulici

Nelle prove di trazione e compressione si utilizzano due principali tecnologie di attuazione: i sistemi elettromeccanici e i sistemi servoidraulici.

I sistemi elettromeccanici utilizzano viti o attuatori azionati da motori per applicare la forza. Offrono un'elevata precisione, un'eccellente ripetibilità e un controllo preciso su un'ampia gamma di forze e velocità. Questo li rende adatti ad applicazioni che richiedono un'elevata risoluzione di misura, come il collaudo di assemblaggi delicati, materie plastiche, elastomeri e piccole parti metalliche. Ad esempio, la gamma MultiTest-dV offre un controllo accurato della forza con un'approssimazione di ±0,1% del carico indicato, impostazioni flessibili della velocità da 0,1 mm/min a oltre 1000 mm/min e acquisizione dati integrata.

I sistemi servoidraulici utilizzano un fluido idraulico pressurizzato per generare il movimento. Sono in grado di erogare forze molto elevate e sono comunemente utilizzati per testare componenti strutturali o di grandi dimensioni in settori come quello aerospaziale e automobilistico. Sono adatti alle prove cicliche e di fatica ad alta velocità, ma richiedono una maggiore manutenzione e sono generalmente meno efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai sistemi elettromeccanici.

Prove statiche e di fatica

Le prove statiche applicano un carico o uno spostamento costante finché non si verifica un punto stabilito o un guasto. Questo è essenziale per determinare proprietà come la resistenza alla trazione, la resistenza allo snervamento e il modulo di compressione.

Le prove a fatica applicano e rimuovono ripetutamente i carichi per riprodurre le sollecitazioni che un componente subirà in servizio. Questo è fondamentale per prevedere la durata del prodotto e identificare i potenziali punti di rottura. Le prove di fatica ad alto ciclo possono durare fino a un milione di cicli con carichi inferiori, mentre le prove di fatica a basso ciclo valutano le prestazioni con sollecitazioni più elevate e un numero inferiore di cicli.

Un test tipico prevede:

• Preparazione del provino - Il provino viene preparato secondo lo standard pertinente, con dimensioni e finitura superficiale controllate. I materiali comunemente testati includono metalli, plastiche, elastomeri, materiali compositi e tessuti.
• Montaggio nel telaio di prova - Il provino viene fissato utilizzando impugnature o dispositivi adeguati che impediscano lo scivolamento o il danneggiamento. Le prove di compressione utilizzano in genere piastre piane o maschere di compressione.
• Applicazione della forza - La macchina applica un carico controllato a una velocità prestabilita. Le celle di carico misurano la forza applicata e gli estensimetri tracciano l'allungamento o la compressione.
• Controllo ambientale - I test possono essere condotti a temperatura ambiente o all'interno di camere per simulare calore, freddo o umidità.
• Acquisizione e analisi dei dati - Le misure vengono registrate come curve forza-spostamento o sforzo-deformazione, rivelando parametri come il modulo elastico, il punto di snervamento e il carico massimo prima del cedimento.

Sistemi come il MultiTest-dV possono essere abbinati a sensori di alta precisione, come le celle di carico VFG, AFG o ELS. Gli estensometri rilevano le misure di deformazione fine per garantire risultati accurati e ripetibili.

Applicazioni industriali

Le prove di trazione e compressione sono utilizzate in diversi settori industriali per convalidare le prestazioni del progetto, assicurare la qualità e soddisfare i requisiti normativi:

• Automotive - Valutazione di alberi di trasmissione, bulloni, molle e dispositivi di fissaggio per garantire un funzionamento sicuro sotto carico.
• Dispositivi medici - Misurazione delle forze dello stantuffo delle siringhe, dell'elasticità dei tubi e della resistenza alla trazione delle suture in linea con gli standard di sicurezza.
• Imballaggio - Test delle forze di spinta e di estrazione di tappi di bottiglia, guarnizioni e chiusure per bilanciare la forza di tenuta con la facilità di apertura.
• Aerospaziale e difesa - Valutazione dell'integrità strutturale di elementi di fissaggio, staffe e componenti compositi in condizioni estreme.

Garanzia di qualità e ciclo di vita del prodotto

Se applicati nelle prime fasi dello sviluppo del prodotto, questi test aiutano a rilevare i difetti dei materiali, a convalidare i progetti e a simulare le condizioni di servizio. Utilizzando un software di controllo e analisi come VectorPro, gli ingegneri possono automatizzare le sequenze di test, raccogliere set di dati dettagliati e generare rapporti pronti per la conformità. I dati ottenuti supportano il miglioramento del prodotto e la pianificazione della manutenzione predittiva.

Mecmesin offre una gamma di sistemi per prove statiche e cicliche, tra cui:

• Tester di forza motorizzati MultiTest-dV - Sistemi elettromeccanici compatti per il controllo qualità e la ricerca, che offrono un controllo fine della velocità, uscite digitali e compatibilità con un'ampia gamma di impugnature e dispositivi di fissaggio.
• Tester di materiali OmniTest a colonna singola - Adatti per applicazioni di forza media, offrono una maggiore capacità di carico e adattabilità a un'ampia gamma di tipi di test.
• Tester per materiali a doppia colonna OmniTest - Progettati per prove ad alto carico o su componenti di grandi dimensioni, offrono la stabilità e la capacità necessarie per le applicazioni più impegnative.

Tutti i sistemi supportano configurazioni di prova personalizzate, camere ambientali e integrazione con estensimetri, celle di carico ad alta precisione e software di analisi avanzato.

Le prove di trazione e compressione sono regolate da standard internazionali che garantiscono la comparabilità e la conformità normativa:

• ISO 527 - Proprietà di trazione delle materie plastiche
• ISO 7500 - Verifica dei sistemi di misurazione della forza delle macchine di prova
• ASTM D638 - Proprietà di trazione delle materie plastiche
• ASTM E8 - Prove di trazione di materiali metallici
• ASTM D695 - Proprietà di compressione delle plastiche rigide

In settori regolamentati come quello aerospaziale, automobilistico e dei dispositivi medici, la conformità a questi standard è essenziale per l'approvazione del prodotto e la garanzia di qualità.

La scelta della giusta attrezzatura per le prove di trazione e compressione dipende da fattori quali il tipo di materiale, l'intervallo di forza, la velocità di prova, le condizioni ambientali e gli standard applicabili. Il team tecnico di Mecmesin è in grado di consigliare la scelta dell'apparecchiatura più adatta e di sviluppare procedure di prova per garantire risultati accurati, ripetibili e conformi agli standard.