強度試験を理解する：重要な材料と部品の限界を測定する

材料強度と表面仕上げのテストでは、重要な製品に使用される重要な部品の限界を調べます。多くの製品の完全性にとって非常に重要な材料強度と構造の境界を評価するために知っておくべきことは次のとおりです。

きゅうりのピクルスの瓶を開けるときに助けを求めたことがある場合は、瓶詰め会社がマーク・フリードマンに話しかけたことはない可能性があります。先週開いたポテトチップスの袋についても同じことが言えますが、継ぎ目が真ん中で裂けたときに、ポテトチップスが休憩室全体を飛び回るのを見るだけです。または、必要なアスピリンのボトルは、より正確には人間に耐性があると呼ばれるチャイルドレジスタンスキャップを宣伝しています。

フリードマンは、ニューヨーク州コピアーグにあるMark-10Corp.の社長です。彼は楽しい仕事をしています。彼の会社は、さまざまな製造製品を裂いたり、穴を開けたり、はがしたり、押しつぶしたり、その他の方法で破壊したりするテスト機器を製造しています。それらの多くは、上記のような消費財です。しかし、フリードマンとMark-10チームは、製品の安全性が最優先される自動車、航空宇宙、医療業界にとって特に重要です。

強力な決定

破壊だけではありません。 Mark-10機器は、シートベルトの解放力、ばねの弾性、骨ねじを打ち込むのに必要なトルク、およびその他の無数の同様のアプリケーションを測定できます。

「これらおよびその他の製造されたオブジェクトの使いやすさ、信頼性、および耐久性は、力またはトルクの値によって定量化できます」とフリードマンは言います。 「したがって、医療機器、梱包材、航空宇宙部品のいずれであっても、私たちが毎日使用するものの多くは、顧客の品質基準を満たしていることを確認するために、この種の物理的テストを受ける必要があります。」

通常、テストはこれらのオブジェクトが製造される施設で行われ、多くの場合、生産ライン自体で行われます。 Mark-10が提供する機械的強度試験コンポーネントには次のものがあります。

• フォースゲージは、テストアプリケーションで張力と圧縮（引っ張ったり押したり）する力をキャプチャするために使用されます。このようなデバイスでは、多くの機械工場でおなじみのダンベル型のテストクーポンが引き離されます。
• トルクゲージは、ねじ山付きファスナー、ノブ、ダイヤル、または前述のピクルスジャーの蓋にかかる力など、時計回りまたは反時計回りの力を測定します。
• 摩擦係数（COF）ゲージは、ターゲット材料を横切って「そり」（小さな金属パッド）をドラッグするときに発生する静的および動的な力を測定します。
• ワイヤープルテスターは、圧着された電気端子、チューブの終端、およびワイヤー結合コネクタの引き抜き力を測定するために使用されます。

これらの多くは、ハンドヘルドバージョンとベンチトップバージョンで利用でき、手動または電動のテストスタンド、さまざまなグリップフィクスチャとアタッチメント、およびテスト結果を照合および分析するためのソフトウェアと組み合わせて使用​​されることがよくあります。

「特に航空宇宙、自動車、医療製品について話している場合、多くのお客様は特定のISO、SAE、またはASTM規格に適合している必要があります」とFridman氏は言います。 「特定の業界固有の規格や、製品が現場で失敗しないことを保証するためにメーカーが社内で開発した規格もあります。たとえば、組み立てサービスを提供する機械工場では、レバーのばね張力やドアを閉じるのに必要な力を確認するために、当社のユニットの1つを購入する場合があります。テストは非常に用途に固有であり、アプリケーションの数が多すぎて数えられません。」

エンジニアリングサーフェス

Pat Nugentは、ほとんどの機械工場でよく知られている方法ではありますが、製品の品質にも関心を持っています。ロードアイランド州プロビデンスに本拠を置くMahrInc.の製品管理担当副社長として、表面粗さ、真円度、形状の測定に使用されるものを含む、同社の幅広い計測機器を担当しています。彼は、これらの最初の粗さを定量化するために使用される装置は、機械加工がまだカムとハンドクランクを介して行われていた数十年前に開発されたと説明しています。さらに、これらの旧式な方法は、現在でも使用されている粗さ基準に影響を与えます。

「最初のプロフィロメーターは、針が左右ではなく上下に動くことを除いて、昔ながらのレコードプレーヤーとそれほど違いはありませんでした」とNugent氏は言います。 「これらの初期のアナログデバイスは、表面粗さを決定するために、二乗平均平方根平均化の一種であるRqとして知られる数学的計算を使用していました。今日、ほとんどのショップ（少なくともここ米国にあるショップ）は、Ra、つまり平均粗さをよく知っています。」

Nugentは、世界の他の地域ではRz標準が通常使用されていると付け加えています。これは、5つの連続するサンプリング長間の平均的な山と谷の差です。しかし、彼はすぐに指摘します。100ほどの表面測定パラメータと標準が存在し、製造業者はどちらを使用するか、そしてその理由について混乱することがよくあります。

「業界がデジタル時代に移行し、測定機器の能力が向上するにつれて、人々はさまざまな表面プロファイルを収集し、それらを使用して部品の品質を定量化する方法を考え出しました」と彼は言います。 「エンジンシリンダーのボアについて考えてみてください。メーカーは通常、表面を荒削りしてから、仕上げ研磨または研削作業を行います。これにより、山はノックオフされますが、谷は残ります。これらのプロセスを十分に正確に測定して制御できれば、最適な摩耗と潤滑特性を提供する一種の設計された表面が作成されます。」

粗さとうねり

この複雑さの背後にある朗報は、Mahrが提供するような最新の測定機器は、図面にある表面粗さの基準を簡単に切り替えることができるということです。また、ざらつきと連動するうねりを測定することもできます。

ニュージェント氏は次のように述べています。「重い物が置かれている木製のテーブルについて考えるように人々に言います。真ん中の弓はうねりと考えることができますが、爪で感じることができる木目はその表面の粗さです。」

表面の粗さとうねりは2次元の測定値であることを認識することが重要です。多くのMahr製品に見られるような高度な光学系を使用してこのような一連の測定を行うと、機械加工、鋳造、成形、または印刷されたオブジェクトの詳細な3次元ビューを取得できます。

これは、Nugentが設計された表面について以前に述べたことに戻ります。顕微鏡レベルで製造プロセスを測定して制御する機能は、完成したオブジェクトの動作を大幅に改善し、整形外科用インプラントの骨統合の改善や作成などの機会をもたらす可能性があります。有機的な世界で見られるものをより厳密に模倣する表面の。

材料の強度を測定するときに直面した障害は何ですか？どのようにしてそれらを克服しましたか？どのようなヒントを共有できますか？