钢球压碎载荷实验方法的探讨

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钢球 是牙轮 钻头的重要 轴承零 件 ，球和其它部 件接触面积小 ，具 有摩擦 力小的优 点，但 由于接触 面积小 ，在轴承 零件中 ，球 最容 易出现 应力集中 ，工作过程 被压碎或产生永久变形 ，从而导致钻头失效 ，压碎载荷指标 对钢 球是-个重要指标 。

1 实验原理由于钢球 作为滚动零 件 ，通常 为点接触受力 ，实验过程模拟钢球 受力状态 ，取三个同 等规格的钢球 为-组 ，将三个球垂直放入 设计的胎具 内 ，保证 三个球在 同-轴线上 ，加压时 中间的钢球 为两端点接触 受力，中间的钢球 为点接触，而上下两个球起支撑作用 ，分别为-端与中间钢球点接触 ，另-端 与夹具 支撑座的V型锥 工作面环行线接 触 。在材料 试验机上按 照规定 方法施加压载荷 ，直至钢球压碎时的瞬时负荷值。

2 实验装置实验装 置由力学实验机和实验夹具组成。力学 实验机提供压碎钢球所需要的力 ；实验 夹具提供 支撑作用 ，并保证 实验力正确施加在钢球上，夹具包括具有V型锥槽的支撑底座 和压杆 、可以把底 座和压杆连接起来的连 接件 、防止压碎后 钢球 飞起造成破坏的 保护筒组成 。压杆 和底座必须具有足够 的厚度、强度和硬 度，保证受力过程夹具 自身不会损坏 ，可用碳素 工具 钢或轴承钢制造 ，淬回火后硬度为60～65 HRC。从试验时试 验人 员及设 备的安全考虑 ，保护简要有足够厚度和强度防止钢球在压碎试验压杆接件保护筒底座图 1 钢球压碎载荷试验示意图时，碎块 飞出夹具 ，造成破坏 。钢球压碎载荷试验示意 图(见图1)。

3 实验方法根据钢球压 碎载荷试 验原理 ，钢球压碎试验流程和操 作注意事项如下 。

(1)每批经过热处理的钢球取3组球 ，每组3个 ，根据球 的大小选择压 碎夹具 ，通常钢球没入夹具V型凹槽的深 度为钢球直径尺寸的l/3～1/2较为恰当 ，按示意 图将钢球安装在夹具内，并装好保护筒。钢球压碎前要检查球的尺寸 公差应-致 ，钢球 表面不得有砂轮伤、凹坑 、碰伤和麻点等表面缺陷 。

(2)实 验 时 其 加 载 速 度 可 按 9 8 0～5880 N/s进行加载，实验中应尽量保持匀速加载 ，不得突然改变加载速 度和中途卸去载荷 。

(3)进行压碎载荷实 验时 ，对钢球 施加的载荷 已经超过标 准规定值 时 ，虽然钢球未被压碎 ，亦可卸载，而在退除载荷时球 发生破碎 ，此结果按合格处理 。如有特别要求可将钢球加载至压碎为止 。

(4)将压碎胎具 由实验机上取下 ，打开保险罩 ，将球迅速取出扔到带盖的铁箱内 ，以防止钢球爆碎而伤 人 ，然后记录其 实验结果 。

(5)实验过程 中因为钢球芭不当而脱落而造成结果不准确时 ，此结果作废 ，重新取样实验 ；如钢球有 不合 标准的明显缺 陷而造成结果不准确 时 ，应依据外观 验收条件进行报废或其他方式处理 。

(6)实验时钢球达到最大载荷后 由于屈服 ，压碎载荷小于标准值 ，应记录压碎载荷值 ；如果按照标准加压速度 ，屈服后载荷值基本 不变化 ，持续5分钟而 不发生破碎 ，这时应该停止加压 ，并记录最 大载荷值 ，并注明钢球 未发生破 碎 ，如果最大值超 过标 准值，则应判为合格。

(7)球破碎时，有的实验机震动很大 ，而使指针产生跳 动，使读数不准，因此要注意钢球 将要破碎时的载 荷读数。

4 实验结果处理、判定方法讨论通过 多次试 验 ，发现 钢球 在承载 压力试验时压缩 曲线大致 可分两类 ：第-类 ，钢球在压缩过 程中，先 出现弹性 变形 ，压力与变形量 呈线性关 系，当压力达到 -定程度后，开始出现永久变形 ，随着载荷的继续增大，永久变形量逐渐变大 ，整个过程未出现明显屈服点 ，直到钢球碎裂为止 ，这种情况下最大力与压碎 载荷相等。在钢球压碎 实验中，除出现以上情形外，可能会出现第二类情形 ，钢 球在压缩过程中 ，先 出现弹性变形，压力与变形 量呈线性关系 ，当压力达到- 定程度后 ，开始出现屈服现象，随着变形量的逐渐增加 ，试 验机的指针开始停 止或倒退(负荷 不增加 ，变形继续增加)，直到钢球碎裂 ，或出现长时 间不会碎裂情况 。加载变形过程 中，在-定压 力下 出现变形 的钢球接触面 明显增加 ，钢球已经不再是 点接触 ，而表现为面接触 ，加压过程先经过弹性变形，达 到最大力后 ，载荷逐渐减小 ，随着时 间的推移 ，载荷降低到-定程 度后 在很长时 间内变化很小 ，这种情况大 多出现 在直径超过 为l 5 ilm的较大钢 球 ，指针回复到-定 程度后持续 几分钟甚 至几十分钟 ，载荷基本不发生变化 ，钢球也未碎裂 ，但产生了永久变形 。由于钢球 未发生碎裂，没有压碎载荷值 ，因为在实际工作 中，钢球承受的载荷 没有达到最大 载荷值 时 ，钢球基本不发生屈服变形 ，钢球处于安全状态。这种情况下 建议记录最 大载荷 值 ，并在检测报告中注 明钢球未发 生碎裂 ，这样以供技术人 员参考。

5 结语本文介绍的钢球压碎载荷实验方法准确性好 ，可操作性 强，对实验过程的特殊情况给出 明确的 操作和判定方法 ，能够 更好指导 钢球 压碎 载荷 实验人 员的操 作和 判定。