量塊修理技術(shù)

李春喜 馬建敏/上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

量塊修理是對(duì)缺陷平面進(jìn)行修復(fù)的手工研磨操作，而缺陷平面是指量塊工作面的劃傷、銹蝕、變形等現(xiàn)象。當(dāng)這樣的缺陷達(dá)到影響其研合性能的時(shí)候，就需要對(duì)量塊工作表面進(jìn)行研磨修理。

1 量塊修理

量塊修復(fù)過程分為三部分：修理前工具準(zhǔn)備、對(duì)量塊工作面進(jìn)行研磨和修理過程中的控制測(cè)量。下面就這三部分工作進(jìn)行詳細(xì)的闡述，其中包括了筆者多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，一并與同行分享。

1.1 修理前工具準(zhǔn)備

量塊修理工具的準(zhǔn)備，即對(duì)研磨量塊用的高磷鑄鐵平板進(jìn)行壓砂操作。研磨分干研和濕研兩種。修理平板的壓砂屬于濕研，壓砂的目的是讓無數(shù)帶有尖銳棱角的金剛砂顆粒均勻分布在研磨平板表面，其作用相當(dāng)于磨刀。而量塊在壓砂完成后的平板上研磨的過程稱為干研，研磨出鏡面般的量塊表面相當(dāng)于平板上無數(shù)金剛砂顆粒向上的銳棱切削量塊表面的宏觀效果。為保證所有平板的平面度，壓砂所需要的研磨平板至少有三塊，如：分別編號(hào)1＃、2＃、3＃，抽取3塊平板中的2塊作為一組，上下對(duì)研，排列組合：即1＃（上）2＃（下）、2＃（上）3＃（下）、3＃（上）1＃（下）、……循環(huán)往復(fù)。如僅僅采用2塊平板互研而始終上下不交換，由于8字研磨推拉上下平面交錯(cuò)，重力的存在將引起下平板面四周的過度切削，上平板中央的過度切削，導(dǎo)致上平板越來越凹，下平板越來越凸。

在平板研磨壓砂前，在下平板上先均勻添加適當(dāng)粒徑的氧化鋁金剛砂（剛玉微粉）及硬脂煤油等潤(rùn)滑劑，壓砂過程一般需要經(jīng)過數(shù)次，金剛砂的粒度使用順序?yàn)閺拇值郊?xì)。壓砂時(shí)須用力均勻，推拉軌跡為隨機(jī)8字形，次數(shù)不宜多，憑手上感覺及聲音判斷。

修理7 mm以下的量塊要先準(zhǔn)備好橡膠墊塊，而修理7 ～ 500 mm以下的量塊則須準(zhǔn)備專用膠木夾具。修理500 ～ 1 000 mm長(zhǎng)量塊，則需要準(zhǔn)備長(zhǎng)量塊夾具、刀口尺、平晶、調(diào)整支架等輔助工具。對(duì)于7 mm以下的薄量塊則需要輔助研合技術(shù)。

量塊夾具制作必須考慮以下因素：一是便于操作，控制研磨操作過程的用力平穩(wěn)，二是使用過程中對(duì)量塊影響較小，如隔熱、著力點(diǎn)控制等。

根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，修理量塊用夾具大致分為下列幾種：

（1）修理0.5 ～ 10 mm量塊采用的是用隔熱膠墊；

（2）修理10 ～ 35 mm量塊采用的是隔熱紙?zhí)祝?/p>

（3）修理35 ～ 300 mm量塊采用有機(jī)玻璃（或膠木）夾具（圖1）；

（4）修理300 ～ 1 000 mm量塊采用長(zhǎng)量塊專用修理夾具（圖2）。

1.2 研磨操作

量塊修理，是一種通過研磨（干研），恢復(fù)量塊原有技術(shù)指標(biāo)的過程。由于量塊的實(shí)際尺寸相對(duì)基本尺寸有一定的限制，修理后實(shí)際尺寸（中心長(zhǎng)度）只會(huì)變小，從而降低量塊的準(zhǔn)確度等級(jí)及使其報(bào)廢。為了提高量塊的使用壽命，修理人員必須用熟練的手工技巧，在研磨中減少對(duì)量塊工作面的磨削量。

1.2.1 量塊工作面修理前的研磨準(zhǔn)備

量塊工作面平面修理前，須先將待修工作面上的毛刺用天然油石輕輕打磨，避免對(duì)鑄鐵平板的損傷。如修理0.5 ～ 7 mm規(guī)格量塊，須先對(duì)墊塊進(jìn)行修理。須事先研磨加工數(shù)塊墊塊，作為研合備用。墊塊修理平面要求微凹便于研合。修理時(shí)均勻直線運(yùn)動(dòng)，并要求推拉操作時(shí)包括180°轉(zhuǎn)向過程。轉(zhuǎn)向起到抵消由于手感習(xí)慣造成的研磨切削不均勻現(xiàn)象。修理操作的姿勢(shì)和手感，不同的操作者有著不同的體會(huì)，可以施加適當(dāng)?shù)耐评《溶壽E和加下壓力度，加上合適的鑄鐵平板，盡可能減少對(duì)量塊工作面的切削量，以達(dá)到省力、高效并且滿足準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。根據(jù)筆者的多年工作經(jīng)驗(yàn)，使用的平板輪廓是微凸的，加上修理操作的姿勢(shì)和手感的抵消作用，就能研磨出平面度合格的量塊工作面。

圖1 長(zhǎng)量塊夾具

圖2 中尺寸量塊夾具

1.2.2 影響量塊被修的工作面平面性及表面粗糙度的壓砂鑄鐵平板

在選擇研磨平板弧度后，對(duì)平板進(jìn)行上段直線分隔，用油石進(jìn)行粗、中、細(xì)打磨，要求切削性能均勻且不影響切削力，消除量塊被修面上的不均勻，以保證平面性。

1）夾具

夾具可以是膠墊、紙?zhí)?、有機(jī)玻璃或膠木夾具（如圖2）、專用長(zhǎng)量塊夾具（圖1）等。

2）研磨技巧

可以根據(jù)量塊端面的研磨需求，基本動(dòng)作是壓住夾具，量塊端面和研磨平板面加力貼合，在水平面上做直線前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)。一般來說在同等研磨平板壓沙狀態(tài)下，手指用力點(diǎn)加力大則該點(diǎn)區(qū)域的被切削量就大。以胸部肌肉為中心發(fā)力至肩部三角肌，帶動(dòng)大臂及小臂至腕部肌肉，以腕帶指，發(fā)力于指尖，要求感覺靈敏，收放運(yùn)動(dòng)自如。保持穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)和良好的切削姿態(tài)為準(zhǔn)，如手指、手臂用力過猛或感覺身體疲勞，應(yīng)暫停修理，放松自我，調(diào)整心境，力求找到理想和自如的感覺。

3）隔熱

當(dāng)需要研磨量塊某一區(qū)域時(shí)，手指發(fā)力要果斷、準(zhǔn)確、平穩(wěn)。由于量塊的材料具有膨脹性，當(dāng)無法在短時(shí)間內(nèi)完成切削時(shí)，必須考慮溫度的影響。溫度失衡主要來自兩方面的原因：雖有隔熱夾具，但人體手指長(zhǎng)時(shí)間接觸量塊還是會(huì)傳遞熱量；研磨切削中產(chǎn)生的摩擦熱。此時(shí)，必須進(jìn)行等溫處理，因?yàn)橹挥性跇?biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室溫度下加工的平面才是合格平面。

4）潤(rùn)滑

量塊在研磨時(shí)，表面會(huì)留下一些大小不一的切屑和破碎的磨料，如繼續(xù)使用，它們將對(duì)量塊與平板之間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生損壞、及破壞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，此時(shí)可以涂上少量的硬脂，如一滴煤油，然后用紙巾在平板面上抹均，最后擦凈。這樣就起到消除研磨屑及保持表面清潔、不損傷平板的作用。

5）平板壓砂

壓砂是一種對(duì)研磨平板切削能力的修復(fù)，相當(dāng)于“磨刀”。俗話說：磨刀不誤砍柴工。平板壓砂在量塊修理過程中是一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)，從微觀上來看，在平板上壓入金剛砂（氧化鋁），等同于無數(shù)個(gè)帶有刃口的小刀在切削量塊表面，宏觀上就形成了量塊被加工平面的鏡面效應(yīng)。換言之，量塊是被加工的工件，研磨平板是刀具，當(dāng)平板的切削力下降時(shí)，就應(yīng)將平板重新壓砂。

1.3 量塊兩工作面平面平行性修正及變形修復(fù)

當(dāng)量塊的一個(gè)工作面修好后，其平面平行性可能超差，則需進(jìn)行修正研磨。這時(shí)的研磨是不均的，而是高出部分被磨削掉，再修復(fù)平面，變形修復(fù)的過程是：上下反復(fù)，直至找到理想面研合后再修復(fù)另一面。

實(shí)踐證明研磨受力點(diǎn)不同、切削效果也不同，只要稍稍改變手指的著力點(diǎn)，其余按照原樣進(jìn)行，長(zhǎng)度變動(dòng)量（平行性）就能修正。修理變形量塊時(shí)，先稍磨削一點(diǎn)，然后用平晶檢查一下變化量。需通過干涉條紋圖形的變化，找出對(duì)應(yīng)切削位置和切削程度，通過手指的感覺，作出加力還是減力的判斷。研磨幾個(gè)來回必須檢長(zhǎng)度變動(dòng)量（平行性）。

1.4 量塊修理過程的測(cè)量控制

量塊修理后，送檢定員檢定。主要平面的平行性在接觸式光學(xué)儀器上檢定，用標(biāo)準(zhǔn)塊與被測(cè)量塊進(jìn)行比較法測(cè)定，經(jīng)檢定合格后出證書報(bào)告，全程修理完成。

2 量塊修理技術(shù)推廣的意義

量塊修理作為量塊檢定的配套服務(wù)不可或缺，多年來量塊修理技術(shù)始終依賴手工技藝，研磨技師的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)是量塊是否能成功修復(fù)的關(guān)鍵。

從材料力學(xué)分析，量塊制造工藝中有一個(gè)熱處理慢回火的工藝，這一工藝的目的就是消除材料的內(nèi)應(yīng)力，使量塊保持穩(wěn)定的幾何形狀，從而得到穩(wěn)定的端度量值。在制造過程中，無論采用如何先進(jìn)的熱處理技術(shù)，事實(shí)上始終無法徹底消除內(nèi)應(yīng)力。隨著時(shí)間的推移，數(shù)年或數(shù)十年之后，量塊的幾何形狀必然發(fā)生微量的變化。修理量塊，除了銹蝕、劃痕原因外，內(nèi)應(yīng)力緩慢釋放造成的變形是另一個(gè)重要原因。而修理量塊采用的是已經(jīng)自然時(shí)效多年的材料，由于內(nèi)應(yīng)力已經(jīng)得到充分釋放，修理后的幾何量穩(wěn)定性將得到充分保證。

從社會(huì)物質(zhì)資源循環(huán)利用的環(huán)保角度來看，制造新的量塊將消耗大量的自然資源，比如：冶煉、成型加工和熱處理都是耗能的過程，增加大量的碳排放。而量塊修理將使得量塊再一次創(chuàng)造其更高的價(jià)值。量塊修理技術(shù)的掌握與推廣，無論對(duì)于環(huán)保節(jié)能還是保護(hù)資源，都將產(chǎn)生意義深遠(yuǎn)的影響。

[1] 全國幾何量長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG146-2011 [S]. 北京：中國計(jì)量出版社，2011.

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