鋼球壓碎載荷實(shí)驗(yàn)方法的探討

摘 要：本文對(duì)鋼球壓碎載荷實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，介紹了利用壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)，通過(guò)設(shè)計(jì)特殊夾具，進(jìn)行鋼球壓碎載荷測(cè)試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理、判定進(jìn)行了探討，對(duì)鋼球壓碎載荷試驗(yàn)人員的操作、結(jié)果判定非常有幫助。

關(guān)鍵詞：鋼球 壓碎載荷 結(jié)果判定 壓碎試驗(yàn)夾具

中圖分類號(hào)：TH11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0060-01

鋼球是牙輪鉆頭的重要軸承零件，球和其它部件接觸面積小，具有摩擦力小的優(yōu)點(diǎn)，但由于接觸面積小，在軸承零件中，球最容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，工作過(guò)程被壓碎或產(chǎn)生永久變形，從而導(dǎo)致鉆頭失效，壓碎載荷指標(biāo)對(duì)鋼球是一個(gè)重要指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

由于鋼球作為滾動(dòng)零件，通常為點(diǎn)接觸受力，實(shí)驗(yàn)過(guò)程模擬鋼球受力狀態(tài)，取三個(gè)同等規(guī)格的鋼球?yàn)橐唤M，將三個(gè)球垂直放入設(shè)計(jì)的胎具內(nèi)，保證三個(gè)球在同一軸線上，加壓時(shí)中間的鋼球?yàn)閮啥它c(diǎn)接觸受力，中間的鋼球?yàn)辄c(diǎn)接觸，而上下兩個(gè)球起支撐作用，分別為一端與中間鋼球點(diǎn)接觸，另一端與夾具支撐座的V型錐工作面環(huán)行線接觸。在材料試驗(yàn)機(jī)上按照規(guī)定方法施加壓載荷，直至鋼球壓碎時(shí)的瞬時(shí)負(fù)荷值。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)和實(shí)驗(yàn)夾具組成。力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)提供壓碎鋼球所需要的力；實(shí)驗(yàn)夾具提供支撐作用，并保證實(shí)驗(yàn)力正確施加在鋼球上，夾具包括具有V型錐槽的支撐底座和壓桿、可以把底座和壓桿連接起來(lái)的連接件、防止壓碎后鋼球飛起造成破壞的保護(hù)筒組成。壓桿和底座必須具有足夠的厚度、強(qiáng)度和硬度，保證受力過(guò)程夾具自身不會(huì)損壞，可用碳素工具鋼或軸承鋼制造，淬回火后硬度為60～65 HRC。從試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)人員及設(shè)備的安全考慮，保護(hù)筒要有足夠厚度和強(qiáng)度防止鋼球在壓碎試驗(yàn)時(shí)，碎塊飛出夾具，造成破壞。鋼球壓碎載荷試驗(yàn)示意圖（見圖1）。

3 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)鋼球壓碎載荷試驗(yàn)原理，鋼球壓碎試驗(yàn)流程和操作注意事項(xiàng)如下。

（1）每批經(jīng)過(guò)熱處理的鋼球取3組球，每組3個(gè)，根據(jù)球的大小選擇壓碎夾具，通常鋼球沒入夾具V型凹槽的深度為鋼球直徑尺寸的1/3～1/2較為恰當(dāng)，按示意圖將鋼球安裝在夾具內(nèi)，并裝好保護(hù)筒。鋼球壓碎前要檢查球的尺寸公差應(yīng)一致，鋼球表面不得有砂輪傷、凹坑、碰傷和麻點(diǎn)等表面缺陷。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)其加載速度可按980～5880 N/s進(jìn)行加載，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量保持勻速加載，不得突然改變加載速度和中途卸去載荷。

（3）進(jìn)行壓碎載荷實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)鋼球施加的載荷已經(jīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值時(shí)，雖然鋼球未被壓碎，亦可卸載，而在退除載荷時(shí)球發(fā)生破碎，此結(jié)果按合格處理。如有特別要求可將鋼球加載至壓碎為止。

（4）將壓碎胎具由實(shí)驗(yàn)機(jī)上取下，打開保險(xiǎn)罩，將球迅速取出扔到帶蓋的鐵箱內(nèi)，以防止鋼球爆碎而傷人，然后記錄其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因?yàn)殇撉虬卜挪划?dāng)而脫落而造成結(jié)果不準(zhǔn)確時(shí)，此結(jié)果作廢，重新取樣實(shí)驗(yàn)；如鋼球有不合標(biāo)準(zhǔn)的明顯缺陷而造成結(jié)果不準(zhǔn)確時(shí)，應(yīng)依據(jù)外觀驗(yàn)收條件進(jìn)行報(bào)廢或其他方式處理。

（6）實(shí)驗(yàn)時(shí)鋼球達(dá)到最大載荷后由于屈服，壓碎載荷小于標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)記錄壓碎載荷值；如果按照標(biāo)準(zhǔn)加壓速度，屈服后載荷值基本不變化，持續(xù)5分鐘而不發(fā)生破碎，這時(shí)應(yīng)該停止加壓，并記錄最大載荷值，并注明鋼球未發(fā)生破碎，如果最大值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，則應(yīng)判為合格。

（7）球破碎時(shí)，有的實(shí)驗(yàn)機(jī)震動(dòng)很大，而使指針產(chǎn)生跳動(dòng)，使讀數(shù)不準(zhǔn)，因此要注意鋼球?qū)⒁扑闀r(shí)的載荷讀數(shù)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理、判定方法討論

通過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋼球在承載壓力試驗(yàn)時(shí)壓縮曲線大致可分兩類：第一類，鋼球在壓縮過(guò)程中，先出現(xiàn)彈性變形，壓力與變形量呈線性關(guān)系，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，開始出現(xiàn)永久變形，隨著載荷的繼續(xù)增大，永久變形量逐漸變大，整個(gè)過(guò)程未出現(xiàn)明顯屈服點(diǎn)，直到鋼球碎裂為止，這種情況下最大力與壓碎載荷相等。在鋼球壓碎實(shí)驗(yàn)中，除出現(xiàn)以上情形外，可能會(huì)出現(xiàn)第二類情形，鋼球在壓縮過(guò)程中，先出現(xiàn)彈性變形，壓力與變形量呈線性關(guān)系，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，開始出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，隨著變形量的逐漸增加，試驗(yàn)機(jī)的指針開始停止或倒退（負(fù)荷不增加，變形繼續(xù)增加），直到鋼球碎裂，或出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)碎裂情況。加載變形過(guò)程中，在一定壓力下出現(xiàn)變形的鋼球接觸面明顯增加，鋼球已經(jīng)不再是點(diǎn)接觸，而表現(xiàn)為面接觸，加壓過(guò)程先經(jīng)過(guò)彈性變形，達(dá)到最大力后，載荷逐漸減小，隨著時(shí)間的推移，載荷降低到一定程度后在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)變化很小，這種情況大多出現(xiàn)在直徑超過(guò)為15 mm的較大鋼球，指針回復(fù)到一定程度后持續(xù)幾分鐘甚至幾十分鐘，載荷基本不發(fā)生變化，鋼球也未碎裂，但產(chǎn)生了永久變形。由于鋼球未發(fā)生碎裂，沒有壓碎載荷值，因?yàn)樵趯?shí)際工作中，鋼球承受的載荷沒有達(dá)到最大載荷值時(shí)，鋼球基本不發(fā)生屈服變形，鋼球處于安全狀態(tài)。這種情況下建議記錄最大載荷值，并在檢測(cè)報(bào)告中注明鋼球未發(fā)生碎裂，這樣以供技術(shù)人員參考。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的鋼球壓碎載荷實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)確性好，可操作性強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的特殊情況給出明確的操作和判定方法，能夠更好指導(dǎo)鋼球壓碎載荷實(shí)驗(yàn)人員的操作和判定。

參考文獻(xiàn)

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