材料试验机的发展现状与趋势

材料试验机又被称为材料拉伸试验机，材料拉力试验机，试验机提供使用者设定所需应用的测试标准设定。今天我们就来介绍一下目前材料试验机的状况及发展趋势。

一、材料试验机的用途与作用

材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变型过程，并且在各个过程已有相关技术标准（规范）规定出相关性能的技术指标，这些性能指标的具体测定必须在试验机上来完成。试验机的功能和计量特性指标是否满足预期使用要求，是材料机械性能试验的关键。材料试验机不仅是研究材料机械性能理论的基本手段和依据，也是企业、事业单位目前生产检验的基本手段之一。

二、中国材料试验机的现状

我国计量、质检检测事业的历史悠久，但试验机制造行业在旧中国是空白，中华人民共和国成立后，党和政府十分重视计量检测技术的发展，采取了许多重要措施来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国材料试验机的制造，从无到有、从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。二十世纪九十年代初，我国实行了市场经济，众多民营企业应运而生。试验机制造行业也和其它行业一样，民营企业登上了试验机行业的舞台。近几年，随着国内试验机民营企业的不断做强做大，国有企业的改制，中国的试验机行业由原来以国有企业为主逐步演变为以民营企业唱主角的时代。

1、机械方面：

试验机在我国经历半个世纪的发展，在机械结构方面没有太大变化，只是有些小的改进。从产品外观来看，国内产品与国外产品相比差距较大。国外产品无论从造型、表面处理等方面，进口设备和国产设备很容易就能分辨出来。从观感、手感、质感等方面，制造工艺非常精良。国内厂家生产的试验机，都显粗糙。所以国内的厂家想在这方面赶上国外试验机厂家，还需进一步努力。

2、材料试验机夹具方面

（1）材料试验机的发展方向是由制样检测向制品（即成品、半成品）检测方向发展，这就要求与之相适应的夹具由原来用于标准试样试验的夹具向用于成品检测的夹具发展。

（2）夹具的使用向高效率、低劳动强度的方向发展。过去的夹具一般采用机械锁紧，费时费力，劳动强度大，效率低。随着工作环境的改善，及大批量试验（生产流水线随机抽检的）需要，夹具的夹紧方式由原来的机械夹紧向气压夹紧、液压夹紧等方向发展。

（3）全自动夹具：从试样尺寸测量到装夹，再到开始试验，最后出测试报告一次完成。此类夹具仅适用于大批量的相同试样或成品的测试和检验。

（4）高低温环境试验的增多，使用于高低温的夹具种类增多。高低温环境试验的增多，给夹具的设计增加了难度。我们知道高温拉伸试验国家标准都有规定：圆试样用螺纹，板试样上有孔。由于连接方式固定，所以夹具的设计较为简单。但高低温试验却不同，它一般是在高低温箱中做试验，它的试样一般标距短（一般为常温试样）。这样一来夹具就必须装在高低温箱内，高低温试验一般由于试验机行程受限制（试验机在装标准夹具时行程），这就要求夹具体积小，又要满足试验力，又要耐高温、低温，一般比较难设计。

（5）连续试验夹具增多。由于过去一般是制样检测，试样的拉伸、压缩是分开进行的（即拉伸、压缩是用不同的夹具进行的），而现在成品检测越来越多，试样在同一次试验中又要受拉伸，又要受压缩，又要有高的效率，只能用同一种夹具既做拉伸又做压缩。

（6）特殊行业用试验夹具增多。随着科学技术的发展，一些新兴的行业对试验机夹具提出了新的要求，例如要求夹具结构小、无磁性，耐腐蚀（在溶液中做试验）等。

3、测控系统：

试验机的测控技术一直都落后于国外，近几年经过国内试验机行业各厂家不断努力，取得了较大突破，控制器采用一系列的新技术，即DSP平台；基于神经元自适应PID算法全数字、三闭环（力、变形、位移）控制系统；8通道24位A/D数据采集系统及USB1.1通讯等。DCS-200所用的DSP平台技术是世界上第三家采用此技术的试验机厂家，也是世界上最早把USB通讯技术运用到试验机领域的生产企业。在DCS-200成功推出后，国内试验机用户纷纷放弃国外的控制器，同时也促进国内其它试验机生产企业对新控制器的积极研发，由此突破了试验机控制的技术难关，推动了国内试验机制造技术的发展。

在测控系统方面，我国采用的某些技术已达到世界先进水平，但有些关键技术和部件制造还是受到一些因素的制约。如能采用世界顶级的HBM等公司的力传感器，则力值测量系统的测量准确度和稳定性将进一步得到保证，其准确度等级也将得到更大的提高。

4、软件方面：

现在国内的试验机厂家的试验软件，有自己开发，也有引进国外公司的，有的功能简单但操作方便，有的功能强大但操作略显复杂。我国的试验机从功能性、适用性等方面都紧随国外试验机行业，功能更强大、操作更人性化，获得了国内广大用户的一致好评，其中很多功能在其它厂家的试验机上，都可以得到实现。软件还需要在功能、操作性、稳定性考核等方面下功夫，进一步完善，特别要对软件系统进行评定或验证。

5、试验机配套器件：

如试样变形测量系统，国内现采用最多用皮筋夹紧方式，夹持十分不便，但它的计量技术特性基本满足使用要求。国内还有几个单位生产的引伸计其计量特性也基本相同。目前国际上，应属德国兹威克（ZWICK）公司的试验机所配的全自动引伸计最为先进，居世界领先地位。其特点是减小人为误差、测量结果的不确定度，这是发展趋势。还有试样夹头、高温炉、环境箱等，就不一一细说了。总之，试验机配套器件方面要赶上世界领先水平，还需要我国从事试验机行业的人们付出更多的心力。

三、中国材料试验机行业的发展思路

由于试验机夹具使用的特殊性，以及新材料的不断出现，夹具的设计一直处在被动的局面。我们每天都会碰到新材料，需要设计新的夹具。我们只有总结过去的成功经验，来顺应新的发展趋势。

对拉力试验机夹具好坏的判定很难界定，由于夹具结构的特殊性，对一种夹具，有时我们很难确定它到底更适合那种试样，通常从以下三点来判断：

1、夹具是否使用方便、安全；

2、夹持是否可靠，不能有打滑现象；

3、做试验过程中，试样断点好。数据离散性小。（即试样不断钳口、钳口内、平行段或标距外）而有几种类型的材料，有与本身的特性及适用的环境特殊，目前为止，解决的办法并不多。

a、钢丝、钢绞线由于试样硬度高，内部结构相对松散，在拉伸试验过程中受力不均匀，夹持试样的钳口易磨损等原因，夹具一直未得到好的解决。过去是夹铝箔来做，一次试验就耗费四片铝箔，浪费太大。现在采用了喷涂金刚砂的拉力试验机夹具，打滑问题解决了，但断口位置始终未能理想，10根试样只能成功一半左右。

b、对于变形量大的材料由于变形过大，所以夹持困难，夹具的设计也是一个难点。

c、对于需要在高温环境下做的试验，夹具的要求也很高，既要耐高温，又要不变形，体积要小，所以一般的试验机厂家来说，也是很难搞定的事情。

d、对于批量大，高频率的试验来说，国外普遍采用全自动夹持，对与国内试验机厂家来说，还是个新的课题。

e、对与成品及半成品的检测，需要的夹具则是五花八门，如何个性化满足客户要求，对所有试验机厂家来说，都是一个挑战。