材料試驗(yàn)機(jī)又被稱為材料拉伸試驗(yàn)機(jī)，材料拉力試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)提供使用者設(shè)定所需應(yīng)用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。今天我們就來介紹一下目前材料試驗(yàn)機(jī)的狀況及發(fā)展趨勢(shì)。

一、材料試驗(yàn)機(jī)的用途與作用

材料受載后表現(xiàn)出彈性、塑性、斷裂三個(gè)變型過程，并且在各個(gè)過程已有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）規(guī)定出相關(guān)性能的技術(shù)指標(biāo)，這些性能指標(biāo)的具體測(cè)定必須在試驗(yàn)機(jī)上來完成。試驗(yàn)機(jī)的功能和計(jì)量特性指標(biāo)是否滿足預(yù)期使用要求，是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的關(guān)鍵。材料試驗(yàn)機(jī)不僅是研究材料機(jī)械性能理論的基本手段和依據(jù)，也是企業(yè)、事業(yè)單位目前生產(chǎn)檢驗(yàn)的基本手段之一。

二、中國材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀

我國計(jì)量、質(zhì)檢檢測(cè)事業(yè)的歷史悠久，但試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)在舊中國是空白，中華人民共和國成立后，黨和政府十分重視計(jì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，采取了許多重要措施來發(fā)展儀器儀表工業(yè)。經(jīng)過五十多年的努力，我國材料試驗(yàn)機(jī)的制造，從無到有、從小到大，從單參數(shù)到多參數(shù)，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，逐步發(fā)展成初具規(guī)模，具有能生產(chǎn)靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)（如拉、壓萬能試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、松弛試驗(yàn)機(jī)、持久強(qiáng)渡試驗(yàn)機(jī)、蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)、復(fù)合應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)等）和動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)（如沖擊試驗(yàn)機(jī)和疲勞試驗(yàn)機(jī)等）的能力，有效地促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的發(fā)展。二十世紀(jì)九十年代初，我國實(shí)行了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，眾多民營企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)也和其它行業(yè)一樣，民營企業(yè)登上了試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的舞臺(tái)。近幾年，隨著國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)民營企業(yè)的不斷做強(qiáng)做大，國有企業(yè)的改制，中國的試驗(yàn)機(jī)行業(yè)由原來以國有企業(yè)為主逐步演變?yōu)橐悦駹I企業(yè)唱主角的時(shí)代。

1、機(jī)械方面：

試驗(yàn)機(jī)在我國經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面沒有太大變化，只是有些小的改進(jìn)。從產(chǎn)品外觀來看，國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相比差距較大。國外產(chǎn)品無論從造型、表面處理等方面，進(jìn)口設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備很容易就能分辨出來。從觀感、手感、質(zhì)感等方面，制造工藝非常精良。國內(nèi)廠家生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)，都顯粗糙。所以國內(nèi)的廠家想在這方面趕上國外試驗(yàn)機(jī)廠家，還需進(jìn)一步努力。

2、材料試驗(yàn)機(jī)夾具方面

（1）材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展方向是由制樣檢測(cè)向制品（即成品、半成品）檢測(cè)方向發(fā)展，這就要求與之相適應(yīng)的夾具由原來用于標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)的夾具向用于成品檢測(cè)的夾具發(fā)展。

（2）夾具的使用向高效率、低勞動(dòng)強(qiáng)度的方向發(fā)展。過去的夾具一般采用機(jī)械鎖緊，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。隨著工作環(huán)境的改善，及大批量試驗(yàn)（生產(chǎn)流水線隨機(jī)抽檢的）需要，夾具的夾緊方式由原來的機(jī)械夾緊向氣壓夾緊、液壓夾緊等方向發(fā)展。

（3）全自動(dòng)夾具：從試樣尺寸測(cè)量到裝夾，再到開始試驗(yàn)，最后出測(cè)試報(bào)告一次完成。此類夾具僅適用于大批量的相同試樣或成品的測(cè)試和檢驗(yàn)。

（4）高低溫環(huán)境試驗(yàn)的增多，使用于高低溫的夾具種類增多。高低溫環(huán)境試驗(yàn)的增多，給夾具的設(shè)計(jì)增加了難度。我們知道高溫拉伸試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定：圓試樣用螺紋，板試樣上有孔。由于連接方式固定，所以夾具的設(shè)計(jì)較為簡單。但高低溫試驗(yàn)卻不同，它一般是在高低溫箱中做試驗(yàn)，它的試樣一般標(biāo)距短（一般為常溫試樣）。這樣一來夾具就必須裝在高低溫箱內(nèi)，高低溫試驗(yàn)一般由于試驗(yàn)機(jī)行程受限制（試驗(yàn)機(jī)在裝標(biāo)準(zhǔn)夾具時(shí)行程），這就要求夾具體積小，又要滿足試驗(yàn)力，又要耐高溫、低溫，一般比較難設(shè)計(jì)。

（5）連續(xù)試驗(yàn)夾具增多。由于過去一般是制樣檢測(cè)，試樣的拉伸、壓縮是分開進(jìn)行的（即拉伸、壓縮是用不同的夾具進(jìn)行的），而現(xiàn)在成品檢測(cè)越來越多，試樣在同一次試驗(yàn)中又要受拉伸，又要受壓縮，又要有高的效率，只能用同一種夾具既做拉伸又做壓縮。

（6）特殊行業(yè)用試驗(yàn)夾具增多。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新興的行業(yè)對(duì)試驗(yàn)機(jī)夾具提出了新的要求，例如要求夾具結(jié)構(gòu)小、無磁性，耐腐蝕（在溶液中做試驗(yàn)）等。

3、測(cè)控系統(tǒng)：

試驗(yàn)機(jī)的測(cè)控技術(shù)一直都落后于國外，近幾年經(jīng)過國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)各廠家不斷努力，取得了較大突破，控制器采用一系列的新技術(shù)，即DSP平臺(tái)；基于神經(jīng)元自適應(yīng)PID算法全數(shù)字、三閉環(huán)（力、變形、位移）控制系統(tǒng)；8通道24位A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及USB1.1通訊等。DCS-200所用的DSP平臺(tái)技術(shù)是世界上第三家采用此技術(shù)的試驗(yàn)機(jī)廠家，也是世界上最早把USB通訊技術(shù)運(yùn)用到試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域的生產(chǎn)企業(yè)。在DCS-200成功推出后，國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)用戶紛紛放棄國外的控制器，同時(shí)也促進(jìn)國內(nèi)其它試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)新控制器的積極研發(fā)，由此突破了試驗(yàn)機(jī)控制的技術(shù)難關(guān)，推動(dòng)了國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展。

在測(cè)控系統(tǒng)方面，我國采用的某些技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平，但有些關(guān)鍵技術(shù)和部件制造還是受到一些因素的制約。如能采用世界頂級(jí)的HBM等公司的力傳感器，則力值測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性將進(jìn)一步得到保證，其準(zhǔn)確度等級(jí)也將得到更大的提高。

4、軟件方面：

現(xiàn)在國內(nèi)的試驗(yàn)機(jī)廠家的試驗(yàn)軟件，有自己開發(fā)，也有引進(jìn)國外公司的，有的功能簡單但操作方便，有的功能強(qiáng)大但操作略顯復(fù)雜。我國的試驗(yàn)機(jī)從功能性、適用性等方面都緊隨國外試驗(yàn)機(jī)行業(yè)，功能更強(qiáng)大、操作更人性化，獲得了國內(nèi)廣大用戶的一致好評(píng)，其中很多功能在其它廠家的試驗(yàn)機(jī)上，都可以得到實(shí)現(xiàn)。軟件還需要在功能、操作性、穩(wěn)定性考核等方面下功夫，進(jìn)一步完善，特別要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)定或驗(yàn)證。

5、試驗(yàn)機(jī)配套器件：

如試樣變形測(cè)量系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)采用最多用皮筋?yuàn)A緊方式，夾持十分不便，但它的計(jì)量技術(shù)特性基本滿足使用要求。國內(nèi)還有幾個(gè)單位生產(chǎn)的引伸計(jì)其計(jì)量特性也基本相同。目前國際上，應(yīng)屬德國茲威克（ZWICK）公司的試驗(yàn)機(jī)所配的全自動(dòng)引伸計(jì)最為先進(jìn)，居世界領(lǐng)先地位。其特點(diǎn)是減小人為誤差、測(cè)量結(jié)果的不確定度，這是發(fā)展趨勢(shì)。還有試樣夾頭、高溫爐、環(huán)境箱等，就不一一細(xì)說了?？傊囼?yàn)機(jī)配套器件方面要趕上世界領(lǐng)先水平，還需要我國從事試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的人們付出更多的心力。

三、中國材料試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展思路

由于試驗(yàn)機(jī)夾具使用的特殊性，以及新材料的不斷出現(xiàn)，夾具的設(shè)計(jì)一直處在被動(dòng)的局面。我們每天都會(huì)碰到新材料，需要設(shè)計(jì)新的夾具。我們只有總結(jié)過去的成功經(jīng)驗(yàn)，來順應(yīng)新的發(fā)展趨勢(shì)。

對(duì)拉力試驗(yàn)機(jī)夾具好壞的判定很難界定，由于夾具結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)一種夾具，有時(shí)我們很難確定它到底更適合那種試樣，通常從以下三點(diǎn)來判斷：

1、夾具是否使用方便、安全；

2、夾持是否可靠，不能有打滑現(xiàn)象；

3、做試驗(yàn)過程中，試樣斷點(diǎn)好。數(shù)據(jù)離散性小。（即試樣不斷鉗口、鉗口內(nèi)、平行段或標(biāo)距外）而有幾種類型的材料，有與本身的特性及適用的環(huán)境特殊，目前為止，解決的辦法并不多。

a、鋼絲、鋼絞線由于試樣硬度高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，在拉伸試驗(yàn)過程中受力不均勻，夾持試樣的鉗口易磨損等原因，夾具一直未得到好的解決。過去是夾鋁箔來做，一次試驗(yàn)就耗費(fèi)四片鋁箔，浪費(fèi)太大?，F(xiàn)在采用了噴涂金剛砂的拉力試驗(yàn)機(jī)夾具，打滑問題解決了，但斷口位置始終未能理想，10根試樣只能成功一半左右。

b、對(duì)于變形量大的材料由于變形過大，所以夾持困難，夾具的設(shè)計(jì)也是一個(gè)難點(diǎn)。

c、對(duì)于需要在高溫環(huán)境下做的試驗(yàn)，夾具的要求也很高，既要耐高溫，又要不變形，體積要小，所以一般的試驗(yàn)機(jī)廠家來說，也是很難搞定的事情。

d、對(duì)于批量大，高頻率的試驗(yàn)來說，國外普遍采用全自動(dòng)夾持，對(duì)與國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)廠家來說，還是個(gè)新的課題。

e、對(duì)與成品及半成品的檢測(cè)，需要的夾具則是五花八門，如何個(gè)性化滿足客戶要求，對(duì)所有試驗(yàn)機(jī)廠家來說，都是一個(gè)挑戰(zhàn)。