影響量塊研合性的相關因素

董秀鵬

（哈爾濱量具刃具集團有限責任公司，哈爾濱 150040）

1 引言

量塊的研合性在國際標準中的定義為“量塊的一個測量面與另一測量面或與另一精密加工的類似的平面，通過分子結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于提高其耐用度而降低全套量塊報廢率有著直接影響，所以量塊的生產廠家都以不同的方式致力解決這一問題。多年量塊的生產經驗表明，量塊的研合性在較大程度上取決于量塊薄表層的機械性質與結構和其表面的微觀形貌，而潤滑劑的性質和潤滑層的厚度也是影響研合性的另一重要因素。本文通過相關實驗分析探討了提高量塊研合性的有關方法，為今后的實際工作提供一些參考和幫助。

2 表面微觀形貌對研合性的影響

取一定數量尺寸為1～100mm的量塊，與干涉檢查用1 級平晶研合，以兩量面不錯動時的最小數值表征的切向力評價研合性。試件量面按規定程序和要求清理后，進行手研合并在專用設備上進行機械研合試驗。經過一定次數的試驗結果表明，不論手研合或機械研合，表征兩量面粘合性能的切向力數值大小相似，并因兩量面的不平度減小而增大。因此，根據實際工作經驗并結合試驗結果表明：

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

（2）研合性隨量面的表面粗糙度數值增大而變壞，當表面粗糙度數值達到約Ra0.13 時，潤滑層再厚也不能緊密地粘合，當大于Ra0.15 時，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時，靠界限層加強的粘合力，其數值仍然很小。

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

3 表層機械性質對研合性的影響

采用顯微壓凹法和顯微刻痕法對用軸承鋼GGr15 和硬質合金YG6 兩種不同材質生產的量塊的鄰接表層進行顯微硬度比較試驗。

（1）顯微壓凹法。首先選用顯微硬度計對兩種不同材料生產的量塊進行鄰接表層的顯微硬度檢測，測量結果所得顯微硬度平均值Hp的標準偏差δ 不大于2%，按測量觸頭的幾何形狀和壓凹尺寸，以計算法評定壓凹深度hp，hp=1.14d（d為壓凹對角線尺寸）。經過對每種樣塊20次的測量結果可以看出，鋼制量塊的顯微硬度Hp比硬質合金量塊低約1.5 倍，所有試件的顯微硬度都隨載荷減小而增加。為避免系統誤差，只對厚度大于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，在負荷間隔為F=0.01～0.19N 型結構的儀器上以顯微刻痕法測得，在光柵電子顯微鏡上采用光波干涉法測定刻痕深度，經過反復測試并對數據進行分析得出的結論是，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，這與量塊的材質是有關系的。我們又對鋼制和硬質合金兩種材質量塊表面出現塑性破壞（即表征由彈性變形過渡到塑性變形）的臨界壓力Pm進行了比較試驗。在超倍量顯微硬度計上觀察在各種負荷下測頭沿量塊表面移動過程中產生的痕跡，把出現第一道劃痕的最小負荷視為開始塑性變形的臨界負荷值，并計算出接觸區的Pm值，硬質合金量塊的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的數值差別這樣大，在很大程度上與實際發現的兩者耐用度不同有關，大約相差3 倍。

有關研究結果和經驗都證明，表面微觀不平度高度≥0.1μm 量塊，在接觸區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，必需在量面加潤滑介質才能有效粘合，這時接觸表面的粘合力不僅取決于潤滑液的毛細管與流變性作用以及借助潤滑劑實際增大的接觸面積，同時也與潤滑劑的性質和潤滑層的厚度有關。

4 潤滑劑對研合性的影響

大量的工作經驗和相關試驗都表明，表面干燥的量塊研合不上，在加入活性潤滑劑形成的吸附作用表面，其產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滑劑時，能產生明顯的切向力。因此，在測量工具使用中，盡量不采用能給在流動態下工作的吸附作用表面造成界限單一分子層的液體潤滑劑。為保證實現最佳粘合并有足夠的切向力，建議采用滲透性能高的潤滑介質。

在表面粗糙度數值不同的量塊研合前加一層潤滑油，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滑層，不如在生產中形成的潤滑層產生的研合力大，因為在固定的精研工藝規范下使液體潤滑劑滲入量面中形成氧化薄膜，十分牢固，長時間依附在表面，具有實際應用意義。

在研合過程中，處于液態的潤滑液分子在量塊粘合面間流動，造成牢固的薄膜層以保證粘合，潤滑層厚度適中時會形成表層內分子的相互作用力、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 結語

量塊鄰接表層的機械與潤滑性質，在量塊的研合性中起著至關重要的作用，也是體現量塊功能的重要特征。危險負荷引起量塊表面的機械損壞，導致量面微觀形貌的變化、生產中形成的表面薄膜厚度、潤滑介質的選擇、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，而硬質合金量塊具有較高的耐用度就來自于它表層的機械性質。