黃健明

（廣東省江門市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 江門 529000）

洛氏硬度計(jì)具有測(cè)量范圍廣、操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，并且可在指示表上直接讀取硬度值， 是目前測(cè)量金屬、塑料等材料硬度的主要手段。工業(yè)生產(chǎn)中很多工件都需要以洛氏值為標(biāo)準(zhǔn)。雖然洛氏硬度計(jì)結(jié)構(gòu)及操作簡(jiǎn)單，但儀器使用不當(dāng)或操作不對(duì)也將造成硬度值精度出現(xiàn)誤差，被測(cè)的工件硬度值錯(cuò)誤，直接導(dǎo)致的結(jié)果就是一批工件不合格報(bào)廢，讓企業(yè)蒙受巨大的損失。筆者根據(jù)多年洛氏硬度計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一下洛氏硬度計(jì)計(jì)量校準(zhǔn)誤差的環(huán)節(jié)及出現(xiàn)誤差后的處理方法。

表1 硬度數(shù)值的影響因素

1 洛氏硬度計(jì)直接校準(zhǔn)與間接校準(zhǔn)結(jié)果不一致的原因分析

《洛氏硬度計(jì)檢定規(guī)程》以及用金屬材料檢測(cè)洛氏硬度的實(shí)驗(yàn)可以得出，如果一一校對(duì)循環(huán)時(shí)間、壓痕裝置的主軸位移等各項(xiàng)指標(biāo)，得出的結(jié)果都與規(guī)程中所涉及的方法相符合。如果洛氏硬度的標(biāo)尺高硬度值是60±2，中硬度值是45±2，低硬度值是30±2，將這些值間接地校對(duì)硬度計(jì)，就會(huì)有三種情況發(fā)生，這三種情況分別是：（1）標(biāo)尺的三種的硬度值不相同，但是其偏差指向都一樣。（2）高硬度值偏差正，低硬度值偏差負(fù)。（3）高硬度值正偏差，低硬度值負(fù)偏差，如果以上的二三點(diǎn)情況同時(shí)發(fā)生，那么測(cè)量杠桿后得出的數(shù)值將不是最理想的修正數(shù)值，而如果過度地修正硬度計(jì)的標(biāo)尺數(shù)值偏差，則會(huì)對(duì)洛氏數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的可靠性造成影響。表1說明了參數(shù)指標(biāo)的大小方向?qū)?shù)值精確度的影響情況。如果在校對(duì)工作過程中硬度值加減的因素同時(shí)發(fā)生，會(huì)造成完全不同的結(jié)果，這就需要對(duì)每一項(xiàng)的參數(shù)指標(biāo)都做好一定的調(diào)整，讓它們都在同一個(gè)范圍之內(nèi)，比如將偏差的數(shù)值相反的壓頭進(jìn)行更換，將負(fù)荷杠桿調(diào)整到可以改變偏差的方向，這些改變可以有效避免偏差的不協(xié)調(diào)情況。

直接和間接的校準(zhǔn)對(duì)硬度計(jì)技術(shù)和狀態(tài)的反應(yīng)完全不同。前者是為了保證部件或者是系統(tǒng)的準(zhǔn)確，而后者是保證兩者之間的協(xié)調(diào)以及配合，將硬度計(jì)的各種測(cè)試能力互相綜合。上述表1列出的因素遠(yuǎn)不能說明對(duì)硬度準(zhǔn)確數(shù)值造成影響的所有因素列表，因?yàn)槊恳粋€(gè)不同的硬度計(jì)都無法避免出現(xiàn)各種偏差，因此，調(diào)整好偏差是讓硬度計(jì)數(shù)值更為準(zhǔn)確的辦法之一。根據(jù)《洛氏硬度計(jì)檢定規(guī)程》以及做過的相關(guān)實(shí)驗(yàn)可知，并沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)是偏差標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的參數(shù)，但是在允許范圍內(nèi)的參數(shù)是根據(jù)洛氏硬度實(shí)驗(yàn)以及硬度量的數(shù)值得來的，因此硬度計(jì)的數(shù)值偏差要小于或等于上述規(guī)程中所規(guī)定的偏差數(shù)值，只有這樣，才能保證其具備很好的系統(tǒng)性，所涉及到的數(shù)值才具有比較意義。

圖1 洛氏硬度計(jì)的原理

2 自動(dòng)洛氏硬度計(jì)加荷保荷數(shù)值的變化對(duì)硬度數(shù)值的影響

系統(tǒng)的測(cè)量是有力傳感器以及位移傳感器自稱的，正如圖1，需要經(jīng)過伺服電機(jī)以及液壓系統(tǒng)所控制，才可以測(cè)量以及控制相應(yīng)的力值和位移。

在校對(duì)自動(dòng)洛氏硬度計(jì)的數(shù)值時(shí)會(huì)有幾種情況發(fā)生，首先在加荷的過程中，階段的開始屬于勻速加值，等到快接近標(biāo)準(zhǔn)值的時(shí)候會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向停頓，再循環(huán)進(jìn)行，一直到無限接近標(biāo)準(zhǔn)值才會(huì)停止，具體情況看圖2的曲線圖。還有一種情況，標(biāo)準(zhǔn)力值的上下波動(dòng)，調(diào)整循環(huán)，與第一種情況相同，無限接近標(biāo)準(zhǔn)值停止。上述的兩種情況的任何一種，所停頓和調(diào)整的區(qū)間都小于或等于力值誤差的范圍之中，時(shí)間不能長(zhǎng)于規(guī)程中允許的時(shí)間，才能保證硬度計(jì)數(shù)值的正確。

圖2 自動(dòng)洛氏硬度計(jì)加荷時(shí)的力值波動(dòng)圖

在懸掛砝碼中會(huì)產(chǎn)生一定的重力，再通過杠桿傳遞到硬度計(jì)的主軸上，這種重力在工作的過程中是無法逆轉(zhuǎn)的，作用會(huì)一直停留在主軸上，并且成正比的關(guān)系，而主軸位移的曲線變化和痕深的曲線變化也保持一致。而自動(dòng)的洛氏硬度計(jì)則是由于參數(shù)在一定條件的設(shè)置下控制位移參數(shù)和力值參數(shù)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此，后者是因?yàn)橛袎侯^的作用力，從而產(chǎn)生了變形，主軸也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的位移，這個(gè)時(shí)候通常為了滿足標(biāo)準(zhǔn)力值，主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)會(huì)重新對(duì)位置進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，不停地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到結(jié)束。如果硬度計(jì)不能滿足條件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，會(huì)導(dǎo)致力值的穩(wěn)定，硬度計(jì)數(shù)值的重復(fù)性不佳。但是如果力值的波動(dòng)過于大會(huì)使結(jié)果造成很大的誤差，嚴(yán)重影響低硬度值。

機(jī)械師的洛氏硬度計(jì)則需要指示盤以及標(biāo)尺進(jìn)行投影來表現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，通常利用投影的指示以及發(fā)生變化的情況是可以判斷出某些工作環(huán)節(jié)的狀態(tài)以及某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)的問題的。但是自動(dòng)洛氏硬度計(jì)需要通過標(biāo)識(shí)才能將工作的相關(guān)內(nèi)容呈現(xiàn)，而且不能顯示出正確的工作狀態(tài)。所以，必須對(duì)周期洛氏硬度計(jì)的力值進(jìn)行校準(zhǔn)。在校對(duì)中看它們之間的變化請(qǐng)款，如果硬度計(jì)的加荷保荷變化幅度大于標(biāo)準(zhǔn)值的1%，或者是自行的調(diào)整能力過慢而對(duì)循環(huán)的要求產(chǎn)生了影響時(shí)，按照相關(guān)的程序和參數(shù)再次做好調(diào)整設(shè)備的工作，才能得到相應(yīng)的技術(shù)支持，如果最后硬度數(shù)值太差，可以用實(shí)驗(yàn)校對(duì)菜單的傳感器參數(shù)來保證硬度計(jì)的指標(biāo)符合規(guī)程的相關(guān)要求。

3 機(jī)架變形使系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的相關(guān)探討

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，機(jī)架在加重了主負(fù)荷以后會(huì)有變形或者位移的情況發(fā)生，最后使得結(jié)果產(chǎn)生誤差，這種誤差在標(biāo)尺硬度值的一定范圍內(nèi)影響是相同的，都是系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。

工作臺(tái)、止推軸承等部件組成了支撐硬度計(jì)的的裝置，但是由于形式結(jié)構(gòu)特別，操作比較靈活，因此在絲杠或是止推軸承等地方加上一些潤(rùn)滑劑，具有一定的潤(rùn)滑功效。而如果長(zhǎng)時(shí)間沒有對(duì)機(jī)油進(jìn)行維護(hù)，則會(huì)使油膜在連接的地方形成，導(dǎo)致部件在運(yùn)行負(fù)重中擠壓油膜使得結(jié)果發(fā)生變化，狀態(tài)改變。洛氏硬度計(jì)的相關(guān)原理表示，如果主軸移動(dòng)了0.002mm，就會(huì)有1HRC的誤差產(chǎn)生，如果支撐裝置上沒有了作用力，那么油膜就會(huì)恢復(fù)正常狀態(tài)。因此，要定期做好檢查工作，才能使其受到的影響最小。絲杠與工作臺(tái)的接觸一定要光滑而潔凈，保持之間無間隙，在加油以后要用干凈的步把浮油擦掉，擦干后保持手中無油印，這樣才能讓絲杠移動(dòng)順暢。必要情況下測(cè)量工作狀態(tài)的方式可選擇用數(shù)顯千分表，具體的做法是，用硬度計(jì)施加初負(fù)荷，再對(duì)表架的支桿與數(shù)顯千分表的有一定的壓縮作用，進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)數(shù)顯千分表清零以后增加主負(fù)荷，認(rèn)真查看其變化，這種變化就是不正常位移后發(fā)生的變化數(shù)值。

通常來說，機(jī)架的變形會(huì)通過機(jī)架本身所具有的彈力變形以及支撐裝置發(fā)生位移以后共同作用力下產(chǎn)生。這種變形在同一作用力下是一樣的，即使通過校對(duì)也不會(huì)發(fā)生變化。在校對(duì)過程中適時(shí)地進(jìn)行檢查和維護(hù)工作，避免這種誤差的擴(kuò)大，減少錯(cuò)誤的發(fā)生。

4 機(jī)械式洛氏硬度計(jì)在測(cè)量工作中的異常情況分析

機(jī)械式的洛氏硬度計(jì)是百分表的相關(guān)附件以及杠桿構(gòu)成，以1比5的比例將其放大以后轉(zhuǎn)化成硬度計(jì)指示度盤，具體情況如圖3所示。

由于在工作狀態(tài)下工作臺(tái)會(huì)上升，主軸位移的作用會(huì)使得杠桿的測(cè)量發(fā)生變化指針停止，而在外力的作用中拉簧位置會(huì)張開。在一定的施加作用力情況下，測(cè)量杠桿又會(huì)向下移動(dòng)，這個(gè)時(shí)候百分表測(cè)桿又會(huì)隨著主軸以及杠桿位移。去除了硬度計(jì)上的主負(fù)荷以后，彈性作用逐漸恢復(fù)，主軸的位移使得百分表的測(cè)桿也隨之移動(dòng)，通常來說，隨著彈性的逐漸恢復(fù)得以克服主軸、測(cè)量桿等外力的作用，會(huì)通過百分表顯示在度盤上。如果有摩擦力或者是阻力影響了測(cè)桿的移動(dòng)，又或者是測(cè)桿的支點(diǎn)上有油污等會(huì)使得裝置產(chǎn)生阻力，使用不靈活，彈性的恢復(fù)情況就會(huì)比較緩慢，偏差出現(xiàn)以后會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤差。

如果卸除了主負(fù)荷后，度盤上的指針已經(jīng)停止但有細(xì)微的走動(dòng)，那就說明測(cè)量裝置可能存在了一些摩擦，這時(shí)就要打開蓋子，抬起測(cè)量桿，檢查一下是不是發(fā)生了卡阻的情況，然后松開手看看走針的運(yùn)行情況，是否平穩(wěn)而勻速，查看螺栓有沒有上緊，直到確定了百分表的外殼和機(jī)體沒有配合上的松動(dòng)以后才通過。上述的方法，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決出現(xiàn)的問題。

結(jié)語

綜上所述，影響洛氏硬度計(jì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素很多，它們對(duì)洛氏硬度計(jì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響偶爾是獨(dú)立的，更多的是相互交叉重疊而產(chǎn)生的綜合現(xiàn)象。因此，當(dāng)洛氏硬度計(jì)出現(xiàn)校準(zhǔn)誤差時(shí)，不能簡(jiǎn)單地處理和下結(jié)論，應(yīng)通過問題現(xiàn)象結(jié)合硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由表及里逐步分析判斷，找出問題存在的主因，使存在的誤差問題得以正確解決。

[1]高亞利，張莉，盧勁松.洛氏硬度計(jì)檢定中常見各種誤差及處理方法[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2001（03）.

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[3]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 230.1－2009 金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第一部分:試驗(yàn)方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

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