冲压件硬度的检测方法

冲压件是金属加工、机械制造领域最常用的零件。冲压件加工是利用模具使金属板带发生分离或成形的加工方法。其应用范围十分广阔。 冲压件加工包括冲裁、弯曲、拉深、成形、精整等工序。冲压件加工的材料主要是热轧或冷轧（以冷轧为主）的金属板带材料，例如碳钢板、合金钢板、弹簧钢板、镀锌板、镀锡板、不锈钢板、铜及铜合金板、铝及铝合金板等。 金属材料的硬度检测在冲压件加工过程中具有十分重要的意义。冲压行业的硬度检测可分为如下三部分： 原材料的进厂检测。 模具的硬度检测。 冲压件中间产品和冲压件成品的硬度检测。 现分别介绍如下： 金属板材的硬度检测 冲压件材料的硬度检测，其主要目的就是确定购入的金属板材退火程度是否适于随后将要进行的冲压件加工，不同种类的冲压件加工工艺，需要不同硬度级别的板材。 热轧钢板通常较厚，钢材标准中一般规定用布氏硬度计来检测硬度。洛氏硬度计检测热轧钢板也是可行的，可以采用HRB标尺。便携式洛氏硬度计用于测试热轧钢板，可以在不取样的条件下进行测试，操作很简便。 各种用于冲压件加工的冷轧钢板主要采用洛氏硬度计来检测硬度，通常用HRB标尺，较硬的用HRC标尺。薄板材料可以用维氏硬度计，也可以用表面洛氏硬度计HRN或HRT标尺。 用于冲压件加工的黄铜板的硬度可以用洛氏硬度计的HRB标尺进行检测。较软的黄铜板和紫铜板采用HRF标尺。较薄的板材采用HRT标尺。 用于冲压件加工的铝合金板可用韦氏硬度计检测，材料厚度大于13 mm时可改用巴氏硬度计，纯铝板或低硬度铝合金板应采用巴氏硬度计。 用于冲压件加工的各种金属的极薄板材都可以采用表面洛氏硬度计的HR30T标尺并配合金刚石点砧座，用这种方式测试HR30Tm硬度值。测试的薄板厚度可小于0.05mm。这种试验方法在国家标准GB/T 230.1-2004的附录A中被规定。也可以采用表面洛氏硬度的HR15T和HR45T标尺，测试后换算成HR30Tm硬度值。 PHR系列便携式洛氏/表面洛氏硬度计可以在材料仓库或销售现场使用，对入厂的板材进行检验可以不必取样。它还可以将原材料的检验前移到采购阶段。可以携带仪器到钢材厂或钢材市场去选购材料，确认板材硬度符合要求后再采购。 冲压件模具的硬度检测 冲压件模具的主要材料是模具钢（包括工具钢和高速钢），有时还要用到硬质合金。 冲压件模具通常要求具有很高的硬度和耐磨性，热处理是必不可少的。 模具钢的硬度检测主要采用洛氏硬度计，测试HRC硬度值。当模具较大，不便移动时可采用里氏硬度计。硬质合金的硬度检测采用洛氏硬度HRA标尺。 为了得到高的表面硬度和耐磨性，许多冲压件模具和冲压件模具配件都要进行表面热处理，例如表面渗氮。对于这样的模具人们非常关心它的表面硬度和硬化层深度。对于体积不太大，移动方便的冲压件模具，可直接在表面洛氏硬度计上测试其表面硬度HRN值。体积较大，不易移动的只好采用切割试样的办法，取样后在表面洛氏硬度计上测试HRN值。也可以用维氏硬度计测试HV值。还有一种办法是用相同材料制成小块试片，在相同条件下进行热处理，然后测出试片的硬度值，以此来估计冲压件模具的硬度。 PHR系列便携式表面洛氏硬度计可以用于一部分小型冲压件模具表面硬度的测试。遗憾的是这种仪器的最大开口只有50mm，许多大一些的冲压件模具无法测试。开口为100mm和200mm的表面洛氏硬度计正在研制中，届时很大一部分冲压件模具都可以在现场测试了。 表面热处理冲压件模具的硬化层深度可以用维氏或努氏硬度计检测。检测方法可参考网站上笔者的其他文章。 在测试经过表面热处理的冲压件模具钢硬度时，有一种错误的做法值得纠正。这就是在这种场合不适当地使用里氏硬度计。里氏硬度计的优点是轻便，带有电脑，使用简单，换算成各种硬度值都很方便。但是它的问题是只能测试厚重的工件，测试具有单一材质的工件。对于具有表面硬化层的工件无法测试出准确的硬度值，因为这种工件已经不是单一材质了。这是由里氏硬度计的原理决定的。布、洛、维三种常用硬度计都是采用静态测试原理，都是将一个硬质压头缓慢地压入试样表面，然后测试压痕深度或尺寸，确定硬度值的大小。而里氏硬度计采用的是动态测试原理。它是将一个规定质量的球体以规定速度冲击试样表面，测试它初速度与反弹后速度之差，以此来确定试样的硬度值。里氏硬度计是靠测试材料的反弹力确定硬度的。它施加给试样的动能要沿作用力方向传递到很深的部位（至少要深达几厘米）。要理解这一点，只要看一下里氏硬度计的标准硬度块有多厚就清楚了。假如，有两个同样尺寸，同样硬度的工件，表面又用相同的工艺进行了氮化处理，氮化层硬度相同，只是厚度一个为0.5mm，另一个为1.0mm。这时如果用里氏硬度计测试工件的硬度，显然会得出不同的结果。很明显它测出来的硬度值既不是氮化层的硬度，也不是基材的硬度，而是二者共同作用的结果，因表面层的厚度不同，必然会得出不同的结果。结论是里氏硬度计不能用于具有表面硬化层的工件。 3、冲压件中间产品和冲压件制成品的硬度检测。 冲压件中间产品和冲压件制成品的硬度检测都可以采用洛氏硬度计。有些冲压零件比较小，还具有较复杂的形状，可以作为平面的只有一点点，这样的冲压件无法在普通台式硬度计上检测。便携式洛氏/表面洛氏硬度计可以配上一个测试小零件专用的点式砧座，它的支承面很小，许多形状复杂的小冲压件都可以用这种仪器检测。该仪器如果配上一个由铸铁制成的支承座，还可以放到桌面上当台式机使用，可以对成批的小冲压件做逐件检测。 对于各种金属的薄板冲压件，可以用生产的便携式表面洛氏硬度计检测。对于极薄的冲压件，可以用便携式表面洛氏硬度计配合金刚石点砧座测试其HR30Tm硬度。对于冲压成细筒状的冲压件，可以用便携式管材洛氏硬度计检测，冲压件内孔直径可以小到4.8mm。 总之，硬度检测对于金属冲压件加工行业来说十分重要，绝大部分情况下都可以采用洛氏硬度计进行测试。便携式洛氏/表面洛氏硬度计由于便于携带、精度高、价格低、测试简便。在冲压件加工行业有着广泛的应用前景。这种仪器值得关注和采用。