石油機械加工質(zhì)量影響因素及其控制方法

章國華

【摘 要】本文從機械加工質(zhì)量的內(nèi)涵和機械加工表面質(zhì)量出發(fā)，討論分析了石油機械加工精度內(nèi)涵及種類和石油機械加工精度的影響因素及其控制。最后得出，只有提高石油機械加工質(zhì)量才能保證設備的正常運行。

【關鍵詞】石油；機械加工；材料性能；表面質(zhì)量

1.機械加工質(zhì)量的內(nèi)涵

機械加工質(zhì)量通常包括兩個方面：幾何方面的質(zhì)量和材料性能方面的質(zhì)量。

1.1幾何方面的質(zhì)量

幾何方面的質(zhì)量指機械加工后最外層表面與周圍環(huán)境間界面的幾何形狀誤差。它分為宏觀幾何形狀誤差和微觀幾何形狀誤差。

（1）宏觀幾何形狀誤差（如圓度誤差，平面度誤差等）。宏觀幾何形狀誤差的波長（測量長度或取樣長度）與波高（誤差值）的比值一般大于1000。

（2）微觀幾何形狀誤差（微觀幾何形狀的不平度，或稱表面粗糙度）。其波長與波高比值一般小于50。

（3）介于宏觀幾何形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差，常用波度來表示，其波長λ與波高Hλ比值等于50～1000。波度主要是由加工系統(tǒng)的振動所引起的。

1.2材料性能方面的質(zhì)量

材料性能方面的質(zhì)量指機械加工后，零件一定深度表面層的物理力學性能等方面的質(zhì)量與基體相比發(fā)生了變化，故稱加工變質(zhì)層。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.2.1表面層加工硬化

機械加工過程中產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、崎變，晶粒間產(chǎn)生滑移，晶粒被拉長等，這些都會使表面層金屬硬度增加，通稱為加工硬化（或冷作硬化）。加工硬化的評定指標通常有3項：（1）表面層金屬硬度HV；（2）硬化層深度h；（3）硬化程度N。

1.2.2表面層金相組織變化

機械加工過程中由于切削熱的作用，有可能表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。例如，磨削淬火鋼時，磨削熱的作用會引起淬火鋼中馬式體的分解，或出現(xiàn)回火組織等。

1.2.3表面層殘余應力

由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬晶格的變形或金相組織變化，會造成表面層殘余應力。

2.機械加工表面質(zhì)量

機械加工表面質(zhì)量又稱為表面完整性，其含義包括兩個方面的內(nèi)容：

2.1表面層的幾何形狀特征

表面層的幾何形狀主要由以下幾部分組成：

（1）表面粗糙度。它是指加工表面上較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，即加工表面的微觀幾何形狀誤差，其評定參數(shù)主要有輪廓算術平均偏差Ra或輪廓微觀不平度十點平均高度Rz；

（2）表面波度。它是介于宏觀形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的周期性形狀誤差，它主要是由機械加工過程中低頻振動引起的，應作為工藝缺陷設法消除。

（3）表面加工紋理。它是指表面切削加工刀紋的形狀和方向，取決于表面形成過程中所采用的機加工方法及其切削運動的規(guī)律。

（4）傷痕。它是指在加工表面?zhèn)€別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕、劃痕等，它們大多隨機分布。

2.2表面層的物理力學性能

表面層的物理力學性能主要指以下三個方面的內(nèi)容：

（1）表面層的加工冷作硬化。

（2）表面層金相組織的變化。

（3）表面層的殘余應力。

3.石油機械加工精度內(nèi)涵

加工精度是加工后零件表面的實際尺寸、形狀、位置三種幾何參數(shù)與圖紙要求的理想幾何參數(shù)的符合程度。理想的幾何參數(shù)，對尺寸而言，就是平均尺寸；對表面幾何形狀而言，就是絕對的圓、圓柱、平面、錐面和直線等；對表面之間的相互位置而言，就是絕對的平行、垂直、同軸、對稱等。零件實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離數(shù)值稱為加工誤差。

加工精度與加工誤差都是評價加工表面幾何參數(shù)的術語。加工精度用公差等級衡量，等級值越小，其精度越高；加工誤差用數(shù)值表示，數(shù)值越大，其誤差越大。加工精度高，就是加工誤差小，反之亦然。

4.石油機械加工精度的影響因素及其控制

4.1機械加工工藝系統(tǒng)的原始誤差

當原始誤差方向恰為加工表面法線方向時，引起的加工誤差為最大；而當原始誤差的方向恰為加工表面的切線方向時，引起的加工誤差為最小，通?？梢院雎浴榱吮阌诜治鲈颊`差對加工精度的影響，我們把影響加工精度最大的那個方向（即通過刀刃的加工表面的法向）稱為誤差的敏感方向。當原始誤差的方向與誤差敏感方向一致時，對加工精度的影響最大。

4.2工藝系統(tǒng)原始誤差對加工精度的影響

（1）加工原理誤差；（2）調(diào)整誤差；（3）機床誤差；（4）刀具誤差；（5）量具誤差與測量誤差；（6）裝夾誤差與夾具誤差。

4.3加工過程中原始誤差對加工精度的影響及其控制

減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響的措施：提高工藝系統(tǒng)的剛度：（1）合理設計零部件結(jié)構，在設計工藝裝備時，應盡量減少連接面數(shù)目，并注意剛度的匹配，防止有局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)。在設計基礎件、支撐件時，應合理選擇零件結(jié)構和截面形狀。一般地說，截面積相等時，空心截形比實心截形的剛度高，封閉的截形又比開口的截形好。在適當部位增添加強肋也有良好的效果。（2）提高連接表面的接觸剛度，主要是提高機床部件中零件間接合表面的質(zhì)量，和給機床部件預加載荷。（3）采用輔助支撐，例如加工細長軸時，工件的剛性差，采用中心架或跟刀架有助于提高工件的剛度。（4）采用合理的裝夾和加工方式，例如在臥式銑床上銑削角鐵形零件，剛度可大大提高。

4.4保證和提高加工精度的途徑

提高加工精度的途徑，就是掌握誤差預防與誤差補償?shù)膬?nèi)涵及其應用。

4.4.1誤差預防技術

合理采用先進工藝與設備直接減少原始誤差，首先查明影響加工精度的主要原始誤差因素，然后將其消除或減少。（1）轉(zhuǎn)移原始誤差，將影響加工精度的原始誤差轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向上。（2）均化原始誤差。（3）控制加工過程中溫升，大型精密絲杠加工中，需要嚴格控制機床和工件在加工過程中的溫度變化，可采取如下措施：（1）母絲杠采用空心結(jié)構，通入恒溫油使母絲杠保持恒溫。（2）采用淋浴的方法使工件保持恒溫。

4.4.2誤差補償技術

在加工中隨時測量工件的實際尺寸（形狀、位置精度），根據(jù)測量結(jié)果按一定的模型或算法，實時給刀具以附加的補償量，從而控制刀具和工件間的相對位置，使工件尺寸的變動范圍始終在自動控制之中。

5.總結(jié)

綜上所述，只有保證了機械石油加工產(chǎn)品的質(zhì)量，才能保證設備的正常運行，才能讓企業(yè)處于長足的發(fā)展中。

【參考文獻】

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