Prove materiali dinamiche: Quale azionamento è più adatto alle mie esigenze?
Che si tratti di viti, protesi per anche o parti di veicoli, i componenti e i materiali devono sostenere carichi dinamici durante la loro vita. La domanda fondamentale è: Quanto a lungo il materiale è in grado di resistere alle sollecitazioni prima della rottura? È proprio qui che entra in gioco la prova di fatica dinamica. Tuttavia non tutte le macchine di prova materiali sono adatte, in particolare per quanto riguarda l’azionamento; vi sono differenze importanti che non riguardano solo i risultati di prova, ma anche i costi operativi e la manutenzione.
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Impianto servoidraulico: la scelta classica per le esigenze più elevate
Le macchine di prova servoidrauliche sono considerate lo standard per quanto riguarda le forze massime, la flessibilità elevata e i task di prova versatili. Lavorano con attuatori idraulici, che sono controllati da servovalvole di precisione. In particolare nelle prove di fatica a basso numero di cicli (LCF), le prove di meccanica della frattura o le applicazioni altamente dinamiche, come le prove di trazione ad alta velocità e le prove di punzonatura (ad es. conformi a ISO 6603-2 o ASTM D3763), spesso non vi sono alternative ai sistemi idraulici.
Ma questo potere ha un prezzo: la fornitura costante di aria compressa della centralina idraulica è altamente energivora. La manutenzione è piuttosto elevata per via dei cambi di olio e filtri, nonché per la sostituzione regolare dei tubi flessibili. Il livello di rumore non deve essere sottovalutato. Le macchine servoidrauliche forniscono risultati costanti per molti anni con la dovuta accuratezza, anche con forze superiori a 2.000 kN.
Sistemi di risonanza: l’efficienza energetica incontra la frequenza elevata
Quando si tratta di resistenza alla fatica e fatica ad alto numero di cicli (HCF), le macchine per prove di risonanza, come il vibroforo, costituiscono una valida alternativa. A differenza dei sistemi servoidraulici, la frequenza naturale dei provini viene stimolata da un sistema meccanico. Questo crea la vibrazione desiderata con un’alimentazione minima di energia. Infatti, il consumo di energia dei sistemi di risonanza è solo del due percento rispetto alle macchine idrauliche. Anche le necessità di manutenzione sono ridotte per via dell'assenza di sistemi idraulici, raffreddamento e valvole mobili, tuttavia è con questa soluzione è possibile gestire forze fino a 1.000 kN.
Dal punto di vista normativo, le macchine di risonanza sono particolarmente adatte per le prove SN secondo DIN 50100 e la meccanica della frattura è conforme a ASTM E399 o ISO 12106. In combinazione con il serraggio meccanico possono addirittura coprire le prove materiali statiche. Se si desidera testare regolarmente un numero elevato di pezzi con un carico costante, il vibroforo si rivela decisamente più vantaggioso nel lungo periodo.
Elettrodinamica con motore lineare: silenziosa, precisa, senza olio
Negli ambienti sensibili, come l’ingegneria medica o l’industria elettronica, l’assenza di rumore e olio sono criteri fondamentali. È qui che le macchine di prova materiali elettrodinamiche con motori lineari (ad es. la serie LTM di ZwickRoell) mostrano i loro punti di forza. Sono silenziose (LTM 1/2/3 ca. 46 dB(A) a 1 m di distanza), non richiedono alimentazione di fluidi e necessitano di manutenzione ridotta. Allo stesso tempo, consentono un comando preciso anche con forze ridotte fino a 10 kN e frequenze superiori a 100 Hz.
Sono particolarmente efficaci nelle prove su impianti conformemente a ISO 14801, ASTM F1717 o ISO 7206, ad es. per prodotti da testare sia dinamicamente che staticamente. I vantaggi della risposta rapida e precisa della tecnologia a motore lineare sono evidenti anche nei nuovi materiali, come i biocomposti o i composti plastici.
Attuatori di prova elettromeccanici: la via di mezzo
Oltre ai sistemi idraulici ad alte prestazioni e ai motori elettrici sensibili, ZwickRoell offre anche attuatori di prova elettromeccanici, un misto di flessibilità ed efficienza energetica. Questi sistemi sono particolarmente interessanti quando sono necessarie forze intermedie (da 1 a 100 kN), ad esempio per le prove sulle imbottiture dei sedili o i materiali compositi. I sistemi elettromeccanici possono essere integrati in moduli, non necessitano di alimentazione di fluidi e richiedono costi di manutenzione ridotti.
Non dimentichiamo la torsione
Non tutti i carichi sono lineari. I sistemi di torsione vengono utilizzati in particolare perimpianti o componenti soggetti a rotazione. ZwickRoell offre in questo caso soluzioni sia idrauliche che elettrodinamiche. I sistemi di torsione LTM sono ideali per le coppie ridotte (ad es. 10-100 Nm), mentre le versioni servoidrauliche offrono fino a 2.500 Nm, a seconda dell’applicazione e dei requisiti della normativa.
Confronto diretto
Per facilitare la decisione, ecco una panoramica delle caratteristiche principali:
 Risonanza (vibroforo) |
| |||
|---|---|---|---|---|
| Range forza/frequenza | 10 – 2.500 kN a 100 Hz | 1.000 kN a 285 Hz | 1 – 10 kN a 100 (120) Hz | 1 – 100 kN a ca. 1 Hz |
| Torsione | Fino a 2.500 Nm | ./. | Fino a 100 Nm | ./. |
| Corsa | Fino a 400 mm | Fino a 6 mm | Fino a 60 mm | Fino a 400 mm |
| Normative tipiche | ISO 12106, ASTM E606 | DIN 50100, ASTM E466 | ISO 14801, ASTM F1717 | Utilizzo versatile |
| Applicazioni | LCF, frattura, prove rapide | HCF, resistenza alla fatica | Componente, fogli, impianti | Composito, schiuma |
| Costi operativi | Elevati (olio, manutenzione, elettricità) | Molto bassi | Low | Low |
Il software di prova corrispondente – testXpert R
Le applicazioni tipiche del software di prova testXpert R sono le prove di fatica e la determinazione dei valori caratteristici dinamici dei materiali. Per molte applicazioni, come la meccanica della frattura, la LCF, le prove di avvitamento o la biomeccanica, il software include programmi di prova standard, ma offre anche semplici programmi di prova di fatica e un graphical editor a blocchi per la definizione di prove personalizzate.
In conclusione
La selezione dell’azionamento adatto è molto più di una decisione tecnica; influisce sui costi operativi, l’accuratezza della prova, l’efficienza energetica e, non da ultimo, la competitività. Se desiderate eseguire prove in modo vantaggioso a lungo termine, non potete evitare di approfondire la tecnologia degli azionamenti. ZwickRoell offre la soluzione giusta per tutte le esigenze: dai sistemi idraulici a prestazioni elevate ai silenziosi motori lineari.
