石油機(jī)械加工質(zhì)量影響因素及控制探究

付敏清 王翠霞 于向明 魏長鑫(天合石油集團(tuán)匯豐石油裝備股份有限公司 黑龍江省牡丹江市 157011)

一、石油機(jī)械加工質(zhì)量的本質(zhì)

石油機(jī)械加工的質(zhì)量通常是指機(jī)械在幾何和材料性能兩個(gè)方面的質(zhì)量。

1.在幾何方面石油機(jī)械加工的質(zhì)量

在幾何方面石油機(jī)械加工的質(zhì)量主要是指機(jī)械加工后幾何形狀誤差，這種誤差存在于界面處—機(jī)械的最外層表面與周圍環(huán)境間之間。幾何形狀的誤差包括宏觀和微觀幾何形狀誤差兩個(gè)方面，同時(shí)還包括介于兩種誤差之間的一種特殊幾何誤差。宏觀幾何形狀誤差是指波長與波高的比值大于1000的誤差，常見的有圓度誤差，平面度誤差等；微觀幾何形狀誤差是指波長與波高比值小于50的誤差，微觀幾何形狀誤差也被稱為不平度或表面粗糙度；特殊幾何誤差，即介于宏觀和微觀幾何形狀誤差之間的特殊誤差，表現(xiàn)為一種周期性的幾何形狀誤差，這種特殊幾何誤差的主要表示方法是波度(波長與波高的比值)，波度的分布范圍主要在50～1000之間。其中引起波度的主要原因是加工系統(tǒng)的振動(dòng)。

2.在材料性能方面石油機(jī)械加工的質(zhì)量

石油機(jī)械加工材料性能方面的質(zhì)量主要指在經(jīng)歷機(jī)械加工之后，機(jī)械零件表面在層物理力學(xué)性能等方面和一定深度上基體的性能相比發(fā)生的改變，這個(gè)發(fā)生變化的表層又被稱為機(jī)械加工變質(zhì)層。在材料性能方面石油機(jī)械加工的質(zhì)量主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)石油機(jī)械零件表面層的加工硬化

在石油機(jī)械加工過程中機(jī)械零件的塑性變形是不可避免的，然而這些塑性變形往往會(huì)引起機(jī)械零件中晶格的扭曲、畸變，更嚴(yán)重會(huì)使晶粒間產(chǎn)生滑移、晶粒被拉長等。引起這些晶格級別的改變往往就會(huì)改變材料表面的性質(zhì)，從而使機(jī)械零件的硬度增加(加工硬化)。加工硬化程度的指標(biāo)主要有：表面層金屬硬度HV；硬化層深度 h；硬化程度 N。

(2)石油機(jī)械零件表面層金相組織的變化

在石油機(jī)械加工過程中有可能使金屬表面層的金相組織產(chǎn)生變化的因素是切削熱的作用，從而影響到石油機(jī)械零件的整體質(zhì)量。而這種作用的影響最明顯的呈現(xiàn)如在磨削淬火鋼的過程中，磨削熱的作用會(huì)在石油機(jī)械零件表面引起馬氏體的分解等。

(3)石油機(jī)械零件表面層殘的余應(yīng)力

殘余應(yīng)力在石油機(jī)械零件表面層的產(chǎn)生主要是由于切削力、切削熱的綜合作用引起的，這些作用會(huì)在石油機(jī)械零件表面層引起金屬晶格產(chǎn)生變形，甚至使表層的金相組織發(fā)生變化，最終在石油機(jī)械零件的表面層形成殘余應(yīng)力。機(jī)械零件表面層的殘余力會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械加工最終的質(zhì)量。

二、石油機(jī)械加工的表面質(zhì)量

石油機(jī)械加工的表面質(zhì)量(表面完整性)，主要有兩個(gè)方面的內(nèi)容：石油機(jī)械零件表面層的幾何形狀特征和表面層的物理力學(xué)性能。

(1)石油機(jī)械表面層的幾何形狀特征

石油機(jī)械零件表面層的幾何形狀：表面波度、表面粗糙度、表面加工紋理和傷痕。表面粗糙度(加工機(jī)械表面的微觀幾何形狀誤差)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，評定其程度高低的主要依據(jù)是表面輪廓算術(shù)平均偏差 Ra等；表面波度主要是由石油機(jī)械加工過程中的低頻振動(dòng)引起的特殊幾何誤差，即介于宏觀和微觀幾何形狀誤差之間的特殊誤差。要想消除表面波度在石油機(jī)械加工中引起的質(zhì)量問題，就必須提高石油機(jī)械加工的工藝；表面加工紋理是在機(jī)械加工過程中由于加工方法以及其切削運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不同而在機(jī)械表面生成不同形狀和方向的切削加工刀紋；機(jī)械的傷痕是指在零件表面偶爾出現(xiàn)、分布隨機(jī)的加工缺陷，例如表層的氣孔、裂痕、劃痕等。

(2)石油機(jī)械表面在物理力學(xué)方面的性能

石油機(jī)械表面層的物理力學(xué)性能主要包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容：

①石油機(jī)械表面層的加工冷作硬化。

②石油機(jī)械表面層金相組織的變化。

③石油機(jī)械表面層的殘余應(yīng)力。

三、石油機(jī)械加工精度的本質(zhì)

石油機(jī)械加工精度的定義：石油機(jī)械零件表面的實(shí)際尺寸、形狀和位置等的幾何參數(shù)在加工后與圖紙要求的幾何參數(shù)相比所能達(dá)到的符合程度。石油機(jī)械加工精度所追求的是機(jī)械零件的幾何參數(shù)能夠到達(dá)平均尺寸，機(jī)械表面幾何形狀能夠到達(dá)絕對的圓柱、平面和直線等，以及機(jī)械表面之間的相互位置能夠達(dá)到絕對的平行、垂直和對稱等。在生產(chǎn)加工中實(shí)際與圖紙要求之間的偏離數(shù)值就是石油機(jī)械加工的加工誤差。

四、影響石油機(jī)械加工精度的因素及其控制措施

石油機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中存在的原始誤差是對加工精度的主要影響因素和控制因素。

1.石油機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中的原始誤差

在加工工藝系統(tǒng)中最大的加工誤差能夠產(chǎn)生是在加工表面法線方向與原始誤差方向重合時(shí)，而能產(chǎn)生最小的加工誤差是在加工表面法線方向與原始誤差方向垂直時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的誤差通?？梢院雎浴Ｓ绊懯蜋C(jī)械加工精度最大的方向被稱為誤差的敏感方向。當(dāng)原始誤差的方向達(dá)到和誤差敏感方向一致時(shí)，就會(huì)對石油機(jī)械加工精度產(chǎn)生最大的影響。

2.石油機(jī)械加工工藝系統(tǒng)原始誤差對加工精度的影響

加工工藝系統(tǒng)原始誤差對加工及精度的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①加工原理誤差；②調(diào)整誤差；③機(jī)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。

3.石油機(jī)械加工過程中對影響加工精度因素的控制

在石油機(jī)械加工過程中，能夠減小工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的精度影響的措施主要有：①提高工藝系統(tǒng)的剛度；②合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)，盡量減少連接面數(shù)目，同時(shí)也要合理匹配各個(gè)環(huán)節(jié)裝備的剛度，合理選擇加工機(jī)械零件結(jié)構(gòu)和零件的截面形狀；③提高連接表面的剛度；④加工中合理采用輔助支撐；⑤加工總合理采用裝夾及加工方式。

小結(jié)

在生產(chǎn)過程中經(jīng)過不斷地觀察分析，尋找出影響著石油機(jī)械加工質(zhì)量的因素，同時(shí)不斷研究出控制影響因素的方法與技術(shù)。在隨后的生產(chǎn)中加以應(yīng)用新的技術(shù)與方法達(dá)到有效控制誤差，這樣才能有效地提高石油機(jī)械加工的質(zhì)量，生產(chǎn)制造出可靠的石油工業(yè)應(yīng)用機(jī)械，保證石油機(jī)械在使用中的質(zhì)量與壽命。

[1]王吉年,石啟軍.機(jī)械加工精度與加工誤差簡析[J].中國科技信息,2010,(08).

[2]鄭修本主編.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.