石油機械加工質(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、石油機械加工質(zhì)量的本質(zhì)

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

1.在幾何方面石油機械加工的質(zhì)量

在幾何方面石油機械加工的質(zhì)量主要是指機械加工后幾何形狀誤差，這種誤差存在于界面處—機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方面，同時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。

2.在材料性能方面石油機械加工的質(zhì)量

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

(1)石油機械零件表面層的加工硬化

在石油機械加工過程中機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引起機械零件中晶格的扭曲、畸變，更嚴重會使晶粒間產(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改變材料表面的性質(zhì)，從而使機械零件的硬度增加(加工硬化)。加工硬化程度的指標主要有：表面層金屬硬度HV；硬化層深度 h；硬化程度 N。

(2)石油機械零件表面層金相組織的變化

在石油機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，磨削熱的作用會在石油機械零件表面引起馬氏體的分解等。

(3)石油機械零件表面層殘的余應力

殘余應力在石油機械零件表面層的產(chǎn)生主要是由于切削力、切削熱的綜合作用引起的，這些作用會在石油機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，最終在石油機械零件的表面層形成殘余應力。機械零件表面層的殘余力會嚴重影響機械加工最終的質(zhì)量。

二、石油機械加工的表面質(zhì)量

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

(1)石油機械表面層的幾何形狀特征

石油機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)是表面輪廓算術平均偏差 Ra等；表面波度主要是由石油機械加工過程中的低頻振動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械加工中引起的質(zhì)量問題，就必須提高石油機械加工的工藝；表面加工紋理是在機械加工過程中由于加工方法以及其切削運動規(guī)律的不同而在機械表面生成不同形狀和方向的切削加工刀紋；機械的傷痕是指在零件表面偶爾出現(xiàn)、分布隨機的加工缺陷，例如表層的氣孔、裂痕、劃痕等。

(2)石油機械表面在物理力學方面的性能

石油機械表面層的物理力學性能主要包括以下三個方面的內(nèi)容：

①石油機械表面層的加工冷作硬化。

②石油機械表面層金相組織的變化。

③石油機械表面層的殘余應力。

三、石油機械加工精度的本質(zhì)

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

四、影響石油機械加工精度的因素及其控制措施

石油機械加工工藝系統(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，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，此時產(chǎn)生的誤差通常可以忽略。影響石油機械加工精度最大的方向被稱為誤差的敏感方向。當原始誤差的方向達到和誤差敏感方向一致時，就會對石油機械加工精度產(chǎn)生最大的影響。

2.石油機械加工工藝系統(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)在以下幾個方面：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。

3.石油機械加工過程中對影響加工精度因素的控制

在石油機械加工過程中，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合理設計零部件結構，盡量減少連接面數(shù)目，同時也要合理匹配各個環(huán)節(jié)裝備的剛度，合理選擇加工機械零件結構和零件的截面形狀；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

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械加工質(zhì)量的因素，同時不斷研究出控制影響因素的方法與技術。在隨后的生產(chǎn)中加以應用新的技術與方法達到有效控制誤差，這樣才能有效地提高石油機械加工的質(zhì)量，生產(chǎn)制造出可靠的石油工業(yè)應用機械，保證石油機械在使用中的質(zhì)量與壽命。

[1]王吉年,石啟軍.機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.機械制造工藝學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.