袁文瓚 ，張海煊 ，潘玉安 ，向明 ，萬(wàn)云萍 ，吳瑜

(1.國(guó)家陶瓷檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，景德鎮(zhèn) 333000；2.深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，深圳 510080；3.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，景德鎮(zhèn) 333000；4.景德鎮(zhèn)市陶瓷檢測(cè)評(píng)估中心，景德鎮(zhèn) 333000)

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械化供餐，蒸洗消毒設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)陶瓷制品的抗沖擊強(qiáng)度和耐磕碰性提出了更高的要求?，F(xiàn)代化生活也對(duì)日用陶瓷器產(chǎn)品性能提出了越來(lái)越高的要求，抗沖擊強(qiáng)度和耐磕碰性能目前已成為國(guó)內(nèi)外檢測(cè)陶瓷制品是否符合要求的重要指標(biāo)之一。日用陶瓷器的抗沖擊強(qiáng)度和耐磕碰性，不僅取決于材料的性能、坯和釉的結(jié)合狀態(tài)，而且與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造過(guò)程有著密切的關(guān)系。

陶瓷器的抗沖擊強(qiáng)度和耐磕碰性一般通過(guò)抗沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試獲得?，F(xiàn)有的陶瓷抗沖擊試驗(yàn)機(jī)主要針對(duì)陶瓷材料設(shè)計(jì)制造，對(duì)于日用陶瓷器的檢測(cè)也是人工控制的機(jī)械化裝置，測(cè)量誤差較大，難以滿(mǎn)足檢測(cè)方法的技術(shù)要求。為此，本文針對(duì)歐美和南美對(duì)我國(guó)出口日用陶瓷要求測(cè)試抗沖擊強(qiáng)度的現(xiàn)狀，組織相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)認(rèn)證與攻關(guān)。該項(xiàng)成果的推廣應(yīng)用將推動(dòng)我國(guó)陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品流向市場(chǎng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，完善產(chǎn)品質(zhì)量控制體系，破除國(guó)外技術(shù)壁壘和促進(jìn)外貿(mào)發(fā)展都具有重要的意義。

2 抗沖擊性測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

歐美和南美對(duì)我國(guó)出口日用陶瓷要求測(cè)試抗沖擊性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括：美國(guó)ASTM C368陶瓷餐具抗沖擊性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，厄瓜多爾NTE INEN 1800～1801陶瓷餐具抗沖擊性和耐磕碰性測(cè)量方法。這些試驗(yàn)方法要求采用的設(shè)備都是擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置，測(cè)量的沖擊能量值可以從0.014 J逐步增加到2 J以上。該方法提供的沖擊測(cè)試儀器包括以下核心部件：

(1)一個(gè)特定尺寸的鋼錘頭，它的洛氏硬度為C55；

(2)支撐錘頭沖擊用的V形懸架；

(3)保證錘頭可以從特定高度釋放的裝置，以得到與操作者無(wú)關(guān)的可重復(fù)性結(jié)果；

(4)可以將測(cè)試樣本固定在某一位置的堅(jiān)硬金屬材質(zhì)夾具。

3 抗沖擊測(cè)試儀的研制

3.1 抗沖擊測(cè)試儀的用途

抗沖擊測(cè)試儀的主要用來(lái)測(cè)試日用陶瓷器餐具、茶具等方面的抗沖擊性。適用于扁平器皿、空心器皿的中心、空心器皿的邊緣的沖擊性測(cè)試，以及扁平器皿邊緣的抗沖擊脆裂性的測(cè)試。樣品表面可以是施釉或者無(wú)釉的。

3.2 抗沖擊測(cè)試儀的原理

采用微電腦全自動(dòng)程序控制測(cè)量，每次擺錘沖擊自動(dòng)計(jì)算并顯示、存儲(chǔ)沖擊的能量，還可通過(guò)控制面板調(diào)用和設(shè)置測(cè)試過(guò)程全部沖擊能量及參數(shù)。

3.3 抗沖擊測(cè)試儀的主要技術(shù)參數(shù)

(1)樣品尺寸：可測(cè)試樣品的直徑或長(zhǎng)度不超過(guò)300 mm(12吋)、高度不超過(guò)250 mm(10吋)的陶瓷器；

(2) 最大沖擊能量：≥2.45 J；

(3)測(cè)試精度：精確到0.0042 J；

(4) 擺錘最大擺角：120 °；

(5) 沖擊位置：1)器皿邊緣、底部和中心位置；2)杯、壺口沿和把手；

(6) 測(cè)試儀外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：750 mm×750 mm×1400 mm。

3.4 抗沖擊測(cè)試儀的構(gòu)造

抗沖擊測(cè)試儀主要由機(jī)架、橫梁、立柱、擺錘組成，其中，立柱垂直固定在機(jī)架兩側(cè)，橫梁套接在立柱上；橫梁上設(shè)置有上下調(diào)節(jié)手柄，以及與擺錘相連接的自動(dòng)抬舉擺錘裝置；機(jī)架底座上設(shè)置有夾具裝置；電動(dòng)機(jī)內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)，通過(guò)控制柜內(nèi)的Atmega 16a單片機(jī)控制儀器進(jìn)行撞擊試驗(yàn)?？箾_擊測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.5 抗沖擊測(cè)試儀多樣化夾具的研制

圖1 抗沖擊測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)圖

夾具裝置包括左右底板和擋板。擋板垂直固定在左右底板上，左右底板和擋板上設(shè)置有壓緊裝置，左右底板底部設(shè)置有對(duì)開(kāi)機(jī)構(gòu)。壓緊裝置由設(shè)置在左右底板上的立臂和設(shè)置在擋板頂部的懸臂與緊壓部件構(gòu)成。立臂和懸臂上均勻分布有與緊壓部件相連接的安裝孔，緊壓部件優(yōu)選壓簧或者帶橡膠冒的螺桿。左右底板表面設(shè)置有滑槽，擋板可在滑槽內(nèi)縱向移動(dòng)。擋板為三角柱體，左右底板上的擋板組合成V形。對(duì)開(kāi)機(jī)構(gòu)包括雙向螺旋絲桿、光桿、聯(lián)接塊，雙向螺旋絲桿和光桿平行固定在機(jī)架底座上，左右底板通過(guò)聯(lián)接塊固定在雙向螺旋絲桿和光桿上，雙向螺旋絲桿一端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)手輪。與雙向螺旋絲桿相連的聯(lián)接塊內(nèi)設(shè)置有帶螺紋銅套，與光桿相連接的聯(lián)接塊內(nèi)設(shè)置有直線(xiàn)軸承。

3.6 高度(沖擊能量)定位的控制

設(shè)計(jì)一種自動(dòng)抬舉擺錘的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)高度 (沖擊能量)的定位控制。包括機(jī)架、控制柜、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、編碼器、軸、擺錘?？刂乒瘛㈦妱?dòng)機(jī)、電磁離合器、編碼器固定在機(jī)架上，控制柜連接電動(dòng)機(jī)和電磁離合器，電動(dòng)機(jī)與電磁離合器相連接；電磁離合器、編碼器與軸相連接，軸下方設(shè)有連接擺錘的擺桿。電動(dòng)機(jī)通過(guò)電磁離合器與軸相連接。控制柜內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)，編碼器與單片機(jī)相連接。

電動(dòng)機(jī)通過(guò)電磁離合器吸合帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸帶動(dòng)擺桿抬起；電磁離合器復(fù)位，軸和電動(dòng)機(jī)分離，擺桿自由擺下。

3.7 數(shù)顯自動(dòng)控制

設(shè)計(jì)采用單片機(jī)全自動(dòng)控制，工作過(guò)程分兩大步，第一步為自動(dòng)運(yùn)行 (擺錘按默認(rèn)的速度和遞增角度撞擊)和設(shè)置運(yùn)行(擺錘按用戶(hù)設(shè)定的速度和遞增角度撞擊)，其工作原理為：第一步通過(guò)Atmega 16a單片機(jī)輸出脈沖給步進(jìn)電機(jī)，并通過(guò)控制信號(hào)使離合器吸合，使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)擺錘轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)定好的角度，再使離合器釋放，擺錘做單擺運(yùn)動(dòng)并撞擊固定好的陶瓷樣品。撞擊反彈后，編碼器判斷方向，等待一段時(shí)間(大約1.5～2 s)后，離合器再次吸合，單片機(jī)輸出脈沖給步進(jìn)電機(jī)，這樣做有角度增量的循環(huán)撞擊運(yùn)動(dòng)。第二步為校正狀態(tài)，其工作過(guò)程為：Atmega 16a通過(guò)控制信號(hào)使離合器吸合，并輸出脈沖給步進(jìn)電機(jī)，并使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)擺錘轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)定好的角度(90°)，暫停1 s，再使離合器釋放。同時(shí)，擺錘開(kāi)始做單擺運(yùn)動(dòng)，直至液晶界面顯示“校正完成”。設(shè)備控制圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備控制圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用單片機(jī)控制儀器自動(dòng)進(jìn)行撞擊試驗(yàn)，夾具底板對(duì)開(kāi)裝置和擺錘上下調(diào)節(jié)裝置，配合多樣化的夾具，可適用于測(cè)試各種形狀、大小的日用陶瓷器皿，使抗沖擊檢測(cè)產(chǎn)品的種類(lèi)和測(cè)量精度大幅地提高。該儀器裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高，已獲得5項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，在陶瓷抗沖擊檢測(cè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

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