影响量块研合性的相关因素

董秀鹏

（哈尔滨量具刃具集团有限责任公司，哈尔滨 150040）

1 引言

量块的研合性在国际标准中的定义为“量块的一个测量面与另一测量面或与另一精密加工的类似的平面，通过分子结合力的作用而粘合的性能”。量块的研合性也是与鉴定精度和尺寸传递有关的量块的功能特征，在量块的使用过程中，其功能特性直接影响量块的使用寿命。由于量块的研合性对于提高其耐用度而降低全套量块报废率有着直接影响，所以量块的生产厂家都以不同的方式致力解决这一问题。多年量块的生产经验表明，量块的研合性在较大程度上取决于量块薄表层的机械性质与结构和其表面的微观形貌，而润滑剂的性质和润滑层的厚度也是影响研合性的另一重要因素。本文通过相关实验分析探讨了提高量块研合性的有关方法，为今后的实际工作提供一些参考和帮助。

2 表面微观形貌对研合性的影响

取一定数量尺寸为1～100mm的量块，与干涉检查用1 级平晶研合，以两量面不错动时的最小数值表征的切向力评价研合性。试件量面按规定程序和要求清理后，进行手研合并在专用设备上进行机械研合试验。经过一定次数的试验结果表明，不论手研合或机械研合，表征两量面粘合性能的切向力数值大小相似，并因两量面的不平度减小而增大。因此，根据实际工作经验并结合试验结果表明：

（1）量块和平晶有平面度误差时，就不能保证两者紧密、牢固地粘合，这时在量块表面上会出现光斑和暗点，光斑和暗点模糊不清或形状不规矩，则说明以下情况：研合面间润滑层厚度不均匀，不论那种研合方法都保证不了两量块同样且全部地接触，把研合操作进行到底；经常出现平面平行性误差和组合量块中间长度偏差。

（2）研合性随量面的表面粗糙度数值增大而变坏，当表面粗糙度数值达到约Ra0.13 时，润滑层再厚也不能紧密地粘合，当大于Ra0.15 时，则停止粘合。

（3）局部接触，在粘合层最薄处或只在峰顶接触处看到光斑和暗点时，靠界限层加强的粘合力，其数值仍然很小。

（4）在生产中，如保证量块量面的轮廓峰高与谷宽同时减小，会增加与润滑剂的实际接触面积，从而很快地增大粘合力。同时，谷浅与谷窄的微观不平度形成了润滑剂的显微存储器，量块清洗后剩在微观不平度轮廓谷中的润滑剂的溶解液比较固定。

3 表层机械性质对研合性的影响

采用显微压凹法和显微刻痕法对用轴承钢GGr15 和硬质合金YG6 两种不同材质生产的量块的邻接表层进行显微硬度比较试验。

（1）显微压凹法。首先选用显微硬度计对两种不同材料生产的量块进行邻接表层的显微硬度检测，测量结果所得显微硬度平均值Hp的标准偏差δ 不大于2%，按测量触头的几何形状和压凹尺寸，以计算法评定压凹深度hp，hp=1.14d（d为压凹对角线尺寸）。经过对每种样块20次的测量结果可以看出，钢制量块的显微硬度Hp比硬质合金量块低约1.5 倍，所有试件的显微硬度都随载荷减小而增加。为避免系统误差，只对厚度大于0.5μm的邻接表层才保证可靠地确定Hp值。

（2）显微刻痕法。量块厚度小于0.5μm的邻接表层的显微硬度值Hs，在负荷间隔为F=0.01～0.19N 型结构的仪器上以显微刻痕法测得，在光栅电子显微镜上采用光波干涉法测定刻痕深度，经过反复测试并对数据进行分析得出的结论是，量块厚度小于0.2μm的邻接表层具有较高的硬度值，硬质合金量块厚度为0.05μm的邻接表层Hs值是钢制量块约4.5 倍。

研合性表层由于不同材料量块的薄显微硬度值的差别如此之大，我们由此分析到，由于量块表面划伤处逐渐增多失去研合性而降低使用寿命，这与量块的材质是有关系的。我们又对钢制和硬质合金两种材质量块表面出现塑性破坏（即表征由弹性变形过渡到塑性变形）的临界压力Pm进行了比较试验。在超倍量显微硬度计上观察在各种负荷下测头沿量块表面移动过程中产生的痕迹，把出现第一道划痕的最小负荷视为开始塑性变形的临界负荷值，并计算出接触区的Pm值，硬质合金量块的Pm值大约是钢制量块Pm值的20 倍。显然，两种量块邻接表层的Hs和Pm的数值差别这样大，在很大程度上与实际发现的两者耐用度不同有关，大约相差3 倍。

有关研究结果和经验都证明，表面微观不平度高度≥0.1μm 量块，在接触区靠分子的表面吸力保证不了粘合，而干燥的量面也不可能提供可靠的吸附与粘合，必需在量面加润滑介质才能有效粘合，这时接触表面的粘合力不仅取决于润滑液的毛细管与流变性作用以及借助润滑剂实际增大的接触面积，同时也与润滑剂的性质和润滑层的厚度有关。

4 润滑剂对研合性的影响

大量的工作经验和相关试验都表明，表面干燥的量块研合不上，在加入活性润滑剂形成的吸附作用表面，其产生单一分子层的切向力较小，而在使用渗透性能好、带有粘滞性组织的润滑剂时，能产生明显的切向力。因此，在测量工具使用中，尽量不采用能给在流动态下工作的吸附作用表面造成界限单一分子层的液体润滑剂。为保证实现最佳粘合并有足够的切向力，建议采用渗透性能高的润滑介质。

在表面粗糙度数值不同的量块研合前加一层润滑油，不能保证有牢固的粘合性和固定的组合尺寸，而在两量块研合成一体前在洁净的表面上加润滑层，不如在生产中形成的润滑层产生的研合力大，因为在固定的精研工艺规范下使液体润滑剂渗入量面中形成氧化薄膜，十分牢固，长时间依附在表面，具有实际应用意义。

在研合过程中，处于液态的润滑液分子在量块粘合面间流动，造成牢固的薄膜层以保证粘合，润滑层厚度适中时会形成表层内分子的相互作用力、表层与固体表面间的拉力、固体表面间的粘合力。润滑层的厚度既影响量块研合的切向力，又影响组合量块的尺寸偏差。

5 结语

量块邻接表层的机械与润滑性质，在量块的研合性中起着至关重要的作用，也是体现量块功能的重要特征。危险负荷引起量块表面的机械损坏，导致量面微观形貌的变化、生产中形成的表面薄膜厚度、润滑介质的选择、量块表面的粗糙度值的大小与变化，这都是影响量块研合性和使用寿命的重要因素，而硬质合金量块具有较高的耐用度就来自于它表层的机械性质。