Témata
Reklama

Metody a způsoby měření tvrdosti nekovových materiálů

Pro měření tvrdosti měkkých nekovových materiálů, např. plastů, gumy, laků apod., je třeba zvolit vhodnou zkušební metodu. Mezi faktory nejvíce ovlivňující výsledek měření patří nedostatečná tloušťka zkoušeného vzorku.

Pojmem tvrdost materiálu se všeobecně rozumí vzdorování materiálu vůči vnikání jiného, tvrdšího materiálu. Principem měření tvrdosti materiálu je vtlačení zkušebního tělíska s hrotem různého tvaru definovanou silou do zkoušeného materiálu. Měří se hloubka vniknutí tělíska do materiálu. Vývoj umělých hmot a jejich použití vyžaduje vypracování různých zkušebních metod měření tvrdosti v závislosti nejen na vlastnostech materiálů, jako je elasticita, poréznost, ale i na jejich tvaru a rozměrech.
U kovů může být měřen důsledek vniknutí až po ukončení zatížení, protože podíl elastické deformace zde nehraje roli. U elastomerů musí být naopak celkové vniknutí zkušebního tělíska měřeno po definované době a při zatížení, protože v materiálu při odlehčení nelze deformaci změřit. Pro termoplasty a termosety, u kterých musí být uvažován jak podíl trvalé, tak plastické deformace, byly vyvinuty metody, při kterých se vniknutí měří především při zátěži.
Reklama
Reklama
Reklama

Zkušební metody pro měkké elastické materiály

Jedním z největších problémů, se kterými se musejí tvůrci norem měření tvrdosti měkkých materiálů a výrobci tvrdoměrů potýkat, je velký rozsah tvrdosti těchto materiálů - od nejměkčích přes středně tvrdé až po velmi tvrdé materiály.
Používanými normovanými metodami jsou měření tvrdosti Shore a IRHD. Každá tato metoda se dále dělí v závislosti na použitém tlaku a tvaru zkušebního tělíska i na rozměrech zkoušeného vzorku na oblasti označované Shore A, B, C, D, D0, 0, 00 nebo IRHD normál, měkký, mikro, H a další. Přístroje měřící v jednotlivých oblastech mají obvykle stupnici od 0 do 100. Když přístroj ukáže hodnotu mezi 0 a 10 nebo mezi 90 a 100, použije se přístroj pro měření jiné oblasti. Přesnější určení je uvedeno v tabulkách č. 1, 2, 3.
Tvrdost elastomerů s tloušťkou materiálu větší než 6 mm je převážně měřena podle Shore. Zde je rozhodující jednoduchá obsluha přístroje, přímé zobrazení tvrdosti a možnost provádět měření na výrobcích mimo laboratoř tak, že se přístroj jednoduše přiloží k měřenému výrobku. Vnikací tělísko - kužel, případně komolý kužel - vyčnívá z opěrné plochy měřidla. Je-li přístroj přitlačen celou plochou na měřený předmět, vnikací tělísko se vtlačí do hloubky materiálu více nebo méně, a to v závislosti na tvrdosti materiálu. V normovaném případě jsou po 3 nebo po 15 sekundách hodnoty odečteny.
Alternativní metodou měření k Shore je měření elastomerů kuličkou (IRHD), přičemž hodnoty se odečítají po 30 sekundách. Vlivem delší zkušební doby a konstantní zkušební síly, která působí na vnikací tělísko, jsou docílené výsledky reprodukovatelnější. Účel a použití jednotlivých měřicích metod je obsažen v jednotlivých předpisech norem.

Faktory ovlivňující výsledky měření

U všech zkoušek tvrdosti je třeba mít na zřeteli následující ovlivňující faktory: teplotu vzorku, dobu zatížení, rychlost zatížení, tloušťku vzorku, plochu vzorku, podložení vzorku, vzdálenost hrotu od okraje vzorku a přesnost zatěžování. Odchyluje-li se skutečná teplota od požadovaných 23 °C, což v netemperovaných místnostech nelze zajistit, lze zjistit změnu tvrdosti do cca 4 %. Zkušební síla musí působit po předepsanou dobu a bez nárazu. Je-li hloubka vniknutí ve fázi zatěžování a odlehčování zaznamenávána kontinuálně, např. induktivním snímačem, získá se přehled o časové závislosti chování materiálu a jeho vlastnostech (tečení).
Na provádění korektních měření má veliký vliv tloušťka vzorku. Předpis normy DIN 53505 požaduje tloušťku vzorku 6 mm. S ubývající tloušťkou lze očekávat nárůst tvrdosti a v krajním případě již není měřena tvrdost vzorku, nýbrž podložky, na které vzorek spočívá. Nejmenší tloušťkou, při níž podložka neovlivňuje hodnoty měření, je normou požadovaných 6 mm.
U tenkostěnných materiálů 2,5 ÷ 6 mm dovoluje norma vrstvení materiálů maximálně třemi vrstvami vzorku pro normou požadovaných 6 mm. Vrstvení má nepříznivé důsledky, protože nelze zabránit vlivům vzduchu mezi vrstvami, které vedou k nepřesnému výsledku měření. Proto je vhodnější materiály nevrstvit, ale používat správnou metodu. Materiály o tloušťce 2,5 ÷ 6 mm lze měřit přesně bez potíží, a to metodou měření IRHD mikro (DIN 53519 list 2). Vzorky o tloušťce 1,5 ÷ 2,5 mm se měří pomocí metody IRHD mikro pdle předpisu normy DIN 53519 čl. 2.
S ubývající vzdáleností od okraje je třeba počítat s ubývající tvrdostí. V normách se vyskytují částečné údaje pro minimální vzdálenost od okraje, např. 5 mm. Vedle toho dostane zkušební technik také doporučení, jako např.: "Zkoušená plocha musí být dostatečně veliká, aby se zkouška mohla provést tak daleko od okraje, aby vliv okraje vzorku na zkoušku byl vyloučen." Takové formulace praktickému užití v laboratoři příliš nepomáhají.

Měření tvrdosti na tvarovaných vzorcích z gumy a elastomerů

Norma DIN 53505 předepisuje pro zkoušku Shore A a Shore D vzorek s průměrem ? 35 mm, hladkou plochou a tloušťkou ? 6 mm. Je to důležité z toho důvodu, že normalizované tvrdoměry Shore jsou vybaveny opěrnou plochou o f 18 mm.
Mnoho uživatelů zjišťuje tvrdost na speciálně k tomu účelu zhotovených normovaných tělíscích a zjištěnou tvrdost převádějí na tvarované části. Protože tvarované výrobky vykazují odchylky od normovaných vzorků, není tento postup zcela správný a neodpovídá skutečnosti. Na řadě dnes vyráběných profilových částí, které mají plnit důležité funkce, je nutné provádět zkoušku přímo na finálním výrobku. Jakmile je povrch nerovný, případně nedosahuje normou stanovený rozměr, je při měření tvrdosti obvyklým tvrdoměrem naměřena nesprávná hodnota (viz obr. 1 a 2).
Zkušební metoda, kterou již léta aplikujeme při měření Shore, umožňuje měření tvrdosti i na tvarovaných nerovných částech nebo šikmých plochách.
Měřicím přístrojem vyvolaná síla stlačuje vzorek normou předepsanou přítlačnou silou k podložce zkušebního přístroje. Jakmile se vnikající tělísko dotkne povrchu vzorku, přístroj tuto polohu indikuje jako výchozí. Poloha je zaznamenána a síla pružiny začne působit (viz obr. 3 a 4). Touto metodou je možné spolehlivě a bez problémů měřit tvrdost na finálních výrobcích, jak konkávních či konvexních, tak i na zešikmených plochách.
Reklama
Vydání #6
Kód článku: 20631
Datum: 12. 06. 2002
Rubrika: Trendy / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Měření v rámci celého výrobního řetězce

Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

Související články
Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Konfirmace měřidel

Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

Multisenzorová technologie a počítačová tomografie

Výběr vhodného měřicího přístroje pro účely rozměrové kontroly je velmi důležitý. Běžný přístup je takový, že daná aplikace určí vhodný typ senzoru. Pro správné rozhodnutí potřebuje vzít uživatel v úvahu několik aspektů.

Expimer - expresní zařízení pro rychlé stanovení materiálových vlastností

Expimer, prezentovaná instrumentovaná měřicí soustava pro stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou, může být alternativním způsobem, jak rychle definovat materiálové vlastnosti. Celý proces spočívá v tom, že na základě parametrů získaných v průběhu makroprocesu automatizovaného vtlačovaní indentoru kulového tvaru (ABI) do povrchu materiálu bez porušení konstrukce, lze rychle zjistit požadované materiálové vlastnosti. Tato metoda je jedinečná vzhledem k jednoduchosti, rychlosti vyhodnocení, manipulovatelnosti a užitečnosti pro stanovení mechanických vlastnosti materiálů během jejich vývoje, výroby a zejména v pracovních podmínkách provozu.

Multisenzorová souhra - měřicí stroje s pevným portálem

Po mnoho let se souřadnicové měřicí stroje společnosti Werth Messtechnik GmbH osvědčují při měření s více snímači umístěnými na dvou nezávislých osách. Nebezpečí kolize mezi snímačem a obrobkem se tak podstatně sníží, protože senzory, které nejsou používány, jsou zasunuty.

Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Flexibilní multisenzorová technologie

Měřicí stroj Werth ScopeCheck FB DZ umožňuje díky dvěma nezávislým senzorovým osám provádět bez omezení rozličná multisenzorová měření. Po demontáži skleněného stolu s jednotkou spodního osvitu je možné přímo na měřicím stole umístit a měřit také těžké obrobky.

Další krok pro efektivnější měření

Společnost Faro Technologies představila novou řadu měřicích ramen Faro Quantum, čímž opět zvýšila výkonnost procesu kontroly výroby díky nejlepším parametrům v této třídě měřicích přístrojů, vylepšené ergonomii a mobilitě.

Rozpínací vřetena pro upínání ozubených kol

Rozpínací vřetena, kterými se upínají ozubená kola mezi hroty, se používají při výrobě ozubených kol, nejčastěji pro účely výstupní kontroly, kde je velkou výhodou vysoká přesnost a rozsah rozpínání.

Mít sondu nestačí

Výrobní společnosti často stojí na křižovatce, kde si musejí vybrat, zda vyrábět co nejlevněji, co nejrychleji, nebo co nejpřesněji.

Software MSP - dva nástroje k bezchybné výrobě na 5osých centrech

V jednom z předchozích článků jsme se zabývali obslužným SW pro spínací dotekové měřicí sondy. Ukázali jsme, že běžná měřicí doteková sonda je vlastně jenom opakovatelný spínač a že použitelný výsledek nám dá až software v řídicím systému. Ať už pracujeme s makroprogramy přímo v paměti CNC nebo tvoříme vlastní cykly na úrovni CAD, výsledkem jednoho měření je obvykle údaj o jednom geometrickém prvku, maximálně vztah několika prvků (nový počátek nebo úhel natočení obrobkových souřadnic, průměr a osa díry, šířka drážky apod.). Také obslužný software skenovací sondy, která obvykle sbírá mnohem větší množství bodů než sondy spínací, většinou směřuje k hodnocení daného prvku nebo pravidelného geometrického tvaru.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit