Lực Nén Là Gì? Cách Kiểm Tra Lực Nén Vật Liệu Hiệu Quả - Đơn Giản

MÁY KIỂM TRA LỰC NÉN

Việc kiểm tra độ nén được thực hiện trên các máy kéo nén vạn năng, còn được gọi là máy kiểm tra độ bền kéo hoặc máy thử nghiệm kéo đứt. Những thiết bị này có thể cấu tạo gồm 2 dạng

• Dạng một cột đơn: dùng cho các bài thử nghiệm với tải nhỏ (vài kN)
• Dạng hai cột: dùng cho các thử nghiệm cần tải lớn (vài chục kN đến vài nghìn kN)

Trên mỗi thiết bị đều được trang bị cảm biến lực để đo giá trị độ lớn của lực, phần mềm để điều chỉnh các thông số cài đặt và các phụ kiện liên quan cho quá trình đo lực nén. 

1. Khung Tải (Load Frame):

Như đã đề cập ở trên, phần khung tải của máy kiểm tra lực kéo sẽ gồm 02 dạng chính là dạng một và hai cột tùy vào khả năng tải lực của thiết bị. Khung tải được làm bằng vật liệu chất lượng để cung cấp sự ổn định cần thiết trong quá trình thử nghiệm

2. Phần Mềm Thử Nghiệm (Software):

Phần mềm sẽ cho phép người vận hành cấu hình phương pháp thử nghiệm, chỉ số thử nghiệm và xuất kết quả. Các hãng sản xuất uy tín sẽ cung cấp các giao diện thân thiện với người dùng để kiểm soát các thông số thử nghiệm và thu thập dữ liệu

3. Cảm biến lực (Load Cell):

Cảm biến lực là một bộ chuyển đổi dùng để đo giá trị của lực tác dụng lên mẫu thử. Các cảm biến lực cao cấp có độ chính xác đến 1/1000 công suất của cảm biến lực 

4. Tấm nén và đồ gá (Grip & Fixture)

Các tấm nén và đồ gá thường có sẵn để chứa các mẫu thử có vật liệu, hình dạng và kích thước khác nhau. Các tấm nén là bề mặt phẳng được sử dụng để truyền tải lực nén lên mẫu thử. Chúng thường được làm từ vật liệu cứng và có khả năng chống mài mòn, như thép tôi. Kích thước và hình dạng của tấm nén được lựa chọn để phù hợp với hình dạng và kích thước của mẫu thử, đồng thời đảm bảo phân phối lực đồng đều.

Ngoài tấm nén, các bộ gá nén khác cũng có thể được sử dụng để thử nghiệm các loại mẫu cụ thể. Ví dụ, các đồ gá đặc biệt có thể được sử dụng để kiểm tra độ bền nén của các thành phần kết cấu phức tạp hoặc các vật liệu có hình dạng không đều.

Việc lựa chọn tấm nén và đồ gá nén phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo kết quả thử nghiệm chính xác và đáng tin cậy.

Các bài kiểm tra nén được áp dụng ở đâu?

Không giống như các thử nghiệm kéo, thường được sử dụng để xác định các đặc tính kéo của một vật liệu cụ thể, các thử nghiệm nén thường được thực hiện trên các sản phẩm hoàn chỉnh. 

Một số sản phẩm phổ biến như bóng tennis, bóng golf, chai nước, hộp bảo vệ, ống nhựa và đồ nội thất đều là những ví dụ về các sản phẩm cần được đánh giá về độ bền nén. 

Ví dụ: các nhà phát triển sản phẩm muốn tiết kiệm nhựa bằng cách tạo ra chai nước có thành mỏng hơn, nhưng chai vẫn phải đủ cứng để chống chịu lực khi được đóng gói trong pallet và xếp chồng lên nhau để vận chuyển. Thử nghiệm nén có thể giúp các kỹ sư R&D tinh chỉnh sự cân bằng giữa độ bền của sản phẩm và bảo tồn vật liệu.

Ngành hàng không vũ trụ và ô tô

Hàng không vũ trụ và ô tô là ngành nghề mà thử nghiệm nén được sử dụng khá rộng rãi. Thiết bị được sử dụng để đo cường độ nén của vật liệu được sử dụng trong các thành phần động cơ, thành phần cấu trúc và các bộ phận chịu lực quan trọng khác.

Ví dụ: trong ngành hàng không vũ trụ, thử nghiệm nén được sử dụng để kiểm tra độ bền của vật liệu được sử dụng trong sản xuất cánh máy bay, thân máy bay và các bộ phận khác của động cơ. Trong ngành công nghiệp ô tô, thử nghiệm nén được sử dụng để kiểm tra độ bền của vật liệu được sử dụng trong sản xuất khối động cơ, trục khuỷu, lò xo, vỏ xe…

Ngành xây dựng

Trong ngành xây dựng, các thử nghiệm nén được sử dụng để xác định cường độ nén của bê tông, xi măng và các vật liệu xây dựng khác. Các thử nghiệm này rất quan trọng để đảm bảo rằng các vật liệu xây dựng đáp ứng các tiêu chuẩn về cường độ yêu cầu và có thể chịu được trọng lượng và áp suất của kết cấu. 

Thử nghiệm nén cũng được sử dụng để đo cường độ uốn của tấm lợp, tấm cách nhiệt và vật liệu tấm để xây dựng và để thực hiện các thử nghiệm thâm nhập cho tấm thạch cao, đường ống và bê tông phun.

Ngành công nghiệp mỹ phẩm

Đo lực nén cũng là bài kiểm tra được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp mỹ phẩm chủ yếu được sử dụng để kiểm tra 

Thử nghiệm nén là một phần quan trọng của ngành công nghiệp mỹ phẩm và được sử dụng theo những cách sau:

• Kiểm tra độ nén của vòi xịt, bơm mỹ phẩm ra khỏi chai
• Kiểm tra độ bền, độ cứng của son môi, son dưỡng môi và bút kẻ mắt.
• Độ bền của phấn mắt và phấn phủ khi nén chặt.
• Đo lường công suất cần thiết để phân phối kem và sữa dưỡng thể từ chai và túi.

Ngành Điện và Điện tử

Trong ngành điện và điện tử, các bài kiểm tra lực nén được sử dụng để kiểm tra độ bền nén của chất cách điện, đầu nối, màn hình LCD, bàn phím và các thành phần khác. Các thử nghiệm này rất quan trọng để đảm bảo rằng các linh kiện, thành phần có thể chịu được áp suất và trọng lượng của các thành phần và thiết bị khác mà không bị vỡ hoặc xuống cấp theo thời gian.

Ngành thiết bị y tế

Một số ứng dụng của máy đo lực nén được sử dụng trong ngành y tế có thể kể đến như

• Kiểm tra độ uốn cong ba điểm của kim.
• Thử nghiệm lực tác động của bình xịt định lượng và kim tiêm thuốc.
• Kiểm tra độ sắc bén của dao mổ và kim, lực đâm
• Đánh giá lực đẩy, tốc độ di chuyển của ống kim tiêm dưới lực tác động khác nhau

Ngành công nghiệp bao bì

Bao bì là vật liệu giúp chống chịu các lực tác động từ bên ngoài để đảm bảo chất lượng của sản phẩm bên trong. Do đó, đây cũng là một trong những ngành mà máy đo lực nén được sử dụng khá rộng rãi. Thiết bị thường được dùng để kiểm tra độ bền của các loại bìa cứng, bìa carton, các loại bao bì giấy, nhựa, PE… để kiểm tra khả năng chịu được trọng lượng và áp suất của bao bì chống lại rủi ro bị vỡ, rách

Ngành công nghiệp nhựa, cao su và chất đàn hồi

Đo lực nén góp mặt trong khá nhiều bài kiểm tra chất lượng ngành cao su, nhựa và chất đàn hồi để xác định đặc tính uốn của polyme bằng cách sử dụng thử nghiệm uốn ba điểm. 

Ngành An toàn, Sức khỏe, Thể dục và Giải trí

• Một số ứng dụng của thử nghiệm nén trong ngành an toàn, sức khỏe, thể dục và giải trí bao gồm:
• Kiểm tra hiệu quả của bóng tennis, bóng golf và bóng cricket.
• Kiểm tra độ nén của dây an toàn ghế ô tô.

Những phương pháp kiểm tra lực nén

Kiểm tra độ Uốn/Cong (Flexure/Bend)

Kiểm tra uốn còn được gọi là kiểm tra bẻ cong, đây là một dạng thử nghiệm nén phổ biến mà bạn có thể sử dụng để đo độ bền hoặc độ cứng của các vật liệu dưới tác động của tải trọng. Thí nghiệm thường được sử dụng để kiểm tra các loại vật liệu chịu lực như kim loại, nhựa, gốm hoặc các vật liệu composite.

Thử nghiệm uốn được thực hiện bằng cách cố đinh hai đầu của mẫu vật, sau đó sẽ dùng máy kéo nén vạn năng để tác động áp lực lên một điểm bất kỳ giữa mẫu theo phương vuông góc với mẫu khiến mẫu bị uốn cong. Các giá trị như độ lớn lực tác động, độ võng, độ biến dạng của mẫu sẽ được ghi lại

Trong thử nghiệm này, vật liệu chịu cả ứng suất nén và ứng suất kéo. Mặt trong của mẫu thử nghiệm chịu ứng suất nén, trong khi mặt ngoài chịu ứng suất kéo.

Kiểm tra lò xo (Spring Testing)

Kiểm tra lò xo hay còn gọi là thử nghiệm độ nén của lò xo thường được dùng để kiểm tra đặc tính hoạt động của hầu hết các loại lò xo, phuộc xe… Trong thí nghiệm này lò xo được cố định trên bàn giữ mẫu trong thử nghiệm nén đến khi tất cả cuộn dây chạm vào nhau, sau đó sẽ xác định các giá trị

• (Solid Height): Chiều cao của lò xo khi được nén hoàn toàn (khi bị ép lại tối đa)
• Tải trọng tối đa (Maximum Load): độ lớn lực cần thiết để nén hoàn toàn lò xo.
• (Free Length): Chiều dài của lò xo khi không có lực tải.
• Hệ số đàn hồi của lò xo (Spring Rate): Lượng lực cần thiết để nén lò xo một khoảng cách nhất định.

Kiểm tra lực nghiền (Top-load/Crush)

Thử nghiệm lực nghiền được thực hiện bằng cách tác dụng một lực theo hướng từ trên xuống lên mẫu vật để đo lường khả năng chịu lực của mẫu cho đến khi nó bị nghiền nát. Thử nghiệm này có thể thực hiện để kiểm tra bất kỳ loại mẫu nào tuy nhiên nó thường được sử dụng trong ngành công nghiệp bao bì, đóng gói để kiểm tra trả năng chống chịu lực của hộp