影響量塊研合性的相關(guān)因素

董秀鵬

（哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

1 引言

量塊的研合性在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的定義為“量塊的一個(gè)測(cè)量面與另一測(cè)量面或與另一精密加工的類似的平面，通過分子結(jié)合力的作用而粘合的性能”。量塊的研合性也是與鑒定精度和尺寸傳遞有關(guān)的量塊的功能特征，在量塊的使用過程中，其功能特性直接影響量塊的使用壽命。由于量塊的研合性對(duì)于提高其耐用度而降低全套量塊報(bào)廢率有著直接影響，所以量塊的生產(chǎn)廠家都以不同的方式致力解決這一問題。多年量塊的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，量塊的研合性在較大程度上取決于量塊薄表層的機(jī)械性質(zhì)與結(jié)構(gòu)和其表面的微觀形貌，而潤(rùn)滑劑的性質(zhì)和潤(rùn)滑層的厚度也是影響研合性的另一重要因素。本文通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析探討了提高量塊研合性的有關(guān)方法，為今后的實(shí)際工作提供一些參考和幫助。

2 表面微觀形貌對(duì)研合性的影響

取一定數(shù)量尺寸為1～100mm的量塊，與干涉檢查用1 級(jí)平晶研合，以兩量面不錯(cuò)動(dòng)時(shí)的最小數(shù)值表征的切向力評(píng)價(jià)研合性。試件量面按規(guī)定程序和要求清理后，進(jìn)行手研合并在專用設(shè)備上進(jìn)行機(jī)械研合試驗(yàn)。經(jīng)過一定次數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果表明，不論手研合或機(jī)械研合，表征兩量面粘合性能的切向力數(shù)值大小相似，并因兩量面的不平度減小而增大。因此，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）量塊和平晶有平面度誤差時(shí)，就不能保證兩者緊密、牢固地粘合，這時(shí)在量塊表面上會(huì)出現(xiàn)光斑和暗點(diǎn)，光斑和暗點(diǎn)模糊不清或形狀不規(guī)矩，則說明以下情況：研合面間潤(rùn)滑層厚度不均勻，不論那種研合方法都保證不了兩量塊同樣且全部地接觸，把研合操作進(jìn)行到底；經(jīng)常出現(xiàn)平面平行性誤差和組合量塊中間長(zhǎng)度偏差。

（2）研合性隨量面的表面粗糙度數(shù)值增大而變壞，當(dāng)表面粗糙度數(shù)值達(dá)到約Ra0.13 時(shí)，潤(rùn)滑層再厚也不能緊密地粘合，當(dāng)大于Ra0.15 時(shí)，則停止粘合。

（3）局部接觸，在粘合層最薄處或只在峰頂接觸處看到光斑和暗點(diǎn)時(shí)，靠界限層加強(qiáng)的粘合力，其數(shù)值仍然很小。

（4）在生產(chǎn)中，如保證量塊量面的輪廓峰高與谷寬同時(shí)減小，會(huì)增加與潤(rùn)滑劑的實(shí)際接觸面積，從而很快地增大粘合力。同時(shí)，谷淺與谷窄的微觀不平度形成了潤(rùn)滑劑的顯微存儲(chǔ)器，量塊清洗后剩在微觀不平度輪廓谷中的潤(rùn)滑劑的溶解液比較固定。

3 表層機(jī)械性質(zhì)對(duì)研合性的影響

采用顯微壓凹法和顯微刻痕法對(duì)用軸承鋼GGr15 和硬質(zhì)合金YG6 兩種不同材質(zhì)生產(chǎn)的量塊的鄰接表層進(jìn)行顯微硬度比較試驗(yàn)。

（1）顯微壓凹法。首先選用顯微硬度計(jì)對(duì)兩種不同材料生產(chǎn)的量塊進(jìn)行鄰接表層的顯微硬度檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果所得顯微硬度平均值Hp的標(biāo)準(zhǔn)偏差δ 不大于2%，按測(cè)量觸頭的幾何形狀和壓凹尺寸，以計(jì)算法評(píng)定壓凹深度hp，hp=1.14d（d為壓凹對(duì)角線尺寸）。經(jīng)過對(duì)每種樣塊20次的測(cè)量結(jié)果可以看出，鋼制量塊的顯微硬度Hp比硬質(zhì)合金量塊低約1.5 倍，所有試件的顯微硬度都隨載荷減小而增加。為避免系統(tǒng)誤差，只對(duì)厚度大于0.5μm的鄰接表層才保證可靠地確定Hp值。

（2）顯微刻痕法。量塊厚度小于0.5μm的鄰接表層的顯微硬度值Hs，在負(fù)荷間隔為F=0.01～0.19N 型結(jié)構(gòu)的儀器上以顯微刻痕法測(cè)得，在光柵電子顯微鏡上采用光波干涉法測(cè)定刻痕深度，經(jīng)過反復(fù)測(cè)試并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出的結(jié)論是，量塊厚度小于0.2μm的鄰接表層具有較高的硬度值，硬質(zhì)合金量塊厚度為0.05μm的鄰接表層Hs值是鋼制量塊約4.5 倍。

研合性表層由于不同材料量塊的薄顯微硬度值的差別如此之大，我們由此分析到，由于量塊表面劃傷處逐漸增多失去研合性而降低使用壽命，這與量塊的材質(zhì)是有關(guān)系的。我們又對(duì)鋼制和硬質(zhì)合金兩種材質(zhì)量塊表面出現(xiàn)塑性破壞（即表征由彈性變形過渡到塑性變形）的臨界壓力Pm進(jìn)行了比較試驗(yàn)。在超倍量顯微硬度計(jì)上觀察在各種負(fù)荷下測(cè)頭沿量塊表面移動(dòng)過程中產(chǎn)生的痕跡，把出現(xiàn)第一道劃痕的最小負(fù)荷視為開始塑性變形的臨界負(fù)荷值，并計(jì)算出接觸區(qū)的Pm值，硬質(zhì)合金量塊的Pm值大約是鋼制量塊Pm值的20 倍。顯然，兩種量塊鄰接表層的Hs和Pm的數(shù)值差別這樣大，在很大程度上與實(shí)際發(fā)現(xiàn)的兩者耐用度不同有關(guān)，大約相差3 倍。

有關(guān)研究結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)都證明，表面微觀不平度高度≥0.1μm 量塊，在接觸區(qū)靠分子的表面吸力保證不了粘合，而干燥的量面也不可能提供可靠的吸附與粘合，必需在量面加潤(rùn)滑介質(zhì)才能有效粘合，這時(shí)接觸表面的粘合力不僅取決于潤(rùn)滑液的毛細(xì)管與流變性作用以及借助潤(rùn)滑劑實(shí)際增大的接觸面積，同時(shí)也與潤(rùn)滑劑的性質(zhì)和潤(rùn)滑層的厚度有關(guān)。

4 潤(rùn)滑劑對(duì)研合性的影響

大量的工作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn)都表明，表面干燥的量塊研合不上，在加入活性潤(rùn)滑劑形成的吸附作用表面，其產(chǎn)生單一分子層的切向力較小，而在使用滲透性能好、帶有粘滯性組織的潤(rùn)滑劑時(shí)，能產(chǎn)生明顯的切向力。因此，在測(cè)量工具使用中，盡量不采用能給在流動(dòng)態(tài)下工作的吸附作用表面造成界限單一分子層的液體潤(rùn)滑劑。為保證實(shí)現(xiàn)最佳粘合并有足夠的切向力，建議采用滲透性能高的潤(rùn)滑介質(zhì)。

在表面粗糙度數(shù)值不同的量塊研合前加一層潤(rùn)滑油，不能保證有牢固的粘合性和固定的組合尺寸，而在兩量塊研合成一體前在潔凈的表面上加潤(rùn)滑層，不如在生產(chǎn)中形成的潤(rùn)滑層產(chǎn)生的研合力大，因?yàn)樵诠潭ǖ木泄に囈?guī)范下使液體潤(rùn)滑劑滲入量面中形成氧化薄膜，十分牢固，長(zhǎng)時(shí)間依附在表面，具有實(shí)際應(yīng)用意義。

在研合過程中，處于液態(tài)的潤(rùn)滑液分子在量塊粘合面間流動(dòng)，造成牢固的薄膜層以保證粘合，潤(rùn)滑層厚度適中時(shí)會(huì)形成表層內(nèi)分子的相互作用力、表層與固體表面間的拉力、固體表面間的粘合力。潤(rùn)滑層的厚度既影響量塊研合的切向力，又影響組合量塊的尺寸偏差。

5 結(jié)語

量塊鄰接表層的機(jī)械與潤(rùn)滑性質(zhì)，在量塊的研合性中起著至關(guān)重要的作用，也是體現(xiàn)量塊功能的重要特征。危險(xiǎn)負(fù)荷引起量塊表面的機(jī)械損壞，導(dǎo)致量面微觀形貌的變化、生產(chǎn)中形成的表面薄膜厚度、潤(rùn)滑介質(zhì)的選擇、量塊表面的粗糙度值的大小與變化，這都是影響量塊研合性和使用壽命的重要因素，而硬質(zhì)合金量塊具有較高的耐用度就來自于它表層的機(jī)械性質(zhì)。