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国际橡胶硬度计工作原理

来源：沧州精威仪器设备制造有限公司 2025年06月09日 09:25

国际橡胶硬度计（如邵氏硬度计）是用于测量橡胶、塑料等弹性材料硬度的仪器，其工作原理基于压针在一定压力下刺入材料的深度，通过深度与硬度的对应关系来表征材料硬度。以下是其核心工作原理及相关细节：

一、基本原理：力与形变的关系

国际橡胶硬度计的测量基于弹性体受压时的形变特性，具体通过以下步骤实现：

压针设计

采用特定形状的压针（如邵氏硬度计中，A 型用端部为半径 0.79mm 的钢球压针，D 型用角度为 30° 的圆锥压针）。

压针的形状和尺寸直接影响测量结果，不同型号适用于不同硬度范围的材料（如 A 型用于软质橡胶，D 型用于硬质橡胶）。

施加压力

通过弹簧或砝码施加标准压力，分为初载荷和主载荷：

初载荷：先施加较小的力（如 1kgf），使压针与材料表面紧密接触，消除表面不平整的影响。

主载荷：在初载荷基础上，施加更大的力（如 A 型硬度计主载荷为 10kgf，D 型为 50kgf），使压针刺入材料。

测量刺入深度

在主载荷作用下，压针刺入材料的深度与材料硬度成反比：

材料越软，压针刺入越深，硬度值越低；

材料越硬，压针刺入越浅，硬度值越高。

通过机械装置或电子传感器记录刺入深度，并转换为硬度值（邵氏硬度单位为 “HA” 或 “HD”）。

二、关键公式与单位

以邵氏 A 型硬度计为例，硬度值（HA）的计算公式为：

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

\( h_0 \)：压针压入硬度计砧座时的初始位置（基准深度）；
\( h \)：压针在材料中的实际刺入深度；

\( k \)：常数（与仪器结构相关，通常为 0.025mm / 单位）。

单位：邵氏硬度值无量纲，直接用 “HA” 或 “HD” 表示（如 50HA 表示中等硬度橡胶）。

三、测量要点与影响因素

试样要求

试样厚度需≥6mm，若厚度不足可叠加（但不超过 3 层），且表面平整、无气泡。

测试前需将试样在标准环境（如 23℃±2℃，湿度 50%±5%）中放置至少 16 小时。

操作规范

压针需垂直于试样表面，避免倾斜导致测量偏差。

主载荷施加后，需在规定时间（如 10 秒）内读取数值，避免材料蠕变影响结果。

影响因素

温度：橡胶硬度随温度升高而降低，需严格控制测试环境温度。

压针磨损：长期使用后压针可能变形，需定期校准（如使用标准硬度块）。

材料各向异性：某些橡胶制品（如轮胎）存在方向性，需在不同方向测量取平均值。

四、常见类型与应用场景

类型	压针形状	测量范围（HA/HD）	典型应用场景
邵氏 A 型	半径 0.79mm 钢球	0-100HA	软质橡胶、海绵、密封圈等
邵氏 D 型	30° 圆锥压针	0-100HD	硬质橡胶、塑料、鞋底等
邵氏 AO 型	更小尺寸钢球	0-60AO	超软橡胶（如乳胶）
邵氏 OO 型	极软材料专用压针	0-30OO	海绵、凝胶等极软材料

五、校准与维护

校准工具：使用标准硬度块（如硬度为 20HA、40HA、60HA 的标准块）定期校准，确保压针压力和深度测量准确。

维护要点：清洁压针和砧座表面，避免灰尘或杂质影响测量；检查弹簧弹性，及时更换老化部件。

总结

国际橡胶硬度计通过压力 - 形变关系量化橡胶硬度，操作简便且应用广泛，但需注意试样制备、环境条件和仪器校准以确保结果准确。不同型号硬度计适用于多样化的材料测试需求，是橡胶工业质量控制和研发的关键工具。

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