CN111751235A - 一种定度硬度块的工作台及其定度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定度硬度块的工作台及其定度方法，属于定度硬度块领域。本发明的定度硬度块的工作台，工作盘和凸轮为一体结构，顶部为支撑硬度块的工作盘，工作盘下方为按硬度块工作面均匀分布打点样条曲线设计的凸轮；底座上固定有直线导轨和支架，第一轴承座固定在直线导轨的滑块上，用于实现工作盘的直线运动，第一轴承座上有止推轴承；芯轴上有棘轮，第一轴承座上有限位机构，以实现单向旋转；支架机构与凸轮间安装有弹簧，以保证凸轮与支杆始终处于相切状态；工作盘上的刻线与支杆上的刻线对齐时，即到达打点处。本发明的定度硬度块的工作台，避免了因人工操作带来的定度误差。

Description

一种定度硬度块的工作台及其定度方法

技术领域

本发明属于定度硬度块领域，尤其是一种定度硬度块的工作台及其定度方法。

背景技术

硬度块的定度是通过标准洛氏硬度计来定度的。《标准金属洛氏硬度块》中规定了硬度块的定度方法，具体的方法是用标准洛氏硬度计在硬度块的工作面上压出6个压痕，第1个压痕忽略不计，其余5个压痕均匀分布。所测定的5个压痕硬度值的算术平均值为该硬度块的硬度值，5个压痕硬度值中的最大值和最小值之差即为硬度块的均匀度。均匀度是硬度块的主要技术指标，《标准金属洛氏硬度块》检定规程中要求5个压痕应均匀分布，但没有具体的均匀分布方法。

在定度硬度块的实际工作中，操作人员凭工作经验，手动移动硬度块使其工作面相对于标准洛氏硬度计主轴的位置发生变化，逐点进行压痕试验。由于在整个定度过程中硬度块位置的转换均为手动操作，很难保证所测定的5个硬度压痕是真正意义上的均匀分布，所测得结果可能会与理想均匀分布状态下所测结果之间存在一定的偏差。

发明内容

本发明的目的在于克服硬度定度过程中硬度块位置的转换为手动操作，难以保证所测定的5个硬度压痕的均匀分布的缺点，提供一种定度硬度块的工作台及其定度方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种定度硬度块的工作台，包括底座，底座上设有直线导轨，所述直线导轨上设有滑块，所述滑块上设有第一轴承座，所述第一轴承座内设有止推轴承，所述止推轴承内设有芯轴，所述芯轴向上延伸高出第一轴承座，所述芯轴上端设有凸轮工作盘，位于凸轮工作盘与止推轴承之间的芯轴的外围设有棘轮，第一轴承座上还设有用于防止棘轮反转的限位机构；

所述凸轮工作盘的顶部为工作盘，工作盘下方为按硬度块压痕运动轨迹设计的凸轮，工作盘外围设有两个弧形的压紧块；

所述底座上还设有支架，支架上设有支杆和弹簧，所述支杆的末端为球形触头，所述弹簧与所述第一轴承座相连接，以保持所述支杆与凸轮工作盘的凸轮始终处于相切的接触状态；

所述凸轮工作盘的工作盘外圆上按打点角度设有角度分度刻线，所述支架上端设有刻线，当两线对齐时，即到达硬度块打点处。

进一步，所述棘轮上的打点以18°、20齿设计。

进一步，工作盘外圆上的角度分度刻线包括0°刻线、36°刻线、72°刻线、144°刻线、216°刻线和288°刻线。

进一步，所述凸轮工作盘的工作盘上设有同心圆刻线。

进一步，所述凸轮工作盘上还设有用于为压紧块提供行程的螺杆，所述两个压紧块所在的螺杆的旋向相反。

进一步，螺杆的一端还设有手柄。

进一步，止推轴承与工作盘下方的芯轴为过盈配合。

本发明的定度硬度块的工作台的定度方法，包括以下步骤：

1)将硬度块置于工作盘上，推动压紧块直至压紧硬度块，将凸轮工作盘上角度0°刻线与支架上端刻线对齐，此时，预压痕“1”的位置处于标准洛氏硬度计主轴压头的正下方，启动硬度计对硬度块施加压痕“1”；

2)转动凸轮工作盘，凸轮工作盘转动且在支杆的推动下在直线导轨上滑动，硬度块随之同步运动，直至工作盘上的36°刻线与支架上端刻线对齐，此时，压痕“2”的位置处于标准洛氏硬度计主轴压头的正下方，启动硬度计对硬度块施加压痕“2”；

3)转动凸轮工作盘，分别实现工作盘上72°刻线、144°刻线、216°刻线和288°刻线与支架上端刻线对齐，完成压痕“3”、压痕“4”、压痕“5”、压痕“6”的打点；

4)解除对硬度块的压紧，取下硬度块，完成定度。

进一步，将本发明的定度硬度块的工作台安装在标准洛氏硬度计的机架上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的定度硬度块的工作台，工作盘和凸轮为一体结构，顶部为支撑硬度块的工作盘，工作盘下方为按硬度块工作面均匀分布打点样条曲线设计的凸轮，凸轮与支架上的球形触头相接触，用于控制工作盘的横向位移量；底座上固定有直线导轨和支架，第一轴承座固定在直线导轨的滑块上，用于实现工作盘的直线运动，第一轴承座上安装有止推轴承，用于承受轴向作用力；芯轴上固定有棘轮，同时第一轴承座上设有限位机构，以实现单向旋转和角度的精确定位；支架机构与凸轮间安装有确保工作盘沿直线导轨往复直线运动的弹簧，通过弹簧的拉力保证在直线运动过程中凸轮与支杆始终处于相切状态；工作盘上的刻线与支杆上的刻线对齐时，即到达打点处。本发明的定度硬度块的工作台，具有定位作用，避免了因人工操作带来的定度误差，且工作盘能够同时做转动和直线运动，兼顾了径向和周向的定度。

进一步的，凸轮工作盘上设有同心圆环刻线，便于硬度块置于工作盘中心位置。

进一步的，工作盘内安装有传动螺杆，螺杆两端的螺纹分别为右旋螺纹和左旋螺纹，能够实现两对螺纹副上的滑块相向运动，从而对硬度块进行夹持和定位，防止在工作过程中硬度块相对于工作盘发生相对移动。

本发明的定度硬度块的工作台的定度方法，操作简单，定度精确。

附图说明

图1为标准金属洛氏硬度块的定度压痕的分布图；

图2为标准金属洛氏硬度块的定度压痕的运动轨迹；

图3为本发明的定度硬度块的工作台的剖视图。

其中：1-底座；2-直线导轨；3-滑块；4-第一轴承座；5-止推轴承；6-限位机构；7-棘轮；8-凸轮工作盘；9-限位挡板；10-轴承；11-第二轴承座；12-压紧块；13-硬度块；14-螺杆；15-手柄；16-支架；17-支杆；18-弹簧；19-芯轴。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

标准洛氏硬度块的热处理和表面加工状态是影响其硬度不均匀主要因素，在JJG113-2013《标准金属洛氏硬度块》检定规程中规定了硬度块的定度方法，具体的方法是用标准洛氏硬度计在标准金属洛氏硬度块的工作面上压出6个压痕，第1个压痕忽略不计，其余的5个压痕均匀分布硬度。压痕应在硬度块圆环形的有效工作区域由内至外和360°圆周内均匀分布。

参见图1，图1为标准金属洛氏硬度块的定度压痕的分布图；洛氏硬度块是直径为φ60的圆形试块，中心区域为φ10的通孔，此区域为非有效工作区域。技术标准中要求“压痕中心至硬度块边缘的距离不小于压痕直径的2.5倍”，常用的洛氏硬度块压痕直径不大于φ1mm，硬度块外圆和内孔均有1×45°倒角。压痕直径按φ1mm进行计算，倒角在工作面的投影为1mm，在满足“压痕中心至硬度块边缘的距离不小于压痕直径的2.5倍”要求的情况下，硬度块的有效工作区域应该是在φ17至φ53的圆环面内。在减去边缘倒角及压痕中心至硬度块边缘的距离，离圆心最近的压痕分布在φ17的圆上，离硬度块边缘最近的压痕分布在φ53的圆上，自φ17至φ53圆环内沿硬度块径向进行4等分，5个压痕分别分布在φ17、φ26、φ35、φ44和φ53的圆上，压痕“1”为硬度块定度的预压痕，其硬度值忽略不计，压痕“1”和压痕“2”均分布在φ17的圆周上，二者之间夹角为36°，压痕“2”至压痕“6”在圆周上按72°均匀分布。以上的洛氏硬度块定度压痕的分布方法是基于硬度块工作面特点设定的，能够真实地测得硬度块的均匀度。

参见图2，图2为标准金属洛氏硬度块的定度压痕的运动轨迹，根据硬度块压痕均匀分布图，逐点进行拟合连线，得到硬度块压痕运动轨迹，依据此运动轨迹进行硬度块工作面均匀分布打点样条曲线的设计。

参见图3，图3为本发明的剖视图，本发明包括底座1，底座1上固定有直线导轨2；直线导轨2与滑块3配合实现工作盘的直线运动功能；第一轴承座4通过螺钉固定在滑块3上；止推轴承5固定在第一轴承座4内，止推轴承与工作盘下方的芯轴为过盈配合，实现工作盘相对底座的转动；凸轮工作盘8(凸轮和工作盘为一体结构)通过键固定在轴19上；棘轮7同样通过键连接固定在轴19上，并被安装在第一轴承座4和凸轮工作盘8中间，在第一轴承座4上安装有限位机构6，棘轮7按打点情况以18°和20齿设计；限位机构6固定在第一轴承座4上，使设备转动系统只能按顺时针方向转动，防止凸轮工作盘8可能会因支杆17的支撑作用力反转；弹簧18安装在第一轴承座4和支架机构16之间，通过弹簧拉紧力保持凸轮与支架机构上的支杆17始终处于相切的接触状态；硬度块13通过压紧块12固定在凸轮工作盘8上，为实现硬度块13与设备的快速定心功能，在凸轮工作盘8上设有同心圆环刻线，便于硬度块13放于凸轮工作盘8的中心位置，通过转动手柄15使两端分别为左旋和右旋的螺杆14转动，从而带动两个弧形压紧块12压紧硬度块13，螺杆14的两端设有第二轴承座11，第二轴承座11和螺杆14之间设有限位挡板9，轴承10安装在第二轴承座11中，轴承11与第二轴承座11之间为过盈配合；支架机构16安装在底座1上，支架机构16上设有与凸轮工作盘8相切的球形触头支杆17，且支架16上端设有刻线，凸轮工作盘8上设有角度分度刻线，当两线对齐时，硬度块到达打点位置。通过手柄15转动带动螺杆14转动，螺杆14上的两个螺纹分布为左旋和右旋螺纹，螺杆14的转动带动两个弧形压紧块12相向运动或相反运动，从而压紧或松开被测硬度块。

本发明的定度硬度块的工作台的工作过程如下：

将凸轮工作盘8上角度0°刻线与支架上端刻线对齐，将硬度块放置于凸轮工作盘8上，转动手柄15使两端的左旋和右旋的螺杆14转动，从而使两个弧形压紧块12压紧硬度块13，此时，预压痕“1”的位置处于标准洛氏硬度计主轴压头的正下方，此位置即为工作台的初始位置；

启动硬度计对硬度块施加压痕“1”，第一个压痕打点结束后，通过手动转动凸轮工作盘8，实现硬度块13的转动，当工作盘上角度36°刻线与支架上端刻线对齐，此时压痕“2”的位置处于标准洛氏硬度计主轴压头的正下方，启动硬度计对硬度块施加压痕“2”；

依次通过手动转动凸轮工作盘8，分别实现工作盘上角度72°、144°、216°和288°刻线与支架上端刻线对齐，完成压痕“3”至压痕“6”的打点；

待压痕“6”打点结束后，手动转动凸轮工作盘8使其上的角度0°刻线与支架16上端刻线对齐，使凸轮工作盘8处于初始位置，转动手柄15解除对硬度块的夹持，取出硬度块，完成一个硬度块的定度。

在凸轮工作盘8的转动过程中，通过棘轮7和限位机构6实现角向自锁，防止工作过程角相惯性转动，用于实现硬度块旋转运动的单向旋转和角度的精确定位；凸轮工作盘8与支架机构16上安装的球形触头支杆17相切，凸轮工作盘8转动时，与之相切的球形触头支杆17推动第一轴承座4上固定的滑块3沿直线导轨2直线运动，实现凸轮工作盘8和硬度块13的联动，用于控制硬度块直线运动的位移量。

本发明的工作台实现了工作盘的圆周和直线运动相结合的复合运动形式，使放置于工作盘上的硬度块与工作盘一起做同样的复合运动，从而实现标准洛氏硬度计对硬度块按预定轨迹在其工作面上沿径向和圆周方向施加6个硬度压痕的目的，其中，2～6压痕均匀分布。

本发明的定度硬度块的工作台通过螺栓和定位销安装在标准洛氏硬度计的机架上。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种定度硬度块的工作台，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)上设有直线导轨(2)，所述直线导轨(2)上设有滑块(3)，所述滑块(3)上设有第一轴承座(4)，所述第一轴承座(4)内设有止推轴承(5)，所述止推轴承(5)内设有芯轴(19)，所述芯轴(19)向上延伸高出第一轴承座(4)，所述芯轴(19)上端设有凸轮工作盘(8)，位于凸轮工作盘(8)与止推轴承(5)之间的芯轴(19)的外围设有棘轮(7)，第一轴承座(4)上还设有用于防止棘轮(7)反转的限位机构(6)；

所述凸轮工作盘(8)的顶部为工作盘，工作盘下方为按硬度块压痕运动轨迹设计的凸轮，工作盘外围设有两个弧形的压紧块(12)；

所述底座(1)上还设有支架(16)，支架(16)上设有支杆(17)和弹簧(18)，所述支杆(17)的末端为球形触头，所述弹簧(18)与所述第一轴承座(4)相连接，以保持所述支杆(17)与凸轮工作盘(8)的凸轮始终处于相切的接触状态；

所述凸轮工作盘(8)的工作盘外圆上按打点角度设有角度分度刻线，所述支架(16)上端设有刻线，当两线对齐时，即到达硬度块打点处。

2.根据权利要求1所述的定度硬度块的工作台，其特征在于，所述棘轮(7)上的打点以18°、20齿设计。

3.根据权利要求1所述的定度硬度块的工作台，其特征在于，工作盘外圆上的角度分度刻线包括0°刻线、36°刻线、72°刻线、144°刻线、216°刻线和288°刻线。

4.根据权利要求1所述的定度硬度块的工作台，其特征在于，所述凸轮工作盘(8)的工作盘上设有同心圆刻线。

5.根据权利要求1所述的定度硬度块的工作台，其特征在于，所述凸轮工作盘(8)上还设有用于为压紧块(12)提供行程的螺杆(14)，所述两个压紧块(12)所在的螺杆(14)的旋向相反。

6.根据权利要求5所述的定度硬度块的工作台，其特征在于，螺杆(14)的一端还设有手柄(15)。

7.根据权利要求1所述的定度硬度块的工作台，其特征在于，止推轴承(5)与工作盘下方的芯轴(19)为过盈配合。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的定度硬度块的工作台的定度方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将硬度块置于工作盘上，推动压紧块(12)直至压紧硬度块，将凸轮工作盘(8)上角度0°刻线与支架(16)上端刻线对齐，此时，预压痕“1”的位置处于标准洛氏硬度计主轴压头的正下方，启动硬度计对硬度块施加压痕“1”；

2)转动凸轮工作盘(8)，凸轮工作盘(8)转动且在支杆(17)的推动下在直线导轨(2)上滑动，硬度块随之同步运动，直至工作盘上的36°刻线与支架上端刻线对齐，此时，压痕“2”的位置处于标准洛氏硬度计主轴压头的正下方，启动硬度计对硬度块施加压痕“2”；

3)转动凸轮工作盘(8)，分别实现工作盘上72°刻线、144°刻线、216°刻线和288°刻线与支架(16)上端刻线对齐，完成压痕“3”、压痕“4”、压痕“5”、压痕“6”的打点；

4)解除对硬度块(13)的压紧，取下硬度块，完成定度。

9.根据权利要求8所述的定度方法，其特征在于，步骤1)之前还包括将权利要求1-7任一项所述的定度硬度块的工作台安装在标准洛氏硬度计的机架上。

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