摘 要:介紹了汽車零部件硬度檢測(cè)方面的新技術(shù)和新設(shè)備,包括應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的快速硬度 計(jì)、大型硬度計(jì)、專用硬度檢測(cè)系統(tǒng)及硬度在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)等;分析了現(xiàn)場(chǎng)硬度檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)室常 規(guī)硬度檢測(cè)的不同之處,指出檢測(cè)效率是現(xiàn)場(chǎng)硬度檢測(cè)的關(guān)鍵.實(shí)踐表明:汽車零部件硬度在線自 動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有很高的推廣價(jià)值,可解決許多汽車零部件的硬度在線檢測(cè)問(wèn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步.

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

中圖分類號(hào):TH８７１;TG１５５．８ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):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(guò)前 期 熱 處 理、機(jī) 加 工、最 終 熱 處理以及精加工等 工 序,最 后 加 工 成 一 個(gè) 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(qiáng) 烈 的 震 動(dòng)、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(cè)其抗拉強(qiáng) 度或硬度.檢測(cè)抗拉強(qiáng)度需要在零件上取樣,制成 拉伸試樣,然后送到實(shí)驗(yàn)室,在拉伸試驗(yàn)機(jī)上將試樣 拉斷,得到零件的抗拉強(qiáng)度.拉伸試驗(yàn)只能在實(shí)驗(yàn) 室完成,不能現(xiàn)場(chǎng)完成,且試驗(yàn)費(fèi)時(shí)、效率低,不能立 刻得到試驗(yàn)結(jié)果,并且要破壞零件,通常是作為輔助 性手段定期進(jìn)行.硬度試驗(yàn)是檢測(cè)零件力學(xué)性能的 重要手段.硬度試驗(yàn)可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接檢測(cè)工件 本體,操作簡(jiǎn)單,效率高,可以快速測(cè)得硬度值,基本 上不破壞工件[１].由于存在上述優(yōu)點(diǎn),硬度試驗(yàn)作 為汽車零部件行業(yè)檢測(cè)零件力學(xué)性能的主要手段而 被廣泛應(yīng)用.

筆者主要對(duì)汽車零部件的硬度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和在線 檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備進(jìn)行了概述,以期促進(jìn)我國(guó)硬度檢 測(cè)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化水平的提高.

１ 汽車行業(yè)常用的硬度試驗(yàn)方法

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

１．１ 布氏硬度試驗(yàn)

布氏硬度試驗(yàn)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(yàn)力壓入工件表面,保持規(guī)定時(shí) 間后卸除試驗(yàn)力,利用光學(xué)儀器測(cè)出壓痕直徑,經(jīng)計(jì) 算或查表得到布氏硬度值.

布氏硬度試驗(yàn)由于試驗(yàn)力較大,球壓頭的直徑 較大,可以測(cè)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(cè)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(yàn)還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn),即 布氏硬度值與抗拉強(qiáng)度值之間具有相當(dāng)好的對(duì)應(yīng)關(guān) 系,測(cè)出布氏硬度就可以估算出材料的抗拉強(qiáng)度. 布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是需要用光學(xué)儀器測(cè)出壓痕直 徑,比較費(fèi)時(shí),效率較低;布氏硬度試驗(yàn)的另一個(gè)缺 點(diǎn)是壓痕較深,對(duì)零件表面有一定的損傷,不適于測(cè) 試成品零件.

在汽車零部件行業(yè),布氏硬度計(jì)的應(yīng)用非常廣 泛,包括鋁合金輪轂、剎車鼓、剎車盤、發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)其布氏硬度.

布氏硬度試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有:GB/T２３１．１－２０１８ «金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第１部分:試驗(yàn)方法»和 GB/T２３１．２－２０１２ «金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第２ 部分:硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)».目前后一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)正在 重新修定中.

１．２ 洛氏硬度試驗(yàn)

洛氏硬度試驗(yàn)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(yàn)力和總試驗(yàn)力壓 入工件表面,保持較短時(shí)間后卸除部分試驗(yàn)力,保持 初試驗(yàn)力,測(cè)出前后初試驗(yàn)力時(shí)壓痕的深度差值,用 這個(gè)深度差值來(lái)確定零件的洛氏硬度.

洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是不需要使用光學(xué)儀器, 測(cè)試后直接得到洛氏硬度值,操作簡(jiǎn)單、省時(shí)、效率 高.洛氏硬度試驗(yàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:試驗(yàn)力較小,壓 痕較淺,對(duì)零件表面幾乎無(wú)損傷,不影響零件的使用,可以直接檢測(cè)成品或半成品零件,也可以通過(guò)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(yàn)與布氏硬度試驗(yàn)相比,可以 測(cè)試更硬的材料.由于壓痕較淺,可以測(cè)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(yàn)的應(yīng)用也非 常廣泛,主要用于測(cè)試成品或接近成品的零件,包括 高強(qiáng)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(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有:GB/T２３０．１－２０１８ «金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第１部分:試驗(yàn)方法»和 GB/T２３０．２－２０１２«金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第２ 部分:硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)».目前后一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)正在 重新修定中.

１．３ 里氏硬度試驗(yàn)

里氏硬度試驗(yàn)的原理是將一個(gè)硬質(zhì)合金球壓 頭,以一定速度沖擊到工件表面,測(cè)出球壓頭反彈速 度與沖擊速度之比,再乘上一個(gè)系數(shù)就是里氏硬度 值.這是一種動(dòng)態(tài)的、彈跳式的試驗(yàn)方法,影響試驗(yàn) 結(jié)果的因素比較多,其測(cè)試精度和重復(fù)性都不夠好, 這種試驗(yàn)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)是儀器小巧、操作方 便、效率高、方便現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和大型零件檢測(cè).

所有汽車金屬零部件在其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)圖紙 或訂貨合同中都是要求檢測(cè)布氏硬度或洛氏硬度. 因此檢測(cè)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(yàn)原理與布氏 及洛氏硬度的完全不同,硬度值之間并沒(méi)有確切的 一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此換算之后會(huì)帶來(lái)較大誤差.所 以通過(guò)檢測(cè)里氏硬度后換算成布氏或洛氏硬度的檢 驗(yàn)結(jié)果,在大品牌原始設(shè)備制造商(OEM)合同及國(guó) 際貿(mào)易中通常是不被認(rèn)可的.里氏硬度試驗(yàn)一般用 于檢測(cè)常規(guī)的布氏、洛氏硬度計(jì)不便檢測(cè)的大型、異 形零件,還用于對(duì)硬度指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合,一些向 配件市場(chǎng)供貨的中小型企業(yè),較多地采用這種硬度 試驗(yàn)方法.

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

１．４ 測(cè)深法布氏硬度試驗(yàn)

測(cè)深法布氏硬度試驗(yàn)方法的原理是:在規(guī)定條 件下,使用經(jīng)校準(zhǔn)的儀器對(duì)碳化鎢合金球壓頭施加試驗(yàn)力,使其壓入材料表面,測(cè)量壓痕深度,利用校 準(zhǔn)過(guò)的壓痕深度Ｇ硬度曲線得到布氏硬度值.

測(cè)深法布氏硬度計(jì)可以通過(guò)測(cè)量壓痕深度快速 測(cè)得金屬材料的布氏硬度,無(wú)需像常規(guī)布氏硬度計(jì)那 樣需要利用光學(xué)儀器測(cè)量壓痕直徑.這種儀器主要 用于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)批量生產(chǎn)的工件進(jìn)行快速的合格 檢驗(yàn).儀器內(nèi)部存有標(biāo)準(zhǔn)的壓痕深度Ｇ硬度曲線,該 曲線是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)硬度塊制作的.當(dāng)被測(cè)材料發(fā)生變 化時(shí),測(cè)量值可能會(huì)發(fā)生超差,因此儀器在使用前應(yīng) 針對(duì)被測(cè)材料進(jìn)行校準(zhǔn).校準(zhǔn)方法是:取兩件或多件 硬度可以涵蓋被測(cè)工件硬度范圍的工件本體或用實(shí) 際工件制作的試塊,在常規(guī)布氏硬度計(jì)上測(cè)出布氏硬 度,再對(duì)儀器的壓痕深度Ｇ硬度曲線進(jìn)行校準(zhǔn).

測(cè)深法布氏硬度計(jì)壓痕深度的測(cè)量一般采用高 精度位移傳感器,所測(cè)量的壓痕深度可以是從試樣 表面開(kāi)始測(cè)量的總深度,也可以是從初試驗(yàn)力時(shí)壓 頭位置開(kāi)始測(cè)量的深度差值.

測(cè)深法布氏硬度計(jì)的測(cè)量精度略低于常規(guī)布氏 硬度計(jì)的,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量精度為≤３％,但其檢測(cè) 效率遠(yuǎn)高于常規(guī)布氏硬度計(jì)的.不同廠家生產(chǎn)的不 同型號(hào)的測(cè)深法布氏硬度計(jì),只要按照上述校準(zhǔn)方 法進(jìn)行了校準(zhǔn),其檢測(cè)結(jié)果就具有可比性,就可以保 證相應(yīng)的檢測(cè)精度.

測(cè)深法布氏硬度試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為:GB/T ２４５２３－２００９«金屬材料 快速壓痕(布氏)硬度試驗(yàn) 方法».

２ 汽車零部件硬度的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 與在線檢測(cè)

早期的硬度檢測(cè)以實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)為主,現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 為輔,對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器的主要要求是準(zhǔn)確,檢測(cè)效率不 重要.

隨著汽車行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇, 人們愈來(lái)愈重視汽車零部件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),希望快速 得到硬度檢測(cè)結(jié)果,從而及時(shí)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(chǎng)檢測(cè)的零件數(shù)量 較大,常常需要安排多人、多臺(tái)儀器完成硬度檢測(cè); 另外現(xiàn)場(chǎng)硬度檢測(cè)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(chǎng)硬度檢測(cè)的準(zhǔn)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(guó)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(dòng)化程度最高的.鑒于汽車行業(yè)越來(lái)越激烈的 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),主機(jī)廠對(duì)零部件的產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高,而單件產(chǎn)品的利潤(rùn)卻越來(lái)越低.只有實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 化生產(chǎn),減員增效,實(shí)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(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之 地.正因?yàn)槿绱?“智能制造”“減員增效”“機(jī)器換 人”等理念在汽車零部件行業(yè)深入人心,在新上項(xiàng)目 中大量采用全自動(dòng)化生產(chǎn)線,數(shù)字化工廠層出不窮. 生產(chǎn)過(guò)程,裝配過(guò)程,以及磁粉探傷、超聲波探傷等 檢測(cè)過(guò)程都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,但是硬度檢測(cè)過(guò)程的 自動(dòng)化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)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(guò)程中對(duì)產(chǎn) 品硬度進(jìn)行在線的自動(dòng)檢測(cè),但是由于一直以來(lái)國(guó) 內(nèi)硬度檢測(cè)技術(shù)的相對(duì)落后,硬度計(jì)生產(chǎn)企業(yè)的制 造技術(shù)還停留在臺(tái)式機(jī)階段.因此,汽車零部件產(chǎn) 品的硬度在線檢測(cè)尚處于起步階段.

３ 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用快速硬度計(jì)

由于目前國(guó)內(nèi)硬度檢測(cè)技術(shù)水平的限制,硬度 在線自動(dòng)檢測(cè)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(cè)都是在線下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè).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(jì),這需要很多人員同時(shí)進(jìn)行硬度檢測(cè).

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

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)了一些用于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn) 行零部件硬度合格檢驗(yàn)的快速硬度計(jì),這些快速硬 度計(jì)在保證良好的檢測(cè)精度及可靠性的前提下,大 大提高了檢測(cè)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(chǎng)使用的快速硬度計(jì).

３．１ 拉桿式快速布洛硬度計(jì)

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(jì),如圖１所示.這種硬度計(jì)環(huán)境適應(yīng) 性很強(qiáng),測(cè)試精度不受工廠現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)、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(yàn)原理,采用 拉動(dòng)加力桿的方式施加試驗(yàn)力,可以快速測(cè)出工件 的洛氏硬度或布氏硬度. 儀器操作時(shí),將工件放到測(cè)試臺(tái)上,只要一拉加 力桿,立刻就可測(cè)出工件的洛氏硬度或布氏硬度, ４~８s即可完成測(cè)試.儀器可以輸入工件硬度合格 范圍的上下限值,測(cè)試完之后儀器自動(dòng)判定硬度是 否合格,超差報(bào)警.儀器操作非常簡(jiǎn)單,任何人都可 以操作,無(wú)需培訓(xùn).儀器軟件還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng) 計(jì)、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(duì)大批量工件進(jìn)行 快速的逐件檢測(cè),一人可以完成傳統(tǒng)硬度計(jì)２~３人 的檢測(cè)工作量.

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

３．２ 懸臂式自動(dòng)快速布洛硬度計(jì)

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

儀器工作原理與前述拉桿式快速布洛硬度計(jì)的 完全相同.儀器同樣適用于工廠現(xiàn)場(chǎng),測(cè)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(shí)現(xiàn)了硬度檢測(cè)的全自動(dòng)化.只需按下測(cè)試 鍵,儀器就會(huì)自動(dòng)完成全部測(cè)試程序,包括測(cè)頭接近 工件、夾緊工件、加力、保持、卸力、釋放工件等.測(cè) 試過(guò)程連續(xù)完成,完全排除了人為因素對(duì)測(cè)試過(guò)程 及結(jié)果的影響.無(wú)需刻意拋光工件表面,無(wú)需讀取 壓痕直徑,工件的彈性變形及放置不穩(wěn)都不會(huì)影響 測(cè)試精度.

儀器的測(cè)量頭是浮動(dòng)的,可自動(dòng)上下移動(dòng),無(wú)需 人工調(diào)整測(cè)量頭高度.儀器不再采用測(cè)量臺(tái)絲杠升 降結(jié)構(gòu),不再需要人工調(diào)整測(cè)量臺(tái)的高度.寬大的 測(cè)量平臺(tái),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(yàn) 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(cè) 三種功能,儀器非常適于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)批量工件進(jìn) 行快速的合格檢驗(yàn).

３．３ 懸臂式自動(dòng)快速布氏硬度計(jì)

國(guó) 產(chǎn) 的 懸 臂 式 自 動(dòng) 快 速 布 氏 硬 度 計(jì) 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(cè)試范圍更寬,采用的最 大試驗(yàn)力是２９４００N (３０００kgf);沒(méi)有洛氏硬度測(cè) 試功能. 儀 器 的 試 驗(yàn) 力 范 圍 為 １８３７．５~２９４００ N (１８７．５~３０００kgf),采用２．５,５,１０mm 球壓頭.測(cè) 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(jì)

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

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

其中:搖臂可以擺動(dòng)１８０°,便于上下料;垂直升降裝 置和測(cè)量 頭 可 沿 搖 臂 水 平 滑 動(dòng),距 立 柱 最 大 距 離 ６００mm;測(cè)量頭垂直移動(dòng)距離可達(dá)到６００ mm,距 測(cè)量臺(tái)的最大高度９００~１５００mm.測(cè)量頭內(nèi)有激 光十字定位裝置,瞄準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)后,按下測(cè)試鍵,儀器 可自動(dòng)完成測(cè)量頭接近工件、壓緊工件、壓出壓痕、 釋放工件、抬高測(cè)量頭等全部測(cè)試程序.對(duì)于洛氏 硬度計(jì),測(cè)試后直接顯示洛氏硬度值;對(duì)于布氏硬度 計(jì),一個(gè)壓痕自動(dòng)測(cè)量裝置的測(cè)量頭掛在立柱上,可 用于測(cè)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(cè)轎殼、大型輪轂及剎車鼓、大型 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體及缸蓋、大型或特大型汽車模具等.

４ 汽車零部件檢測(cè)專用硬度計(jì)

某些汽車零部件形狀特殊,測(cè)試要求特殊,不適 合用普通硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè),這樣就產(chǎn)生了對(duì)專用硬 度檢測(cè)裝置的需求.如下幾種專用硬度檢測(cè)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(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

山東某剎車盤生產(chǎn)廠需要一臺(tái)剎車盤硬度自動(dòng) 檢測(cè)系統(tǒng),其設(shè)計(jì)要求包括:自動(dòng)識(shí)別剎車盤型號(hào); 自動(dòng)識(shí)別加強(qiáng)筋,硬度測(cè)試點(diǎn)要在加強(qiáng)筋的正上方; 自動(dòng)識(shí)別盤面的空間位置;在盤面上自動(dòng)銑削多個(gè) 測(cè)試面,銑削深度可設(shè)定,最大銑削深度２ mm;自 動(dòng)收集 銑 屑;每 個(gè) 測(cè) 試 面 上 自 動(dòng) 測(cè) 試 多 點(diǎn);采 用 ２９４００N (３０００kgf)試驗(yàn)力、１０mm 球壓頭測(cè)試布 氏硬度;自動(dòng)測(cè)量壓痕直徑,自動(dòng)顯示硬度值;完成 一個(gè)剎車盤的測(cè)試之后,統(tǒng)計(jì)輸出一份檢驗(yàn)報(bào)告;一 個(gè)剎車盤的檢測(cè)時(shí)間≤１０min(銑削４個(gè)面,銑削深 度２mm,共測(cè)試１２點(diǎn)).

某中國(guó)公司生產(chǎn)的剎車盤硬度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)如 圖５所示.

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

系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:①檢測(cè)人員將剎車盤鑄 件安放到夾具上并夾緊;②按下測(cè)試鍵;③夾具水平 移動(dòng)到工件識(shí)別裝置下方并旋轉(zhuǎn);④工件識(shí)別裝置 上的視覺(jué)傳感器自動(dòng)識(shí)別工件型號(hào)、工件表面位置 和加強(qiáng)筋分布;⑤工件移動(dòng)并旋轉(zhuǎn),銑削裝置在盤面 上銑出若干個(gè)測(cè)試面,銑削過(guò)程中吸屑裝置將鐵屑 吸走;⑥工件移動(dòng)并旋轉(zhuǎn),硬度測(cè)試裝置在銑削面上 壓出一系列布氏硬度壓痕,每個(gè)壓痕都位于加強(qiáng)筋 的正上方;⑦工件移動(dòng)并旋轉(zhuǎn),壓痕測(cè)量裝置測(cè)出每 個(gè)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(yàn)報(bào)告;⑩檢測(cè)人員打開(kāi) 夾具,取下工件,一次測(cè)試完成.

檢測(cè)系統(tǒng)的主要工作參數(shù)包括測(cè)試點(diǎn)數(shù)、測(cè)試 點(diǎn)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(gè)測(cè)試面(銑削深度２mm)、測(cè)試１２點(diǎn)硬 度的總時(shí)間≤１０min. 這套檢測(cè)系統(tǒng)集工件識(shí)別、測(cè)試面銑削、鐵屑收 集、壓出壓痕、測(cè)量壓痕、輸出檢驗(yàn)報(bào)告等多種功能 于一體,并且具有高精度、高效率的特點(diǎn),除人工上、 下料外,全部測(cè)試程序自動(dòng)完成,輸出的檢驗(yàn)報(bào)告可 存儲(chǔ)、可打印、亦可用 U 盤輸出. 這套剎車盤硬度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)于２０１７年６月 在山東某 剎 車 盤 廠 開(kāi) 始 使 用,截 至 目 前 使 用 效 果 良好.

這套剎車盤硬度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)創(chuàng)新,目 前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)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(jī)器人上、下料裝置,就可實(shí)現(xiàn)剎車 盤硬度的在線自動(dòng)檢測(cè).如果這一自動(dòng)化硬度在線檢測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行,將會(huì)使剎車盤生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量 管理工作進(jìn)一步提升.

４．２ 汽車曲軸硬度計(jì)

曲軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)里的關(guān)鍵部件,硬度是曲軸 的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo).無(wú)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(zhǔn)中都對(duì)曲軸的表面硬度 作出了嚴(yán)格規(guī)定.

曲軸的特殊形狀使其硬度檢測(cè)較為困難,曲軸 軸頸硬度無(wú)法使用普通硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè).以前國(guó)內(nèi) 沒(méi)有生產(chǎn)專用的曲軸硬度計(jì).曲軸生產(chǎn)廠通常的做 法是切取試樣,在臺(tái)式硬度計(jì)上進(jìn)行檢測(cè),或者使用 不規(guī)范的里氏硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè).第一種方法檢測(cè)效 率很低;第二種方法檢測(cè)精度不高,可靠性差,其檢 測(cè)結(jié)果往往不被用戶認(rèn)可.

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

這種曲軸硬度計(jì)是由普通洛氏硬度計(jì)改裝而成 的.硬度計(jì)被安裝在一個(gè)可以沿x 軸和y 軸滑動(dòng) 的平臺(tái)上,硬度測(cè)量頭做成細(xì)桿狀,支承座做成V 型 片狀.工作臺(tái)面上還有一個(gè)測(cè)量臺(tái),待測(cè)曲軸安裝 在測(cè)量臺(tái)上.測(cè)試時(shí),拉動(dòng)硬度計(jì),使其沿平面移 動(dòng),使硬度測(cè)量頭對(duì)準(zhǔn)一個(gè)軸頸,按下測(cè)試鍵,儀器 會(huì)自動(dòng)完成硬度測(cè)試,并在顯示屏上顯示出硬度值.

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

硬度測(cè)試時(shí),將曲軸安裝在支架上,將硬度計(jì)拉 起,使硬度計(jì)測(cè)量頭部位掛在待測(cè)軸頸上,按下測(cè)試鍵,儀器可自動(dòng)完成一個(gè)軸頸的檢測(cè),并在顯示器上 顯示出硬度值.移動(dòng)硬度計(jì)可以完成其他軸頸的硬 度檢測(cè).

儀器操作簡(jiǎn)便,測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確,檢測(cè)效率高,測(cè) 試精度符合 GB/T２３１．２－２０１２規(guī)定,檢驗(yàn)報(bào)告可 用 U 盤輸出.

４．３ 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋硬度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

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

用戶的設(shè)計(jì)要求如下:被測(cè)件是４缸發(fā)動(dòng)機(jī)鋁 合金缸蓋鑄造毛坯,要求兩面檢測(cè),每面檢測(cè)點(diǎn)的數(shù) 量和位置分布可設(shè)定;當(dāng)每面檢測(cè)３點(diǎn)時(shí),檢驗(yàn)節(jié)拍 為１８０s/件;測(cè)試精度要求符合 GB/T２３１．２的規(guī) 定;除人工上、下料外,測(cè)試程序全部自動(dòng)化;系統(tǒng)還 應(yīng)具有合格判定、統(tǒng)計(jì)輸出、提供檢驗(yàn)報(bào)告等功能. 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋硬度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖８ 所示.系統(tǒng) 由 硬 度 測(cè) 試 主 機(jī)、吸 屑 裝 置 和 控 制 柜 組成.

硬度測(cè)試主機(jī)由測(cè)量臺(tái)和門架組成.測(cè)量臺(tái)上 安裝有工件夾具、工件移動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(shí)別裝置、打磨裝置、 硬度測(cè)試裝置.其中打磨裝置由打磨頭和升降驅(qū)動(dòng)裝置組成.硬度測(cè)試裝置由硬度測(cè)量頭、壓痕測(cè)量 頭、顯示器、升降驅(qū)動(dòng)裝置等組成.

系統(tǒng)主要工作過(guò)程如下:①檢測(cè)人員將工件放 到工件夾具上;②按下測(cè)試鍵,系統(tǒng)自動(dòng)完成全部測(cè) 試工作,包括夾緊工件,識(shí)別工件,打磨工件,收集磨 屑,壓出壓痕,測(cè)量壓痕直徑,顯示硬度測(cè)試值,其他 點(diǎn)測(cè)試,翻轉(zhuǎn),重復(fù)前述動(dòng)作,完成全部測(cè)試,合格判 定,統(tǒng)計(jì)輸出測(cè)試結(jié)果,釋放工件等;③完成測(cè)試后, 操作人員取下工件.

這套硬度檢測(cè)系統(tǒng)除人工上、下料外,全部測(cè)試 程序自動(dòng)完成,測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確,檢測(cè)效率高,可以完 全排除人為因素造成的錯(cuò)檢、漏檢,如果配上機(jī)器人 上、下料裝置,就可安裝在生產(chǎn)線上,實(shí)現(xiàn)缸蓋硬度 的在線自動(dòng)檢測(cè). 本系統(tǒng)目前只是一個(gè)設(shè)計(jì)方案,但已通過(guò)用戶 評(píng)審,預(yù)計(jì)后期將形成產(chǎn)品.

５ 硬度在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

目前,汽車零部件硬度在線檢驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)取得 了突破性進(jìn)展[５Ｇ６].由中國(guó)某公司設(shè)計(jì)制造的國(guó)內(nèi) 汽車零部件行業(yè)第一套硬度在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng) 開(kāi)始應(yīng)用.還有一些針對(duì)不同產(chǎn)品的項(xiàng)目正在實(shí) 施,一些設(shè)計(jì)方案正在推進(jìn)中.

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

測(cè)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(jì) 要 求 如 下:采 用 ２９ ４００ N (３０００kgf)試驗(yàn)力、１０ mm 球壓頭檢測(cè)布氏硬度, 測(cè)試精度符合 GB/T２３１．２－２０１２的規(guī)定;實(shí)現(xiàn)全 自動(dòng)檢測(cè),無(wú)人工干預(yù);為避免工件變形,夾具應(yīng)直接支撐測(cè)試面的下方;可自動(dòng)識(shí)別工件型號(hào)及表面 位置;打磨深度０~２ mm,可設(shè)定;磨屑自動(dòng)收集; 帶合格 判 定 功 能;不 合 格 件 聲 光 報(bào) 警;檢 測(cè) 節(jié) 拍 ≤２００s/件;每天檢測(cè)結(jié)束后輸出統(tǒng)計(jì)報(bào)表.

系統(tǒng)由底臺(tái)、臺(tái)車、門架、硬度測(cè)量頭、壓痕測(cè)量 頭、打磨裝置、吸屑裝置、工件識(shí)別裝置、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝 置、控制柜等組成.

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

系統(tǒng)主要裝置的工作細(xì)節(jié)如圖１０所示.

本檢測(cè)系統(tǒng)是自主創(chuàng)新產(chǎn)品,首次在剎車鼓上 實(shí)現(xiàn)了硬度在線自動(dòng)檢測(cè),國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例.系統(tǒng) 還具有如下特點(diǎn):①測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠,測(cè)試精度符 合 GB/T２３１．２－２０１２的規(guī)定,測(cè)試值可溯源到國(guó) 家基準(zhǔn);②檢測(cè)效率高,無(wú)人工崗,實(shí)現(xiàn)了“減員增 效”“機(jī)器換人”;③可遠(yuǎn)程通信,向信息中心傳送數(shù) 據(jù),接受遠(yuǎn)程控制;④可按日、批或型號(hào)統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié) 果,輸出檢驗(yàn)報(bào)告,檢驗(yàn)報(bào)告可隨貨提供給客戶.

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