摘 要:介紹了汽車零部件硬度檢測方面的新技術(shù)和新設(shè)備,包括應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場的快速硬度 計、大型硬度計、專用硬度檢測系統(tǒng)及硬度在線自動檢測系統(tǒng)等;分析了現(xiàn)場硬度檢測與實驗室常 規(guī)硬度檢測的不同之處,指出檢測效率是現(xiàn)場硬度檢測的關(guān)鍵.實踐表明:汽車零部件硬度在線自 動檢測系統(tǒng)具有很高的推廣價值,可解決許多汽車零部件的硬度在線檢測問題,這些系統(tǒng)的推廣應(yīng) 用可提高企業(yè)的質(zhì)量保證水平和產(chǎn)品的市場競爭力,促進企業(yè)的技術(shù)進步. 

關(guān)鍵詞:汽車零部件;硬度試驗;現(xiàn)場檢測;在線檢測;曲軸;剎車盤;缸蓋 

中圖分類號:TH８７１;TG１５５．８ 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)１０Ｇ０７０５Ｇ０７ 

一 輛 汽 車 由 許 多 零 部 件 組 裝 而 成. 其 中 很 大一部分 金 屬 零 部 件 是 以 鑄 件、鍛 件 或 鋼 板、鋼 棒為毛坯材料,經(jīng)過前 期 熱 處 理、機 加 工、最 終 熱 處理以及精加工等 工 序,最 后 加 工 成 一 個 完 好 的 零件.這些零件的使用環(huán) 境 大 多 復(fù) 雜 且 惡 劣,包 括大范 圍 的 溫 度 變 化,強 烈 的 震 動、沖 擊、摩 擦 等,零件要在很大的拉 力、壓 力、剪 切 力 及 扭 矩 等 受力條件下工作.因此,零 件 的 力 學(xué) 性 能 非 常 重 要,力學(xué)性能在很大 程 度 上 決 定 了 零 件 的 適 用 性 和預(yù)期壽命.

要了解零件的力學(xué)性能,通常要檢測其抗拉強 度或硬度.檢測抗拉強度需要在零件上取樣,制成 拉伸試樣,然后送到實驗室,在拉伸試驗機上將試樣 拉斷,得到零件的抗拉強度.拉伸試驗只能在實驗 室完成,不能現(xiàn)場完成,且試驗費時、效率低,不能立 刻得到試驗結(jié)果,并且要破壞零件,通常是作為輔助 性手段定期進行.硬度試驗是檢測零件力學(xué)性能的 重要手段.硬度試驗可以在生產(chǎn)現(xiàn)場直接檢測工件 本體,操作簡單,效率高,可以快速測得硬度值,基本 上不破壞工件[１].由于存在上述優(yōu)點,硬度試驗作 為汽車零部件行業(yè)檢測零件力學(xué)性能的主要手段而 被廣泛應(yīng)用.

筆者主要對汽車零部件的硬度現(xiàn)場檢測和在線 檢測技術(shù)及設(shè)備進行了概述,以期促進我國硬度檢 測技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)自動化水平的提高.

１ 汽車行業(yè)常用的硬度試驗方法

應(yīng)用于汽車零部件行業(yè)的硬度試驗方法主要有 布氏、洛氏、里氏硬度試驗,相應(yīng)的試驗儀器是布氏、 洛氏、里氏硬度計.其中布氏和洛氏硬度試驗是基 本的、規(guī)范性的試驗方法,里氏硬度試驗是一種非規(guī) 范、替代性的試驗方法,只有在工件較大、取樣不便 或要求不高的場合才被部分企業(yè)選用. 

１．１ 布氏硬度試驗 

布氏硬度試驗方法是將規(guī)定尺寸的碳化鎢合金 球壓頭以規(guī)定的試驗力壓入工件表面,保持規(guī)定時 間后卸除試驗力,利用光學(xué)儀器測出壓痕直徑,經(jīng)計 算或查表得到布氏硬度值. 

布氏硬度試驗由于試驗力較大,球壓頭的直徑 較大,可以測出一定范圍內(nèi)金屬各組成相硬度的平 均值,因此代表性好,精度較高.這種方法特別適于 測試采用鑄造、鍛造、軋制等工藝生產(chǎn)的鋼鐵及有色 金屬材料.布氏硬度試驗還有一個突出的優(yōu)點,即 布氏硬度值與抗拉強度值之間具有相當(dāng)好的對應(yīng)關(guān) 系,測出布氏硬度就可以估算出材料的抗拉強度. 布氏硬度試驗的缺點是需要用光學(xué)儀器測出壓痕直 徑,比較費時,效率較低;布氏硬度試驗的另一個缺 點是壓痕較深,對零件表面有一定的損傷,不適于測 試成品零件. 

在汽車零部件行業(yè),布氏硬度計的應(yīng)用非常廣 泛,包括鋁合金輪轂、剎車鼓、剎車盤、發(fā)動機缸體、 缸蓋、連桿、曲軸、活塞等鑄鍛件的熱處理毛坯以及 經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理的鋼材都要檢測其布氏硬度.

布氏硬度試驗國家標(biāo)準有:GB/T２３１．１－２０１８ «金屬材料 布氏硬度試驗 第１部分:試驗方法»和 GB/T２３１．２－２０１２ «金屬材料 布氏硬度試驗 第２ 部分:硬度計的檢驗與校準».目前后一項標(biāo)準正在 重新修定中.

１．２ 洛氏硬度試驗 

洛氏硬度試驗方法是將金剛石圓錐壓頭或碳化 鎢合金球壓頭先后以規(guī)定的初試驗力和總試驗力壓 入工件表面,保持較短時間后卸除部分試驗力,保持 初試驗力,測出前后初試驗力時壓痕的深度差值,用 這個深度差值來確定零件的洛氏硬度.

洛氏硬度試驗的優(yōu)點是不需要使用光學(xué)儀器, 測試后直接得到洛氏硬度值,操作簡單、省時、效率 高.洛氏硬度試驗的另一個優(yōu)點是:試驗力較小,壓 痕較淺,對零件表面幾乎無損傷,不影響零件的使用,可以直接檢測成品或半成品零件,也可以通過最 后一道精加工工序?qū)汉鄢?由于采用了金剛石 圓錐壓頭,洛氏硬度試驗與布氏硬度試驗相比,可以 測試更硬的材料.由于壓痕較淺,可以測試滲碳、高 頻淬火等表面熱處理零件.

在汽車零部件行業(yè),洛氏硬度試驗的應(yīng)用也非 常廣泛,主要用于測試成品或接近成品的零件,包括 高強螺栓、軸類、軸承零件、模具及其他接近成品的 零件. 

洛氏硬度試驗國家標(biāo)準有:GB/T２３０．１－２０１８ «金屬材料 洛氏硬度試驗 第１部分:試驗方法»和 GB/T２３０．２－２０１２«金屬材料 洛氏硬度試驗 第２ 部分:硬度計的檢驗與校準».目前后一項標(biāo)準正在 重新修定中. 

１．３ 里氏硬度試驗

里氏硬度試驗的原理是將一個硬質(zhì)合金球壓 頭,以一定速度沖擊到工件表面,測出球壓頭反彈速 度與沖擊速度之比,再乘上一個系數(shù)就是里氏硬度 值.這是一種動態(tài)的、彈跳式的試驗方法,影響試驗 結(jié)果的因素比較多,其測試精度和重復(fù)性都不夠好, 這種試驗還要求工件的體積足夠大,表面要打磨得 足夠光滑.里氏硬度計的優(yōu)點是儀器小巧、操作方 便、效率高、方便現(xiàn)場檢測和大型零件檢測. 

所有汽車金屬零部件在其產(chǎn)品標(biāo)準、設(shè)計圖紙 或訂貨合同中都是要求檢測布氏硬度或洛氏硬度. 因此檢測里氏硬度之后,要將里氏硬度值換算成布 氏或洛氏硬度值.由于里氏硬度的試驗原理與布氏 及洛氏硬度的完全不同,硬度值之間并沒有確切的 一一對應(yīng)關(guān)系,因此換算之后會帶來較大誤差.所 以通過檢測里氏硬度后換算成布氏或洛氏硬度的檢 驗結(jié)果,在大品牌原始設(shè)備制造商(OEM)合同及國 際貿(mào)易中通常是不被認可的.里氏硬度試驗一般用 于檢測常規(guī)的布氏、洛氏硬度計不便檢測的大型、異 形零件,還用于對硬度指標(biāo)要求不高的場合,一些向 配件市場供貨的中小型企業(yè),較多地采用這種硬度 試驗方法. 

里氏硬 度 試 驗 國 家 標(biāo) 準 有:GB/T１７９３４．１－ ２０１４«金屬材 料 里 氏 硬 度 試 驗 第 １ 部 分:試 驗 方 法»和 GB/T１７９３４．２－２０１２«金屬材料 里氏硬度試 驗 第２部分:硬度計的檢驗與校準».

１．４ 測深法布氏硬度試驗 

測深法布氏硬度試驗方法的原理是:在規(guī)定條 件下,使用經(jīng)校準的儀器對碳化鎢合金球壓頭施加試驗力,使其壓入材料表面,測量壓痕深度,利用校 準過的壓痕深度Ｇ硬度曲線得到布氏硬度值.

測深法布氏硬度計可以通過測量壓痕深度快速 測得金屬材料的布氏硬度,無需像常規(guī)布氏硬度計那 樣需要利用光學(xué)儀器測量壓痕直徑.這種儀器主要 用于在生產(chǎn)現(xiàn)場對批量生產(chǎn)的工件進行快速的合格 檢驗.儀器內(nèi)部存有標(biāo)準的壓痕深度Ｇ硬度曲線,該 曲線是根據(jù)標(biāo)準硬度塊制作的.當(dāng)被測材料發(fā)生變 化時,測量值可能會發(fā)生超差,因此儀器在使用前應(yīng) 針對被測材料進行校準.校準方法是:取兩件或多件 硬度可以涵蓋被測工件硬度范圍的工件本體或用實 際工件制作的試塊,在常規(guī)布氏硬度計上測出布氏硬 度,再對儀器的壓痕深度Ｇ硬度曲線進行校準.

測深法布氏硬度計壓痕深度的測量一般采用高 精度位移傳感器,所測量的壓痕深度可以是從試樣 表面開始測量的總深度,也可以是從初試驗力時壓 頭位置開始測量的深度差值. 

測深法布氏硬度計的測量精度略低于常規(guī)布氏 硬度計的,標(biāo)準規(guī)定的測量精度為≤３％,但其檢測 效率遠高于常規(guī)布氏硬度計的.不同廠家生產(chǎn)的不 同型號的測深法布氏硬度計,只要按照上述校準方 法進行了校準,其檢測結(jié)果就具有可比性,就可以保 證相應(yīng)的檢測精度.

測深法布氏硬度試驗方法國家標(biāo)準為:GB/T ２４５２３－２００９«金屬材料 快速壓痕(布氏)硬度試驗 方法». 

２ 汽車零部件硬度的實驗室檢測、現(xiàn)場檢測 與在線檢測 

早期的硬度檢測以實驗室檢測為主,現(xiàn)場檢測 為輔,對實驗室儀器的主要要求是準確,檢測效率不 重要.

隨著汽車行業(yè)的技術(shù)進步和市場競爭的加劇, 人們愈來愈重視汽車零部件的現(xiàn)場檢測,希望快速 得到硬度檢測結(jié)果,從而及時調(diào)整制造工藝,保證批 量生產(chǎn)的零件質(zhì)量穩(wěn)定.由于現(xiàn)場檢測的零件數(shù)量 較大,常常需要安排多人、多臺儀器完成硬度檢測; 另外現(xiàn)場硬度檢測的目的是要判定產(chǎn)品硬度是否在 規(guī)定范圍之內(nèi),因此現(xiàn)場硬度檢測的準確度可以適 當(dāng)放寬,關(guān)鍵是要快,即要快速判定零件硬度是否 合格. 

國內(nèi)的汽車整車及零部件行業(yè)是在各工業(yè)領(lǐng)域 中自動化程度最高的.鑒于汽車行業(yè)越來越激烈的 市場競爭,主機廠對零部件的產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高,而單件產(chǎn)品的利潤卻越來越低.只有實現(xiàn)自動 化生產(chǎn),減員增效,實現(xiàn)更高的產(chǎn)量、更穩(wěn)定的產(chǎn)品 質(zhì)量和更低的人員成本,才能在競爭中立于不敗之 地.正因為如此,“智能制造”“減員增效”“機器換 人”等理念在汽車零部件行業(yè)深入人心,在新上項目 中大量采用全自動化生產(chǎn)線,數(shù)字化工廠層出不窮. 生產(chǎn)過程,裝配過程,以及磁粉探傷、超聲波探傷等 檢測過程都可以實現(xiàn)自動化,但是硬度檢測過程的 自動化還遠遠沒有實現(xiàn).為了保證硬度這一關(guān)鍵質(zhì) 量指標(biāo)得到可靠控制,非常需要在生產(chǎn)過程中對產(chǎn) 品硬度進行在線的自動檢測,但是由于一直以來國 內(nèi)硬度檢測技術(shù)的相對落后,硬度計生產(chǎn)企業(yè)的制 造技術(shù)還停留在臺式機階段.因此,汽車零部件產(chǎn) 品的硬度在線檢測尚處于起步階段.

３ 現(xiàn)場檢測用快速硬度計 

由于目前國內(nèi)硬度檢測技術(shù)水平的限制,硬度 在線自動檢測技術(shù)還不夠成熟,在汽車零部件行業(yè), 多數(shù)產(chǎn)品的硬度檢測都是在線下進行現(xiàn)場檢測.在 一些大型企業(yè),常常可以看到生產(chǎn)車間里放置了一 排硬度計,這需要很多人員同時進行硬度檢測. 

以前進行硬度檢測使用的都是傳統(tǒng)臺式硬度 計,效率較低,特別是布氏硬度檢測,還需要人工用 讀數(shù)顯微鏡測量出壓痕直徑,經(jīng)過查表才能得到布 氏硬度值,效率很低.

近年來,國內(nèi)外生產(chǎn)了一些用于在生產(chǎn)現(xiàn)場進 行零部件硬度合格檢驗的快速硬度計,這些快速硬 度計在保證良好的檢測精度及可靠性的前提下,大 大提高了檢測效率,受到了用戶的普遍歡迎[２Ｇ４].以 下介紹幾種適于在工廠現(xiàn)場使用的快速硬度計.

３．１ 拉桿式快速布洛硬度計 

這是一種由瑞士生產(chǎn)的,主要應(yīng)用于工廠車間 的快速硬度計,如圖１所示.這種硬度計環(huán)境適應(yīng) 性很強,測試精度不受工廠現(xiàn)場震動、溫差、灰塵等惡劣環(huán)境的影響. 

儀器采用洛氏或快速布氏硬度試驗原理,采用 拉動加力桿的方式施加試驗力,可以快速測出工件 的洛氏硬度或布氏硬度. 儀器操作時,將工件放到測試臺上,只要一拉加 力桿,立刻就可測出工件的洛氏硬度或布氏硬度, ４~８s即可完成測試.儀器可以輸入工件硬度合格 范圍的上下限值,測試完之后儀器自動判定硬度是 否合格,超差報警.儀器操作非常簡單,任何人都可 以操作,無需培訓(xùn).儀器軟件還具有數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng) 計、公差設(shè)定、曲面修正、標(biāo)尺選擇、標(biāo)尺轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù) 輸出等功能.這種儀器特別適于對大批量工件進行 快速的逐件檢測,一人可以完成傳統(tǒng)硬度計２~３人 的檢測工作量. 

儀器采 用 的 洛 氏 硬 度 測 試 原 理 符 合 ASTM E１８－２０１７e１«金屬材料洛氏硬度的標(biāo)準試驗方法» 和ISO６５０８．２:２０１５«金屬材料 洛氏硬度試驗 第２ 部分:硬度計的檢驗和校準»要求.采用的快速布氏 硬度試驗原理是:在壓出壓痕的同時,通過測量壓痕 深度立刻計算并顯示出布氏硬度,不需要再使用光 學(xué)儀器測量壓痕直徑,檢測效率大大提高,特別適于 批量零件的合格檢驗.儀器符合美國標(biāo)準 ASTM E１０３－２０１７«金屬材料快速壓痕硬度試驗的規(guī)范» 和中國標(biāo)準 GB/T２４５２３－２００９要求. 這種儀器有美國某公司、意大利某公司、瑞士某 公司等幾個品牌可以選擇,國產(chǎn)的同類產(chǎn)品也即將 上市. 

３．２ 懸臂式自動快速布洛硬度計 

國 產(chǎn) 的 懸 臂 式 自 動 快 速 布 洛 硬 度 計 如 圖 ２ 所示. 

儀器工作原理與前述拉桿式快速布洛硬度計的 完全相同.儀器同樣適用于工廠現(xiàn)場,測試精度不 受惡劣環(huán)境的影響.

除了具有與前述儀器相同的軟件功能外,該儀 器還實現(xiàn)了硬度檢測的全自動化.只需按下測試 鍵,儀器就會自動完成全部測試程序,包括測頭接近 工件、夾緊工件、加力、保持、卸力、釋放工件等.測 試過程連續(xù)完成,完全排除了人為因素對測試過程 及結(jié)果的影響.無需刻意拋光工件表面,無需讀取 壓痕直徑,工件的彈性變形及放置不穩(wěn)都不會影響 測試精度. 

儀器的測量頭是浮動的,可自動上下移動,無需 人工調(diào)整測量頭高度.儀器不再采用測量臺絲杠升 降結(jié)構(gòu),不再需要人工調(diào)整測量臺的高度.寬大的 測量平臺,適于包括大型、異型工件等各種零件的快 速安放,T 型槽結(jié)構(gòu)便于安裝異型工件的支撐夾具.

儀 器 試 驗 力 范 圍 是 ９８~２ ４５０ N (１０~ ２５０kgf),具有洛氏、常規(guī)布氏及快速布氏硬度檢測 三種功能,儀器非常適于在生產(chǎn)現(xiàn)場對批量工件進 行快速的合格檢驗.

３．３ 懸臂式自動快速布氏硬度計 

國 產(chǎn) 的 懸 臂 式 自 動 快 速 布 氏 硬 度 計 如 圖 ３ 所示. 

儀器原理和功能與前述儀器相同或相近.不同 之處在于:儀器形體更大,測試范圍更寬,采用的最 大試驗力是２９４００N (３０００kgf);沒有洛氏硬度測 試功能. 儀 器 的 試 驗 力 范 圍 為 １８３７．５~２９４００ N (１８７．５~３０００kgf),采用２．５,５,１０mm 球壓頭.測 試工件的最大高度為４００mm,喉深為２４０mm.

３．４ 搖臂式大型布氏、洛氏硬度計 

國產(chǎn)的搖臂式大型布氏、洛氏硬度計如圖４所 示.這是一種大型、半自動化的硬度計,有布氏硬度 計和洛氏 硬 度 計 兩 種 類 型,可 安 裝 在 熱 處 理 車 間 使用.

儀器由底臺、立柱、搖臂、垂直升降裝置、硬度測 量頭、壓痕測量頭、顯示器、測量臺、電控箱等組成.

其中:搖臂可以擺動１８０°,便于上下料;垂直升降裝 置和測量 頭 可 沿 搖 臂 水 平 滑 動,距 立 柱 最 大 距 離 ６００mm;測量頭垂直移動距離可達到６００ mm,距 測量臺的最大高度９００~１５００mm.測量頭內(nèi)有激 光十字定位裝置,瞄準測量點后,按下測試鍵,儀器 可自動完成測量頭接近工件、壓緊工件、壓出壓痕、 釋放工件、抬高測量頭等全部測試程序.對于洛氏 硬度計,測試后直接顯示洛氏硬度值;對于布氏硬度 計,一個壓痕自動測量裝置的測量頭掛在立柱上,可 用于測量布氏硬度壓痕直徑,從而直接讀出布氏硬 度值. 

儀器可用于檢測轎殼、大型輪轂及剎車鼓、大型 發(fā)動機缸體及缸蓋、大型或特大型汽車模具等.

４ 汽車零部件檢測專用硬度計 

某些汽車零部件形狀特殊,測試要求特殊,不適 合用普通硬度計進行檢測,這樣就產(chǎn)生了對專用硬 度檢測裝置的需求.如下幾種專用硬度檢測裝置已 經(jīng)形成產(chǎn)品,并且取得了良好的使用效果.

４．１ 剎車盤硬度自動檢測系統(tǒng) 

山東某剎車盤生產(chǎn)廠需要一臺剎車盤硬度自動 檢測系統(tǒng),其設(shè)計要求包括:自動識別剎車盤型號; 自動識別加強筋,硬度測試點要在加強筋的正上方; 自動識別盤面的空間位置;在盤面上自動銑削多個 測試面,銑削深度可設(shè)定,最大銑削深度２ mm;自 動收集 銑 屑;每 個 測 試 面 上 自 動 測 試 多 點;采 用 ２９４００N (３０００kgf)試驗力、１０mm 球壓頭測試布 氏硬度;自動測量壓痕直徑,自動顯示硬度值;完成 一個剎車盤的測試之后,統(tǒng)計輸出一份檢驗報告;一 個剎車盤的檢測時間≤１０min(銑削４個面,銑削深 度２mm,共測試１２點). 

某中國公司生產(chǎn)的剎車盤硬度自動檢測系統(tǒng)如 圖５所示. 

剎車盤硬度自動檢測系統(tǒng)的組成包括:一個測 試裝置、一個吸屑裝置和一個控制柜.測試裝置包 含測量臺和門式框架,測量臺上有一個可以旋轉(zhuǎn)并 沿水平方向移動的工件夾具.門式框架上安裝有工 件識別裝置、銑削裝置、吸屑頭、硬度測試裝置和壓 痕測量裝置,這些裝置都可以沿垂直方向移動. 

系統(tǒng)的工作過程如下:①檢測人員將剎車盤鑄 件安放到夾具上并夾緊;②按下測試鍵;③夾具水平 移動到工件識別裝置下方并旋轉(zhuǎn);④工件識別裝置 上的視覺傳感器自動識別工件型號、工件表面位置 和加強筋分布;⑤工件移動并旋轉(zhuǎn),銑削裝置在盤面 上銑出若干個測試面,銑削過程中吸屑裝置將鐵屑 吸走;⑥工件移動并旋轉(zhuǎn),硬度測試裝置在銑削面上 壓出一系列布氏硬度壓痕,每個壓痕都位于加強筋 的正上方;⑦工件移動并旋轉(zhuǎn),壓痕測量裝置測出每 個壓痕的直徑并顯示出布氏硬度值;⑧工件回到初 始位置;⑨顯示器顯示出檢驗報告;⑩檢測人員打開 夾具,取下工件,一次測試完成. 

檢測系統(tǒng)的主要工作參數(shù)包括測試點數(shù)、測試 點分布、銑削深度、合格范圍等都可以預(yù)先設(shè)定.系 統(tǒng)銑削４個測試面(銑削深度２mm)、測試１２點硬 度的總時間≤１０min. 這套檢測系統(tǒng)集工件識別、測試面銑削、鐵屑收 集、壓出壓痕、測量壓痕、輸出檢驗報告等多種功能 于一體,并且具有高精度、高效率的特點,除人工上、 下料外,全部測試程序自動完成,輸出的檢驗報告可 存儲、可打印、亦可用 U 盤輸出. 這套剎車盤硬度自動檢測系統(tǒng)于２０１７年６月 在山東某 剎 車 盤 廠 開 始 使 用,截 至 目 前 使 用 效 果 良好.

這套剎車盤硬度自動檢測系統(tǒng)是一個創(chuàng)新,目 前國內(nèi)外還沒有同類產(chǎn)品.如果將這套系統(tǒng)安裝在 生產(chǎn)線上,配上機器人上、下料裝置,就可實現(xiàn)剎車 盤硬度的在線自動檢測.如果這一自動化硬度在線檢測系統(tǒng)投入運行,將會使剎車盤生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量 管理工作進一步提升.

４．２ 汽車曲軸硬度計 

曲軸是汽車發(fā)動機里的關(guān)鍵部件,硬度是曲軸 的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo).無論是鍛造曲軸、鑄造曲軸,還 是調(diào)質(zhì)鋼曲軸,其產(chǎn)品標(biāo)準中都對曲軸的表面硬度 作出了嚴格規(guī)定.

曲軸的特殊形狀使其硬度檢測較為困難,曲軸 軸頸硬度無法使用普通硬度計進行檢測.以前國內(nèi) 沒有生產(chǎn)專用的曲軸硬度計.曲軸生產(chǎn)廠通常的做 法是切取試樣,在臺式硬度計上進行檢測,或者使用 不規(guī)范的里氏硬度計進行檢測.第一種方法檢測效 率很低;第二種方法檢測精度不高,可靠性差,其檢 測結(jié)果往往不被用戶認可.

國外生產(chǎn)了幾種專用的曲軸硬度計.意大利某 公司生產(chǎn)的曲軸硬度計如圖６所示. 

這種曲軸硬度計是由普通洛氏硬度計改裝而成 的.硬度計被安裝在一個可以沿x 軸和y 軸滑動 的平臺上,硬度測量頭做成細桿狀,支承座做成V 型 片狀.工作臺面上還有一個測量臺,待測曲軸安裝 在測量臺上.測試時,拉動硬度計,使其沿平面移 動,使硬度測量頭對準一個軸頸,按下測試鍵,儀器 會自動完成硬度測試,并在顯示屏上顯示出硬度值.

這種曲軸硬度計可方便地檢測曲軸硬度,且測 試結(jié)果準確,檢測效率高,目前國內(nèi)的一些高端曲軸 生產(chǎn)廠有在使用該硬度計. 國內(nèi)生產(chǎn)的曲軸洛氏硬度計如圖７所示. 儀器由測量臺、門式框架、浮置式洛氏硬度計、 曲軸安裝支架等部分組成.其中硬度計懸掛在門框 上,可以沿導(dǎo)軌左右移動,還可以被拉起,與門架表 面呈一定角度.硬度計上的一個小氣缸可以平衡掉 硬度計的重量,使儀器操作非常輕便. 

硬度測試時,將曲軸安裝在支架上,將硬度計拉 起,使硬度計測量頭部位掛在待測軸頸上,按下測試鍵,儀器可自動完成一個軸頸的檢測,并在顯示器上 顯示出硬度值.移動硬度計可以完成其他軸頸的硬 度檢測.

儀器操作簡便,測試結(jié)果準確,檢測效率高,測 試精度符合 GB/T２３１．２－２０１２規(guī)定,檢驗報告可 用 U 盤輸出. 

４．３ 汽車發(fā)動機缸蓋硬度自動檢測系統(tǒng) 

該檢測系統(tǒng)目前尚處于設(shè)計階段,用戶是某缸 蓋生產(chǎn)廠家.

用戶的設(shè)計要求如下:被測件是４缸發(fā)動機鋁 合金缸蓋鑄造毛坯,要求兩面檢測,每面檢測點的數(shù) 量和位置分布可設(shè)定;當(dāng)每面檢測３點時,檢驗節(jié)拍 為１８０s/件;測試精度要求符合 GB/T２３１．２的規(guī) 定;除人工上、下料外,測試程序全部自動化;系統(tǒng)還 應(yīng)具有合格判定、統(tǒng)計輸出、提供檢驗報告等功能. 汽車發(fā)動機缸蓋硬度自動檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖８ 所示.系統(tǒng) 由 硬 度 測 試 主 機、吸 屑 裝 置 和 控 制 柜 組成.

硬度測試主機由測量臺和門架組成.測量臺上 安裝有工件夾具、工件移動驅(qū)動裝置和工件翻轉(zhuǎn)裝 置.其中翻轉(zhuǎn)裝置由升降裝置、１８０°翻轉(zhuǎn)裝置和液 壓站組成.門架上安裝有工件識別裝置、打磨裝置、 硬度測試裝置.其中打磨裝置由打磨頭和升降驅(qū)動裝置組成.硬度測試裝置由硬度測量頭、壓痕測量 頭、顯示器、升降驅(qū)動裝置等組成.

系統(tǒng)主要工作過程如下:①檢測人員將工件放 到工件夾具上;②按下測試鍵,系統(tǒng)自動完成全部測 試工作,包括夾緊工件,識別工件,打磨工件,收集磨 屑,壓出壓痕,測量壓痕直徑,顯示硬度測試值,其他 點測試,翻轉(zhuǎn),重復(fù)前述動作,完成全部測試,合格判 定,統(tǒng)計輸出測試結(jié)果,釋放工件等;③完成測試后, 操作人員取下工件.

這套硬度檢測系統(tǒng)除人工上、下料外,全部測試 程序自動完成,測試結(jié)果準確,檢測效率高,可以完 全排除人為因素造成的錯檢、漏檢,如果配上機器人 上、下料裝置,就可安裝在生產(chǎn)線上,實現(xiàn)缸蓋硬度 的在線自動檢測. 本系統(tǒng)目前只是一個設(shè)計方案,但已通過用戶 評審,預(yù)計后期將形成產(chǎn)品.

５ 硬度在線自動檢測系統(tǒng) 

目前,汽車零部件硬度在線檢驗技術(shù)已經(jīng)取得 了突破性進展[５Ｇ６].由中國某公司設(shè)計制造的國內(nèi) 汽車零部件行業(yè)第一套硬度在線自動檢測系統(tǒng)已經(jīng) 開始應(yīng)用.還有一些針對不同產(chǎn)品的項目正在實 施,一些設(shè)計方案正在推進中.

為廣東某鑄鍛公司設(shè)計制造的一套汽車剎車鼓 硬度在線自動檢測系統(tǒng)如圖９所示. 

測試工件是大型載重汽車剎車鼓,材料 HT２５０ 灰鑄鐵,直徑范圍 ３００~５００ mm,高度范圍 ３００~ ５００mm,同批工件高度偏差≤２mm,硬度合格范圍 １９５~２１０HBW.

用 戶 的 設(shè) 計 要 求 如 下:采 用 ２９ ４００ N (３０００kgf)試驗力、１０ mm 球壓頭檢測布氏硬度, 測試精度符合 GB/T２３１．２－２０１２的規(guī)定;實現(xiàn)全 自動檢測,無人工干預(yù);為避免工件變形,夾具應(yīng)直接支撐測試面的下方;可自動識別工件型號及表面 位置;打磨深度０~２ mm,可設(shè)定;磨屑自動收集; 帶合格 判 定 功 能;不 合 格 件 聲 光 報 警;檢 測 節(jié) 拍 ≤２００s/件;每天檢測結(jié)束后輸出統(tǒng)計報表.

系統(tǒng)由底臺、臺車、門架、硬度測量頭、壓痕測量 頭、打磨裝置、吸屑裝置、工件識別裝置、運動驅(qū)動裝 置、控制柜等組成. 

系統(tǒng)工作過程如下:①桁架機器手將工件運來, 放到臺車 中 央 的 夾 具 上;② 夾 具 動 作,撐 緊 工 件; ③工件移動到識別裝置下方,識別工件型號及表面 位置;④工件移動到打磨裝置下方,在工件表面打磨 出一個測試面,吸屑裝置將磨屑吸走;⑤工件移動到 硬度測量頭下方,壓出一個布氏硬度壓痕;⑥工件移 動到壓痕測量裝置下方,測量壓痕直徑,顯示器顯示 出硬度值;⑦工件移動到上、下料位置,夾具釋放工 件;⑧桁架機器手取走工件,放回到傳送帶上,一次 測試結(jié)束. 

系統(tǒng)主要裝置的工作細節(jié)如圖１０所示.

本檢測系統(tǒng)是自主創(chuàng)新產(chǎn)品,首次在剎車鼓上 實現(xiàn)了硬度在線自動檢測,國內(nèi)外尚無先例.系統(tǒng) 還具有如下特點:①測試結(jié)果準確可靠,測試精度符 合 GB/T２３１．２－２０１２的規(guī)定,測試值可溯源到國 家基準;②檢測效率高,無人工崗,實現(xiàn)了“減員增 效”“機器換人”;③可遠程通信,向信息中心傳送數(shù) 據(jù),接受遠程控制;④可按日、批或型號統(tǒng)計測試結(jié) 果,輸出檢驗報告,檢驗報告可隨貨提供給客戶.

文章來源——材料與測試網(wǎng)