[发明专利]电动液压布氏硬度测试头及电动液压便携式布氏硬度计

说明书

电动液压布氏硬度测试头及电动液压便携式布氏硬度计，属于金属硬度计技术领域，克服了现有技术在便携式布氏金属硬度测试器长期存在的手动泵加力不能提供准确的试验力并保持至规定时间的缺陷，特征是在液压集成块上安装有控制器、电池组和电机，在液压集成块中安装有电动柱塞泵，并在插装式阀座内部安装单向阀，有益效果是，通过控制器控制电机驱动微型的电动柱塞泵持续加力，实现了试验力在保持时间内的稳定精确，使试验原理、试验力精度及硬度测量结果的示值误差和重复性误差符合相关国内外标准的规定，并具有测量操作简单，测量过程快速，效率高，试验结果准确、可靠性高的特点，保证了便携式硬度计小型化、轻量化和现场使用的基本要求。

技术领域

本发明属于金属硬度计技术领域，特别涉及使用布氏硬度测试方法的电动液压布氏硬度测试头及电动液压便携式布氏硬度计。

背景技术

国家标准GB/T 231.1《金属材料 布氏硬度试验 第1部分：试验方法》规定了布氏硬度试验的原理：对一定直径碳化钨合金球施加规定的试验力将其压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，经计算或查表得到布氏硬度值。该标准还规定试验力保持时间为10～15s。

国家标准 GB/T 231.2《金属材料 布氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验与校准》规定了对布氏硬度计的技术要求，规定试验力的允许误差为标称值的±1.0%，还规定了代表硬度计测量精度的示值误差和重复性误差。

美国标准ASTM E10《金属材料布氏硬度试验方法》也作出了与GB/T 231.1和GB/T231.2相近的规定。

按照国内外标准的规定，布氏硬度试验的三个基本要素是准确的规定的试验力、试验力保持规定的时间和使用规定的球。此外，国内外标准还规定了布氏硬度计的试验力精度和布氏硬度测量精度。

公开号为CN103765188A的发明专利申请公开了一种“便携式布氏金属硬度测试器”，通过阅读该发明的说明书可知，该发明是为了解决美国专利3,129,582和4,361,034中公开并且声明专利保护的便携式布氏金属硬度测试器存在的校准及更换油处理期间发生液压流体泄漏、污染液压流体的风险以及操作行为过度的技术人员在进行测试时手动操作油泵加力过程中无意或者可能有时半故意地拉动泵柄经过大于测试器设计的角度行程范围，从而或者使泵柄断裂或者对测试器内油泵的内齿轮造成损坏，致使测试器不能继续使用，直到其被修复为止。该发明采用的技术方案包括测试头，测试头安装在托架上，并能沿着升降丝杠垂直运动，该布氏金属硬度测试器包括可调节阀，用于释放测试头内的液体压力。但是，该发明仍然采用手动泵加力，即在液压集成块的侧面设置手动柱塞泵，操作者依靠拉动泵柄通过齿轮齿条传动驱动柱塞泵工作，此外，该发明在压集成块的上面安装有力值指示表，操作者需要反复拉动泵柄，直到指示表指示的试验力值达到设定值，还要再多次拉动泵柄，使指示表指示的试验力值多次达到设定值，这样才能完成一次测量。该发明所引用的背景技术是1964年的美国专利3,129,582和1982年的美国专利4,361,034，更早的背景技术是1942年的美国专利2,297,758。这项早期的美国专利开创了采用便携式硬度计在生产现场进行大试验力的布氏硬度试验的先河，使过去对于大型的、不便移动的工件不得不截取试样送实验室检验的情况得到改变，这项技术在当时是一项重要的技术进步，因此，根据这项技术制造的便携式布氏硬度计被美国标准ASTM E110作为优选的便携式布氏硬度计而采纳。几十年来这种硬度计在世界范围内受到广泛欢迎，在进行铸造、锻造、钢材、有色金属热处理零件的硬度检测时，这种利用液压原理施加试验力的便携式布氏硬度计得到非常广泛的使用，成为主流产品。这项技术发明了近80年，尽管期间进行了多次改进，但是，在其原理和结构上都没有发生重大变化，仍然采用手动柱塞泵人工加力。这种技术存在如下三点明显的不足和缺陷：第一，该发明不符合国家标准 GB/T 231.1和美国标准ASTM E10规定的布氏硬度试验原理，也不符合上述标准关于试验力保持时间的规定。原因是，当试验力达到设定值后，可调节阀会打开，试验力不再增加。但是，在试验力作用下，球压头会压入试样表面，产生压痕，此时球压头向下移动，油缸的压力也随之下降，当试验力刚刚低于设定值时，可调节阀关闭，随着球压头继续压入试样表面，试验力会进一步下降，直至操作者再次拉动泵柄施加试验力，当试验力再次超过设定值时，可调节阀会再次打开，试验力不再增加。根据美国标准ASTM E110-82（1997）的规定，使用这种液压装置不可能使试验力一直保持在调节阀打开的那一点上，因此，应使试验力重复几次达到这一点。对于钢铁材料，当采用3000kg试验力时，应使试验力重复达到设定值3次，以等效于在标准方法中试验力保持15s的效果。可见，采用该发明进行布氏硬度试验时，试验力不能保持，不符合国家标准GB/T231.1和美国标准ASTM E10规定的布氏硬度试验原理和关于试验力保持时间的规定。特别是对于通过了ISO9001质量体系认证的单位，被要求其计量检测设备应符合相应的国家标准，应通过计量检定或计量校准，获得相应的检定证书或校准证书。而采用现有技术的液压式便携布氏硬度计不符合相应标准，不能通过计量检定或计量校准，不能获得相应的检定证书或校准证书，所以，不符合ISO9001质量体系的要求。第二，采用该发明进行布氏硬度试验，试验力是大幅波动的，这一点不符合国家标准 GB/T 231.2和美国标准ASTM E10中关于试验力精度的规定，其布氏硬度测量精度不能满足标准GB/T 231.2和ASTM E10中关于示值误差和重复性误差的要求，与采用标准布氏硬度试验方法的布氏硬度计测量结果相比会有较大偏差。第三，采用该发明进行布氏硬度试验，其操作麻烦，需要多次反复拉动加力杆，即泵柄，使力值表指针3次达到设定值。这种测量操作，费力费时，需要操作者付出较大的体力支出，并且检测效率较低。此外，为了解决由于当操作过度或者受教育不足的操作者无意间将过大的作用力施加到泵柄时会导致过度使用测试器引起测试器液压泵齿轮和齿条组合断裂的问题，该发明在托架上连接有止动件，以用于限制泵柄转动可旋转轴的角运动，一旦操作者学会正确操作便携式布氏金属硬度测试器，便可以移除止动结构部件。可见，该发明依然存在着测试器液压泵齿轮和齿条组合断裂的隐患。