洛氏硬度計計量校準誤差分析

黃健明

（廣東省江門市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東 江門 529000）

洛氏硬度計具有測量范圍廣、操作簡單方便等優(yōu)點，并且可在指示表上直接讀取硬度值， 是目前測量金屬、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準。雖然洛氏硬度計結(jié)構(gòu)及操作簡單，但儀器使用不當或操作不對也將造成硬度值精度出現(xiàn)誤差，被測的工件硬度值錯誤，直接導致的結(jié)果就是一批工件不合格報廢，讓企業(yè)蒙受巨大的損失。筆者根據(jù)多年洛氏硬度計使用經(jīng)驗，總結(jié)了一下洛氏硬度計計量校準誤差的環(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 洛氏硬度計直接校準與間接校準結(jié)果不一致的原因分析

《洛氏硬度計檢定規(guī)程》以及用金屬材料檢測洛氏硬度的實驗可以得出，如果一一校對循環(huán)時間、壓痕裝置的主軸位移等各項指標，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硬度計，就會有三種情況發(fā)生，這三種情況分別是：（1）標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。（3）高硬度值正偏差，低硬度值負偏差，如果以上的二三點情況同時發(fā)生，那么測量杠桿后得出的數(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的標尺數(shù)值偏差，則會對洛氏數(shù)據(jù)進行實驗的可靠性造成影響。表1說明了參數(shù)指標的大小方向?qū)?shù)值精確度的影響情況。如果在校對工作過程中硬度值加減的因素同時發(fā)生，會造成完全不同的結(jié)果，這就需要對每一項的參數(shù)指標都做好一定的調(diào)整，讓它們都在同一個范圍之內(nèi)，比如將偏差的數(shù)值相反的壓頭進行更換，將負荷杠桿調(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。

直接和間接的校準對硬度計技術(shù)和狀態(tài)的反應完全不同。前者是為了保證部件或者是系統(tǒng)的準確，而后者是保證兩者之間的協(xié)調(diào)以及配合，將硬度計的各種測試能力互相綜合。上述表1列出的因素遠不能說明對硬度準確數(shù)值造成影響的所有因素列表，因為每一個不同的硬度計都無法避免出現(xiàn)各種偏差，因此，調(diào)整好偏差是讓硬度計數(shù)值更為準確的辦法之一。根據(jù)《洛氏硬度計檢定規(guī)程》以及做過的相關(guān)實驗可知，并沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)是偏差標準范圍內(nèi)的參數(shù)，但是在允許范圍內(nèi)的參數(shù)是根據(jù)洛氏硬度實驗以及硬度量的數(shù)值得來的，因此硬度計的數(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 洛氏硬度計的原理

2 自動洛氏硬度計加荷保荷數(shù)值的變化對硬度數(shù)值的影響

系統(tǒng)的測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)過伺服電機以及液壓系統(tǒng)所控制，才可以測量以及控制相應的力值和位移。

在校對自動洛氏硬度計的數(shù)值時會有幾種情況發(fā)生，首先在加荷的過程中，階段的開始屬于勻速加值，等到快接近標準值的時候會逐漸轉(zhuǎn)向停頓，再循環(huán)進行，一直到無限接近標準值才會停止，具體情況看圖2的曲線圖。還有一種情況，標準力值的上下波動，調(diào)整循環(huán)，與第一種情況相同，無限接近標準值停止。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，時間不能長于規(guī)程中允許的時間，才能保證硬度計數(shù)值的正確。

圖2 自動洛氏硬度計加荷時的力值波動圖

在懸掛砝碼中會產(chǎn)生一定的重力，再通過杠桿傳遞到硬度計的主軸上，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。而自動的洛氏硬度計則是由于參數(shù)在一定條件的設置下控制位移參數(shù)和力值參數(shù)來進行實驗，因此，后者是因為有壓頭的作用力，從而產(chǎn)生了變形，主軸也會發(fā)生相應的位移，這個時候通常為了滿足標準力值，主軸驅(qū)動機會重新對位置進行設置和調(diào)整，不停地進行實驗，直到結(jié)束。如果硬度計不能滿足條件進行相應的調(diào)整，會導致力值的穩(wěn)定，硬度計數(shù)值的重復性不佳。但是如果力值的波動過于大會使結(jié)果造成很大的誤差，嚴重影響低硬度值。

機械師的洛氏硬度計則需要指示盤以及標尺進行投影來表現(xiàn)這個實驗的過程，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)以及某個環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)的問題的。但是自動洛氏硬度計需要通過標識才能將工作的相關(guān)內(nèi)容呈現(xiàn)，而且不能顯示出正確的工作狀態(tài)。所以，必須對周期洛氏硬度計的力值進行校準。在校對中看它們之間的變化請款，如果硬度計的加荷保荷變化幅度大于標準值的1%，或者是自行的調(diào)整能力過慢而對循環(huán)的要求產(chǎn)生了影響時，按照相關(guān)的程序和參數(shù)再次做好調(diào)整設備的工作，才能得到相應的技術(shù)支持，如果最后硬度數(shù)值太差，可以用實驗校對菜單的傳感器參數(shù)來保證硬度計的指標符合規(guī)程的相關(guān)要求。

3 機架變形使系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的相關(guān)探討

在進行實驗的過程中，機架在加重了主負荷以后會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、止推軸承等部件組成了支撐硬度計的的裝置，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滑劑，具有一定的潤滑功效。而如果長時間沒有對機油進行維護，則會使油膜在連接的地方形成，導致部件在運行負重中擠壓油膜使得結(jié)果發(fā)生變化，狀態(tài)改變。洛氏硬度計的相關(guān)原理表示，如果主軸移動了0.002mm，就會有1HRC的誤差產(chǎn)生，如果支撐裝置上沒有了作用力，那么油膜就會恢復正常狀態(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順暢。必要情況下測量工作狀態(tài)的方式可選擇用數(shù)顯千分表，具體的做法是，用硬度計施加初負荷，再對表架的支桿與數(shù)顯千分表的有一定的壓縮作用，進行調(diào)整，當數(shù)顯千分表清零以后增加主負荷，認真查看其變化，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，機架的變形會通過機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，即使通過校對也不會發(fā)生變化。在校對過程中適時地進行檢查和維護工作，避免這種誤差的擴大，減少錯誤的發(fā)生。

4 機械式洛氏硬度計在測量工作中的異常情況分析

機械式的洛氏硬度計是百分表的相關(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)下工作臺會上升，主軸位移的作用會使得杠桿的測量發(fā)生變化指針停止，而在外力的作用中拉簧位置會張開。在一定的施加作用力情況下，測量杠桿又會向下移動，這個時候百分表測桿又會隨著主軸以及杠桿位移。去除了硬度計上的主負荷以后，彈性作用逐漸恢復，主軸的位移使得百分表的測桿也隨之移動，通常來說，隨著彈性的逐漸恢復得以克服主軸、測量桿等外力的作用，會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桿的移動，又或者是測桿的支點上有油污等會使得裝置產(chǎn)生阻力，使用不靈活，彈性的恢復情況就會比較緩慢，偏差出現(xiàn)以后會導致系統(tǒng)誤差。

如果卸除了主負荷后，度盤上的指針已經(jīng)停止但有細微的走動，那就說明測量裝置可能存在了一些摩擦，這時就要打開蓋子，抬起測量桿，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體沒有配合上的松動以后才通過。上述的方法，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決出現(xiàn)的問題。

結(jié)語

綜上所述，影響洛氏硬度計測量結(jié)果準確性的因素很多，它們對洛氏硬度計測試結(jié)果準確性的影響偶爾是獨立的，更多的是相互交叉重疊而產(chǎn)生的綜合現(xiàn)象。因此，當洛氏硬度計出現(xiàn)校準誤差時，不能簡單地處理和下結(jié)論，應通過問題現(xiàn)象結(jié)合硬度計的結(jié)構(gòu)特點，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.洛氏硬度計檢定中常見各種誤差及處理方法[J].計量與測試技術(shù)，2001（03）.

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，全國力值、硬度計量技術(shù)委員會.JJG112－2003金屬洛氏硬度計檢定規(guī)程[S].北京:中國計量出版社，2003.

[3]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T 230.1－2009 金屬材料 洛氏硬度試驗 第一部分:試驗方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺）.北京：中國標準出版社，2009.

[4]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T 230.2－2012 金屬材料 洛氏硬度試驗 第二部分:硬度計（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺的檢驗與校準）.北京：中國標準出版社，2012.