Macchina universale – Principi

La macchina di prova cosiddetta “universale” (anche se spesso conosciuta semplicemente come macchina di trazione), può essere considerata come una degli strumenti più importanti per la caratterizzazione dei materiali, sia a scopo di ricerca, sia per la verifica dei prodotti di produzione.

Il termine “universale” si riferisce alla grande variabilità di prove che questa macchina ci consente di effettuare, grazie alla flessibilità consentità dalla possibilità di utilizzare accessori specifici per le più disparate esigenze.

Essenzialmente queste macchine consentono di applicare forze controllate, offrendo la possibilità di esplorare il comportamento del materiale sottoposto a sollecitazioni.

Esistono varie tipologie, in base al principio di funzionamento (idraulico, elettromeccanico, e più raramente pneumatico) e alle caratteristiche costruttive (a una, due o più colonne, a cilindro centrale, ecc.).

La prima differenziazione riguarda tuttavia le diverse forze sviluppabili dalla macchina, che possono variare da qualche centinaio di N fino a 1000 o più kN. E’ piuttosto raro imbattersi in macchine di trazione, cioè che non facciano anche altre tipologie di prove.

Gli elementi principali della macchina di prova universale sono:

Il telaio, che, a fronte di possibili differenze tra costruttori e tipologie, dovrà essere comunque estremamente rigido, privo di giochi o impuntamenti nel movimento, oltre che ovviamente dimensionato per sopportare le forze in gioco. Non per ultimo, dovrà consentire l’alloggiamento di teste e accessori, mantenendo comunque un sufficiente spazio di lavoro.

La cella di carico o il trasduttore di pressione, fondamentale per controllare e misurare la forza che verra applicata al provino. Ovviamente uno strumento di portata maggiore avrà minore bontà di misura ai carichi bassi, quindi una grossa cella da 800 kN non sarà utilizzabile per verificare fili sottili, operando al di fuori del range di utilizzo ottimale della cella.

Gli strumenti per la misura dello spostamento della traversa. in genere un encoder, consente di controllare il movimento e la velocità con maggior precisione rispetto agli encoder che possono essere inclusi nel motore della macchina.

I componenti fondamentali per la sicurezza dell’operatore e per la protezione della macchina, ovvero il pulsante di arresto (il “fungo” rosso che interrompe l’alimentazione al motore) e i fine corsa meccanici.

L’ interfaccia utente, assente nelle macchine più datate e semplici (che possiedono solo pochi tasti o valvole di regolazione), è elemento importante su quelle più recenti. In genere si ha una tastiera o uno schermo touch screen per controllare le funzioni principali, delegando ad un pc con specifico software lo svolgimento delle operazioni più  complesse e strutturate.

Le teste di afferraggio, i piatti di compressione, i banchi di flessione, ecc., cioè tutti gli accessori che permettono di trasferire la forza sul campione, operando secondo le specifiche normative che possono descrivere la prova.

Gli estensometri e i contrattimetri, per misurare le deformazioni del provino, e valutare le grandezze ad esse correlate (ad esempio i limiti di snervamento convenzionale). Non sono strettamente necessari, anche se in molti casi è la normativa a richiederli tassativamente. La deformazione lineare di un provino sottoposto a trazione non può essere valutata utilizzando l’encoder della traversa, in quanto la misura ottenuta è inquinata da fattori esterni all’elongazione del campione (eventuali giochi nella struttura e negli afferraggi, deformazione del telaio, scivolamenti del provino nelle morse…).