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國際橡膠硬度計(jì)工作原理

來源：滄州精威儀器設(shè)備制造有限公司 2025年06月09日 09:25

國際橡膠硬度計(jì)（如邵氏硬度計(jì)）是用于測量橡膠、塑料等彈性材料硬度的儀器，其工作原理基于壓針在一定壓力下刺入材料的深度，通過深度與硬度的對應(yīng)關(guān)系來表征材料硬度。以下是其核心工作原理及相關(guān)細(xì)節(jié)：

一、基本原理：力與形變的關(guān)系

國際橡膠硬度計(jì)的測量基于彈性體受壓時(shí)的形變特性，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

壓針設(shè)計(jì)

采用特定形狀的壓針（如邵氏硬度計(jì)中，A 型用端部為半徑 0.79mm 的鋼球壓針，D 型用角度為 30° 的圓錐壓針）。

壓針的形狀和尺寸直接影響測量結(jié)果，不同型號適用于不同硬度范圍的材料（如 A 型用于軟質(zhì)橡膠，D 型用于硬質(zhì)橡膠）。

施加壓力

通過彈簧或砝碼施加標(biāo)準(zhǔn)壓力，分為初載荷和主載荷：

初載荷：先施加較小的力（如 1kgf），使壓針與材料表面緊密接觸，消除表面不平整的影響。

主載荷：在初載荷基礎(chǔ)上，施加更大的力（如 A 型硬度計(jì)主載荷為 10kgf，D 型為 50kgf），使壓針刺入材料。

測量刺入深度

在主載荷作用下，壓針刺入材料的深度與材料硬度成反比：

材料越軟，壓針刺入越深，硬度值越低；

材料越硬，壓針刺入越淺，硬度值越高。

通過機(jī)械裝置或電子傳感器記錄刺入深度，并轉(zhuǎn)換為硬度值（邵氏硬度單位為 “HA” 或 “HD”）。

二、關(guān)鍵公式與單位

以邵氏 A 型硬度計(jì)為例，硬度值（HA）的計(jì)算公式為：

\(HA = \frac{h_0 - h}{k}\)

\( h_0 \)：壓針壓入硬度計(jì)砧座時(shí)的初始位置（基準(zhǔn)深度）；
\( h \)：壓針在材料中的實(shí)際刺入深度；

\( k \)：常數(shù)（與儀器結(jié)構(gòu)相關(guān)，通常為 0.025mm / 單位）。

單位：邵氏硬度值無量綱，直接用 “HA” 或 “HD” 表示（如 50HA 表示中等硬度橡膠）。

三、測量要點(diǎn)與影響因素

試樣要求

試樣厚度需≥6mm，若厚度不足可疊加（但不超過 3 層），且表面平整、無氣泡。

測試前需將試樣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（如 23℃±2℃，濕度 50%±5%）中放置至少 16 小時(shí)。

操作規(guī)范

壓針需垂直于試樣表面，避免傾斜導(dǎo)致測量偏差。

主載荷施加后，需在規(guī)定時(shí)間（如 10 秒）內(nèi)讀取數(shù)值，避免材料蠕變影響結(jié)果。

影響因素

溫度：橡膠硬度隨溫度升高而降低，需嚴(yán)格控制測試環(huán)境溫度。

壓針磨損：長期使用后壓針可能變形，需定期校準(zhǔn)（如使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊）。

材料各向異性：某些橡膠制品（如輪胎）存在方向性，需在不同方向測量取平均值。

四、常見類型與應(yīng)用場景

類型	壓針形狀	測量范圍（HA/HD）	典型應(yīng)用場景
邵氏 A 型	半徑 0.79mm 鋼球	0-100HA	軟質(zhì)橡膠、海綿、密封圈等
邵氏 D 型	30° 圓錐壓針	0-100HD	硬質(zhì)橡膠、塑料、鞋底等
邵氏 AO 型	更小尺寸鋼球	0-60AO	超軟橡膠（如乳膠）
邵氏 OO 型	極軟材料專用壓針	0-30OO	海綿、凝膠等極軟材料

五、校準(zhǔn)與維護(hù)

校準(zhǔn)工具：使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊（如硬度為 20HA、40HA、60HA 的標(biāo)準(zhǔn)塊）定期校準(zhǔn)，確保壓針壓力和深度測量準(zhǔn)確。

維護(hù)要點(diǎn)：清潔壓針和砧座表面，避免灰塵或雜質(zhì)影響測量；檢查彈簧彈性，及時(shí)更換老化部件。

總結(jié)

國際橡膠硬度計(jì)通過壓力 - 形變關(guān)系量化橡膠硬度，操作簡便且應(yīng)用廣泛，但需注意試樣制備、環(huán)境條件和儀器校準(zhǔn)以確保結(jié)果準(zhǔn)確。不同型號硬度計(jì)適用于多樣化的材料測試需求，是橡膠工業(yè)質(zhì)量控制和研發(fā)的關(guān)鍵工具。

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