石油机械加工质量影响因素及其控制方法

章国华

【摘 要】本文从机械加工质量的内涵和机械加工表面质量出发，讨论分析了石油机械加工精度内涵及种类和石油机械加工精度的影响因素及其控制。最后得出，只有提高石油机械加工质量才能保证设备的正常运行。

【关键词】石油；机械加工；材料性能；表面质量

1.机械加工质量的内涵

机械加工质量通常包括两个方面：几何方面的质量和材料性能方面的质量。

1.1几何方面的质量

几何方面的质量指机械加工后最外层表面与周围环境间界面的几何形状误差。它分为宏观几何形状误差和微观几何形状误差。

（1）宏观几何形状误差（如圆度误差，平面度误差等）。宏观几何形状误差的波长（测量长度或取样长度）与波高（误差值）的比值一般大于1000。

（2）微观几何形状误差（微观几何形状的不平度，或称表面粗糙度）。其波长与波高比值一般小于50。

（3）介于宏观几何形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性几何形状误差，常用波度来表示，其波长λ与波高Hλ比值等于50～1000。波度主要是由加工系统的振动所引起的。

1.2材料性能方面的质量

材料性能方面的质量指机械加工后，零件一定深度表面层的物理力学性能等方面的质量与基体相比发生了变化，故称加工变质层。主要表现在以下几方面：

1.2.1表面层加工硬化

机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、崎变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长等，这些都会使表面层金属硬度增加，通称为加工硬化（或冷作硬化）。加工硬化的评定指标通常有3项：（1）表面层金属硬度HV；（2）硬化层深度h；（3）硬化程度N。

1.2.2表面层金相组织变化

机械加工过程中由于切削热的作用，有可能表面层金属的金相组织发生变化。例如，磨削淬火钢时，磨削热的作用会引起淬火钢中马式体的分解，或出现回火组织等。

1.2.3表面层残余应力

由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属晶格的变形或金相组织变化，会造成表面层残余应力。

2.机械加工表面质量

机械加工表面质量又称为表面完整性，其含义包括两个方面的内容：

2.1表面层的几何形状特征

表面层的几何形状主要由以下几部分组成：

（1）表面粗糙度。它是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差，其评定参数主要有轮廓算术平均偏差Ra或轮廓微观不平度十点平均高度Rz；

（2）表面波度。它是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。

（3）表面加工纹理。它是指表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。

（4）伤痕。它是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。

2.2表面层的物理力学性能

表面层的物理力学性能主要指以下三个方面的内容：

（1）表面层的加工冷作硬化。

（2）表面层金相组织的变化。

（3）表面层的残余应力。

3.石油机械加工精度内涵

加工精度是加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合程度。理想的几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸；对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面和直线等；对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴、对称等。零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值称为加工误差。

加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。

4.石油机械加工精度的影响因素及其控制

4.1机械加工工艺系统的原始误差

当原始误差方向恰为加工表面法线方向时，引起的加工误差为最大；而当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向时，引起的加工误差为最小，通常可以忽略。为了便于分析原始误差对加工精度的影响，我们把影响加工精度最大的那个方向（即通过刀刃的加工表面的法向）称为误差的敏感方向。当原始误差的方向与误差敏感方向一致时，对加工精度的影响最大。

4.2工艺系统原始误差对加工精度的影响

（1）加工原理误差；（2）调整误差；（3）机床误差；（4）刀具误差；（5）量具误差与测量误差；（6）装夹误差与夹具误差。

4.3加工过程中原始误差对加工精度的影响及其控制

减小工艺系统受力变形对加工精度影响的措施：提高工艺系统的刚度：（1）合理设计零部件结构，在设计工艺装备时，应尽量减少连接面数目，并注意刚度的匹配，防止有局部低刚度环节出现。在设计基础件、支撑件时，应合理选择零件结构和截面形状。一般地说，截面积相等时，空心截形比实心截形的刚度高，封闭的截形又比开口的截形好。在适当部位增添加强肋也有良好的效果。（2）提高连接表面的接触刚度，主要是提高机床部件中零件间接合表面的质量，和给机床部件预加载荷。（3）采用辅助支撑，例如加工细长轴时，工件的刚性差，采用中心架或跟刀架有助于提高工件的刚度。（4）采用合理的装夹和加工方式，例如在卧式铣床上铣削角铁形零件，刚度可大大提高。

4.4保证和提高加工精度的途径

提高加工精度的途径，就是掌握误差预防与误差补偿的内涵及其应用。

4.4.1误差预防技术

合理采用先进工艺与设备直接减少原始误差，首先查明影响加工精度的主要原始误差因素，然后将其消除或减少。（1）转移原始误差，将影响加工精度的原始误差转移到误差的非敏感方向上。（2）均化原始误差。（3）控制加工过程中温升，大型精密丝杠加工中，需要严格控制机床和工件在加工过程中的温度变化，可采取如下措施：（1）母丝杠采用空心结构，通入恒温油使母丝杠保持恒温。（2）采用淋浴的方法使工件保持恒温。

4.4.2误差补偿技术

在加工中随时测量工件的实际尺寸（形状、位置精度），根据测量结果按一定的模型或算法，实时给刀具以附加的补偿量，从而控制刀具和工件间的相对位置，使工件尺寸的变动范围始终在自动控制之中。

5.总结

综上所述，只有保证了机械石油加工产品的质量，才能保证设备的正常运行，才能让企业处于长足的发展中。

【参考文献】

[1]王吉年，石启军.机械加工精度与加工误差简析[J].中国科技信息，2010， （08）.

[2]刘涛，王慧智.机械加工精度误差分析及提高措施[J].宁夏机械，2009，（04）.