什麼是拉伸試驗機？
拉伸測試機亦稱為拉力機或萬能試驗機（UTM），為一種電動機械式試驗系統，透過在材料上施加拉伸力（拉力），以測定其拉伸強度與斷裂前的變形行為。
典型的拉伸試驗機由荷重元、橫樑、延伸計、試樣夾具、電子裝置及驅動系統組成。它由用於定義機器和安全設置的測試軟體所控制，並儲存由 ASTM 和 ISO 等國際標準所定義的測試參數。在整個測試過程中，記錄施加在機器上之作用力的大小及試樣的伸長量。量測將材料拉伸或拉長至永久變形或破斷點所需的作用力，有助於設計人員及製造商預測材料在實現其預期目的時的表現。
ZwickRoell 的拉伸試驗機系列包括 zwickiLine、ProLine、AllroundLine 以及 E 系列（適用於 330 kN 以上的大測試載荷拉伸試驗機），皆依據客戶需求量身打造，涵蓋試驗能力、材料類型、應用領域及產業標準，例如用於金屬材料的 ASTM E8、用於塑膠的 ASTM D638、用於彈性體的 ASTM D412 等多項標準。除了整體的系統安全性及可靠性外，ZwickRoell 在設計與製造每台萬能試驗機時，亦著重於提供以下特點：
- 高度靈活、易於操作，
- 簡單適應客戶和標準的特定要求
- 符合未來需求的擴充能力
拉伸試驗機的典型元件為何？
- 荷重元（1）
荷重元會將拉伸力轉換為可測量的電訊號。ZwickRoell 荷重元不僅保證產品的高品質，且能與我們所有的機器元件完美相容。 - 延伸計 （2）
延伸計是一種用來測量試樣應變的裝置，也稱為應變測量。在拉伸測試中進行應變測量，幾乎為所有標準中所規範要求的（如 ASTM 和 ISO）。 - 試樣夾具（3）
試樣夾具提供試樣與拉伸試驗機之間的機械連接。其作用為橫樑的移動傳遞至試樣，並將試樣中產生的測試力傳遞至荷重元。 - 移動橫樑（4）
移動橫樑基本上為受到控制而向上或向下移動的橫樑。在拉伸測試中，試驗機的橫樑速度與試樣的應變率直接相關。 - 電子裝置（5）
電子裝置系統負責控制拉伸試驗機的各個可移動部件。利用伺服控制器（馬達、回授裝置及和控制器）中的微處理器，控制橫樑的速度以及因而產生的加載速率。 - 軟體（7）
我們的測試軟體是一套用戶友善的 Windows 系統解決方案，採用精靈式操作導引，使用者可輕鬆設定試驗系統、配置並執行試驗流程，並顯示試驗結果。 - 驅動系統 （6）
驅動系統為拉伸試驗機的馬達提供不同等級的功率與頻率，以間接控制馬達的轉速及扭矩。
ZwickRoell拉伸試驗機的所有元件在設計上皆可無縫地搭配運作。
自動化拉伸測試
針對自動拉伸測試，試驗機配備自動化測試系統，可從儲存盒中取出試樣並將其插入試驗機的試樣夾具中。此外，根據試驗需求，還可連接 2D 條碼讀取器、橫截面測量裝置，或硬度計、粗糙度測量系統等設備。自動拉伸測試系統亦會進行試樣殘留物的廢棄處置。
自動化試驗系統帶來的效益適用於大批量與小批量的測試序列：
- 到目前為止，自動拉伸測試主要應用於試樣處理量較大的實驗室。這套全自動拉伸試驗系統可全天候運行，即使在輪值夜班或週末無需操作人員在場情況下，亦能維持穩定且高效的測試流程。
- 即使是僅約 10 件試樣的小批量測試，導入自動化拉伸試驗系統也能帶來顯著效益。透過使用簡易型自動化拉伸試驗系統，能減輕實驗室專業人員的例行性工作負擔，讓他們能專注於更具挑戰性的任務。
全自動拉伸試驗可避免操作人員的人為影響，例如因手部接觸產生的熱能，或試樣在試驗裝置上的偏斜夾持等問題。這將能大幅提升測試結果的準確性與可再現性，進而顯著提高試驗品質。
ZwickRoell 是全球材料試驗領域的領導品牌，在自動拉伸試驗方面擁有深厚的專業技術與豐富經驗。我們已在全球交付安裝超過 600 套自動化測試系統，並且每年持續新增約 40 套系統。我們以能為每位客戶獨特的需求找到合適的試驗解決方案為傲，並搭配長期服務與支援合作夥伴關係為後盾，提供客製化方案。
若您希望了解最適合您測試需求的自動化拉伸試驗解決方案，歡迎聯繫我們的團隊。
什麼是拉伸測試？
拉伸測試為一種用來測定材料在受拉力（拉伸）作用下反應的試驗方法。進行拉伸試驗時，可直接測得的材料性質包括：拉伸強度、最大延伸量以及斷面收縮率。這些測量結果亦可用來判定以下特性：楊氏模數、變形（泊松比）、降伏點以及硬化特性。
- 拉伸強度 — 指材料在斷裂前所能承受的最大拉伸應力
- 最大延伸率 — 指材料在破壞前所能達到的最大伸長量
- 面積縮減率 — 比較試樣斷裂前的初始橫截面積與完全斷裂後的最小橫截面積。這可作為材料在拉伸載荷下變形程度的指標。
- 楊氏模數 — 本質上是材料剛性的表徵。也就是說，它表示材料被彎曲或拉伸的難易程度：
- 楊氏模數 = 應力 / 應變
- 應力 = 施加的力 / 橫截面積
- 應變 = 長度變化 / 原始長度
- 泊松比 — 拉伸力方向上寬度變化與長度變化的比值。
- 降伏點 — 彈性材料在發生永久變形之前可承受的最大拉伸應力。
- 應變硬化特性 — 會在材料拉伸至超過當材料被拉伸超過降伏點時，會產生應變硬化現象。應變硬化可提升材料的機械強度與硬度，但會降低其延展性。製造商可利用這些資訊，選擇同時符合延展性要求並具備最高強度的材料。
在拉伸測試過程中獲得的數據可以繪製成圖表，以建立應力-應變曲線。
應力-應變圖中顯示，在降伏點之後，曲線可能呈現高應變硬化（1）或極低應變硬化（2）的趨勢。
從 塑膠與複合材料，到汽車、食品與飲料業，以及高度受規範的醫療及製藥產業的各行各業製造商，皆使用拉伸測試設備執行符合產業標準的測試，以準確量測其材料的特性，確保符合相關標準，並最終保障產品的品質與安全。
拉伸強度試驗的一般標準
ASTM及ISO是材料測試的兩個共同標準。以下為一些最常用的拉伸測試標準：
- 金屬—ASTM E8／ASTM E21／ISO 6892-1／ISO 6892-2
- 塑膠—ASTM D638／ISO 527-2
- 橡膠及彈性體—ASTM D412／ISO 37
- 複合材料 - ASTM D3039 / ISO 527-4/-5
選擇拉伸試驗機時應注意哪些要點？
除了測試結果的品質與可靠性、成本與應用需求之外，選擇試驗設備時還有許多其他因素需要考量：
- 靈活性 — 能夠涵蓋廣泛材料與負荷範圍的試驗能力，並具備配件整合性與便捷切換功能，這些配件是依據各產業標準、材料類型與應用需求所設計。此外，試驗機可選擇是否需要搭配電腦操作，以及具備機械模組化的設計，讓試驗機可搭配多種測試治具及試樣夾具進行擴充及客製化調整，這些特性皆有助於提高試驗機的整體靈活性。
- 安全性 — 拉伸試驗機的安全性至關重要，涵蓋從實體安全設計（如外部安全門、安全防護罩、安全聯鎖裝置與限位開關），到軟體層面的系統監控與使用者管理等多方面的保障。ZwickRoell 致力於在設計測試系統時，將操作人員與機器的安全性放在首位。
- 操作便利性 — 關鍵在於選擇一套在設計與操作上都具備高水準的試驗系統，同時讓操作人員能夠輕鬆安裝測試治具、設定試驗配置、執行試驗程式、進行試驗並評估結果。
- 適應性 — 市場發展與標準規範要求持續變化與演進。在選擇拉伸試驗機時，應先確保您的試驗機可因應未來的變化 — 從配件、治具，到電子元件裝置與軟體程式等皆具備相容性與擴充性。
- 軟體 — 測試軟體的設計旨在簡化操作流程，確保試驗配置的一致性並符合標準要求。我們的測試軟體是根據使用者與實驗室工作流程為核心所開發。
- 自動化 — 材料測試中自動化的應用日漸增加，主要是因為即使是最微小的干擾，也可能會改變量測值的情況。ZwickRoell 提供多種材料測試自動化的解決方案。測試系統的範圍涵蓋從實驗室中使用協作型自動測試系統的小批量高效自動化測試，到能夠全天候運作的全自動測試實驗室。
- 服務與支援 — ZwickRoell 提供全方位的客製化服務與支援，涵蓋試驗機整個生命週期的每個階段。我們提供專業的校正服務、預防性維護保養與檢查、培訓課程、試驗機遷移服務、合規驗證服務、客服專線及客戶支援，並保證在產品停產後至少 10 年內仍可提供備品。
- 企業穩定性 — ZwickRoell 的歷史可追溯至 160 多年前。我們引以為傲的是，擁有 187 位產品與產業專家、347 位服務人員，以及我們的機器每年執行超過 8,000 萬次測試的穩固基礎。
