機(jī)械產(chǎn)品檢測中計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用

黃 川

（中國工程物理研究院材料研究所，四川 綿陽 621900）

1 研究背景

“十一五”以來，我國對(duì)計(jì)量科技的投入已達(dá)20億元，建立了國際一流的實(shí)驗(yàn)基地，開展了有關(guān)基礎(chǔ)物理常數(shù)的測定等基礎(chǔ)研究，并啟動(dòng)了能源、生物、環(huán)境、微納技術(shù)、醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)等服務(wù)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的計(jì)量新領(lǐng)域研究工作，獲得國際互認(rèn)的國家校準(zhǔn)測量能力數(shù)量躍居世界第四。通過不懈努力，我國計(jì)量技術(shù)水平已得到全面提升，基本實(shí)現(xiàn)了從望其項(xiàng)背到并駕齊驅(qū)，具備了趕超發(fā)達(dá)國家的基礎(chǔ)條件。

2 計(jì)量技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 測量器具的分類

計(jì)量量具是一種具有固定形態(tài)的儀器，用以再現(xiàn)或提供一種或多種已知的量值，測量器具的分類如表1所示。

表1 測量器具的分類

2.2 測量器具的技術(shù)性能指標(biāo)

首先，標(biāo)稱值是指標(biāo)注在量具上用以標(biāo)明其特性或指導(dǎo)其使用的量值。例如，標(biāo)在量塊上的尺寸，標(biāo)在刻線尺上的尺寸，標(biāo)在角度量塊上的角度等。其次，分度值是指在儀器的刻度上，兩個(gè)刻度（最小的刻度）之間的差異。例如，在外徑千分尺的微分圓筒上，兩條刻線所表示的尺寸之差為0.01 mm，則測量儀的分度值是0.01 mm。最后，測量范圍是指，在容許不確定度之內(nèi)，由儀器所能測得的被測的最低限度。例如，外徑千分尺可以在0~25 mm、25 mm~50 mm等范圍內(nèi)進(jìn)行測量，而機(jī)械式比較計(jì)可在0~180 mm之間進(jìn)行測量[1]。

2.3 測量工具的選定

每一次測量前，需根據(jù)被測工件的特點(diǎn)選用不同的測量工具，例如，根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品實(shí)際情況（長、寬、高、深、外徑等）選擇使用卡尺、高度尺、千分尺等；軸類的直徑可以選擇千分尺、卡尺；孔型、槽型可選用塞規(guī)、塊規(guī)、塞尺；采用直角尺對(duì)工件進(jìn)行測量，R值采用R 型；測量配合誤差較小、精度較高或需要對(duì)形狀誤差進(jìn)行計(jì)算的情況下，可以采用三次元、二次元；采用硬度計(jì)進(jìn)行鋼的硬度測定[1]。

3 計(jì)量技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品檢測中的作用

3.1 有效指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)

機(jī)械產(chǎn)品檢測應(yīng)確保計(jì)量技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮指導(dǎo)作用。在機(jī)械制品生產(chǎn)中，所選擇的測量技術(shù)應(yīng)可以明確反映出產(chǎn)品的具體參數(shù)，從而為產(chǎn)品的制造和加工提供規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。另外，計(jì)量技術(shù)還可及時(shí)檢測到機(jī)械產(chǎn)品存在的問題，并向公司的管理層匯報(bào)，公司在了解到這一點(diǎn)后，可以采取相應(yīng)的措施來改善其性能，也可以選擇繼續(xù)生產(chǎn)[2]。

3.2 保障機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量

在機(jī)械產(chǎn)品檢驗(yàn)過程中，應(yīng)用計(jì)量技術(shù)可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的問題。如果有質(zhì)量問題，應(yīng)要求有關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行改善，直至達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為止。一旦出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問題，應(yīng)當(dāng)被視為劣質(zhì)品，進(jìn)行回收處理[3]。

3.3 減少生產(chǎn)失誤

機(jī)械生產(chǎn)制造過程相對(duì)復(fù)雜，人工、機(jī)器等機(jī)械制造所涉及的環(huán)節(jié)諸多，在生產(chǎn)過程中難免會(huì)出現(xiàn)失誤等情況。因此，運(yùn)用計(jì)量技術(shù)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)因人為操作不當(dāng)導(dǎo)致的質(zhì)量問題，以便于及時(shí)處理，并提醒有關(guān)人員注意該類問題，避免下次再出現(xiàn)，以此從整體上減少機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中的失誤[4]。

4 機(jī)械產(chǎn)品檢測中計(jì)量技術(shù)應(yīng)用的主要步驟

4.1 檢測前的準(zhǔn)備

在機(jī)械部件的檢驗(yàn)中，要做好充分的準(zhǔn)備工作，為檢驗(yàn)工作的順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。檢測前的準(zhǔn)備工作是保障檢測準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。首先，在檢測前的準(zhǔn)備過程中應(yīng)全面分析好有關(guān)的數(shù)據(jù)、資料文件，檢測人員應(yīng)了解并掌握?qǐng)D紙，隨后選擇適當(dāng)?shù)臏y量工具、方法等。其次，在閱讀工藝文件后，合理換算工藝尺寸以及加工位置，需注意有關(guān)工序的制造辦法。最后，檢測人員應(yīng)在機(jī)械產(chǎn)品檢測之前，結(jié)合有關(guān)圖紙了解其構(gòu)造、性能等，確保檢測過程達(dá)到精確性、精準(zhǔn)性的要求[5]。

4.2 具體檢測階段

明確對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的檢驗(yàn)重點(diǎn)，落實(shí)到具體檢測階段，保障機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量。首先，在機(jī)械產(chǎn)品的檢驗(yàn)過程中，應(yīng)檢查表面，明確機(jī)械產(chǎn)品外觀受損問題，如拉毛、劃損等。其次，需合理選擇計(jì)量基準(zhǔn)，該環(huán)節(jié)對(duì)于零部件檢測較為關(guān)鍵。檢測人員需選擇高精準(zhǔn)度并可保障實(shí)際檢測結(jié)果的部件作為計(jì)量基準(zhǔn)。在此過程中，還需分析形位公差，檢測長方體、軸以及鍵槽的對(duì)稱度等[6]。最后，需明確尺寸公差的檢測流程，一般可采取直接測量法進(jìn)行尺寸誤差檢驗(yàn)，在某些情況下不能采用直接測量法時(shí)，可以采用檢測法進(jìn)行測量，但該工序計(jì)算較為困難[7]。

4.3 科學(xué)管理計(jì)量器具

在計(jì)量器具中為避免壓力表受到外部因素影響，應(yīng)做好防高溫、防雷電、防溫度過低等相關(guān)的管理措施。首先，壓力表若受到外部因素影響則會(huì)出現(xiàn)指示不準(zhǔn)確的情況，并且壓力表長期處在高溫、低溫時(shí)也會(huì)對(duì)內(nèi)部機(jī)芯等零部件造成破壞。其次，為促進(jìn)計(jì)量器具的配備、維護(hù)使用與檢定工作規(guī)范進(jìn)行，應(yīng)仔細(xì)做好安全檢查與管理工作，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和安全監(jiān)控的需要，配足配齊相應(yīng)的安全防護(hù)用計(jì)量器具，并登記造冊(cè)，主動(dòng)報(bào)當(dāng)?shù)赜?jì)量行政部門備案，向其指定的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)申請(qǐng)周期檢定。根據(jù)安排，質(zhì)監(jiān)部門下一步將加大監(jiān)管力度，加強(qiáng)安全防護(hù)用計(jì)量器具的監(jiān)督巡查，確保其性能的安全可靠，避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生。

5 機(jī)械產(chǎn)品檢測中計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用措施

5.1 機(jī)械性能檢測

機(jī)械性能檢測是指在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)、濕度）下，材料或制品能夠經(jīng)受多種載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）的測試。其中，機(jī)械性能檢測可在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)內(nèi)進(jìn)行，從原料品質(zhì)檢驗(yàn)到產(chǎn)品的使用壽命檢驗(yàn)，可以檢測各類物質(zhì)與機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。力學(xué)性能的檢測有助于企業(yè)在產(chǎn)品的耐久性、穩(wěn)定性、安全性等方面取得競爭優(yōu)勢。

5.1.1 硬度測試

硬度指材料抵抗永久性變形的能力。它還反映了固體對(duì)外界物質(zhì)的部分抗性以及不同物質(zhì)的軟硬程度等指標(biāo)內(nèi)容。

5.1.2 拉伸測試

拉伸測試可以測定一組材料的強(qiáng)度和塑性指數(shù)。一般來說，拉伸測試是通過對(duì)材料施加外力來測量其在受力情況下的彈性變形、塑性變形和破斷能力。塑性是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。

5.1.3 彎曲測試

彎曲測試用于測量鑄鐵、高碳鋼、工具鋼等脆性低塑性材料的彎曲強(qiáng)度，其可以反映出塑性指標(biāo)的變化情況。另外，還可以采用彎曲測試來檢測材料的表面質(zhì)量。用樣品的截面面積除以斷裂時(shí)的最大壓力，其也被稱為抗壓強(qiáng)度極限。壓縮試驗(yàn)可用于軸承合金、建材等脆性材料；塑料制品的抗壓強(qiáng)度極限無法測得，但是可以測得其彈性模量、比值和屈服強(qiáng)度。

5.1.4 沖擊韌性測試

沖擊韌性測試用于檢測材料在沖擊作用下的抗沖擊強(qiáng)度。沖擊韌度指標(biāo)的實(shí)用價(jià)值是反映材料的脆性傾向。

5.1.5 疲勞測試

疲勞測試是對(duì)結(jié)構(gòu)或零件進(jìn)行疲勞與斷裂性能檢測的一項(xiàng)重要工序，機(jī)械部件的早期失效是以疲勞破壞為主。目標(biāo)是對(duì)材料構(gòu)件進(jìn)行精確的疲勞分析，以保證構(gòu)件在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)疲勞度較高等問題。

5.1.6高溫機(jī)械性能測試

高溫零件是指在高溫環(huán)境下能夠承受外部作用力而不發(fā)生失效的零件。針對(duì)高溫零件的制造和使用，需要考慮材料的力學(xué)性能，包括強(qiáng)度、彈性和塑性等。在高溫環(huán)境下，材料的這些性能可能發(fā)生各種變化，因此需要在設(shè)計(jì)和制造過程中進(jìn)行充分考慮和測試。此外，摩擦力條件下的材料耐磨性能也是高溫零件制造和使用中需要考慮的一個(gè)重要因素，測量材料的摩擦因數(shù)可以用于評(píng)估材料的耐磨性能。

5.1.7 剝離強(qiáng)度測試

剝離強(qiáng)度測試是一種用于測定材料在受到拉伸力時(shí)的抗拉強(qiáng)度的測試方法，與摩擦因數(shù)測試方法有所不同。剝離強(qiáng)度測試可以用于評(píng)估材料的抗拉強(qiáng)度，為材料的選用和設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。

5.2 機(jī)械產(chǎn)品零件檢測

首先，幾何精度包含了尺寸精度和形位精度，但是，機(jī)械產(chǎn)品并不追求單一部件的幾何尺寸，其屬于檢驗(yàn)工作較為關(guān)鍵的一環(huán)。形狀、位置精度在檢驗(yàn)工作中也同等重要，常見的有圓度、圓柱度、同軸度、平行度等。其次，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于存在著夾渣、孔洞等原始缺陷，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)微小的裂縫。有些缺陷無法通過常規(guī)觀測和檢測直接檢測出來，但是會(huì)對(duì)機(jī)器造成很大的影響，為此應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性、有目的、全面的檢測。例如，針對(duì)上述提出的計(jì)量技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用流程，在對(duì)零部件進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)明確儀器與工具的不同類型、作用，并選擇合適的計(jì)量儀器完成對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的檢查。

6 計(jì)量技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用探索

6.1 檢測范圍擴(kuò)大化

自動(dòng)化測試技術(shù)的形成，為機(jī)械制造業(yè)提供了便利，提高了對(duì)加工工藝的要求，降低了生產(chǎn)中的誤差，擴(kuò)大了測試的范圍。比如，對(duì)于微孔的測量，用常規(guī)的方法無法測量，而像影像儀、工業(yè)相機(jī)這樣的新型儀器，可解決微孔的測量問題，甚至可以測量到微米直徑，擴(kuò)展了檢測范圍，同時(shí)也保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6.2 檢測精度和靈敏度提升

自動(dòng)化計(jì)量檢測技術(shù)的發(fā)展，其要點(diǎn)為提升檢測精度與靈敏度，這也是企業(yè)所重視的技術(shù)運(yùn)用效果之一。不精確、不合格的產(chǎn)品將被迅速淘汰。在將來，自動(dòng)化的探測技術(shù)將與其他技術(shù)結(jié)合起來，為機(jī)械產(chǎn)品檢測工序提供所需的技術(shù)支撐。例如納米技術(shù)、微波技術(shù)等，其探測的靈敏度可達(dá)微米。隨著自動(dòng)化檢測技術(shù)的發(fā)展，它將在環(huán)境監(jiān)測、安全檢測等方面得到廣泛的應(yīng)用[8]。

6.3 檢測技術(shù)的未來發(fā)展

目前，在計(jì)量技術(shù)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用探索中，計(jì)量檢測技術(shù)的未來發(fā)展前景良好，機(jī)械產(chǎn)品檢測內(nèi)容從外形、尺寸、位置公差等各方面體現(xiàn)出自動(dòng)檢測的優(yōu)勢，但對(duì)于某種零部件的情況仍然不能準(zhǔn)確檢測，如內(nèi)部零部件出現(xiàn)裂紋等問題，若不及時(shí)檢測，則會(huì)對(duì)后續(xù)工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[9]。為此，在該技術(shù)的持續(xù)發(fā)展過程中，應(yīng)針對(duì)上述體積的缺陷問題進(jìn)行改進(jìn)與完善，確保在多種技術(shù)結(jié)合補(bǔ)充使用后，可完成對(duì)被檢測對(duì)象的全面性、精準(zhǔn)性的檢測。例如，綜合利用三軸測量儀、渦流檢測儀、三坐標(biāo)測量機(jī)、超聲測量儀等，全面提升儀器設(shè)備的精確度，促進(jìn)我國機(jī)械工業(yè)的健康、迅速發(fā)展。

7 結(jié)束語

綜上所述，從機(jī)械產(chǎn)品計(jì)量技術(shù)在檢測工作中的應(yīng)用優(yōu)勢與流程以及計(jì)量技術(shù)設(shè)備的選擇中可以看出，該技術(shù)為機(jī)械產(chǎn)品檢測、檢驗(yàn)提供了較為重要的技術(shù)支撐，可確保在檢驗(yàn)過程中達(dá)到對(duì)零部件以及性能檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性與精確性要求。同時(shí)，檢測人員在操作中應(yīng)確保產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)程序的有效性與合理性，發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢，為我國機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造提供幫助。