量块修理技术

李春喜 马建敏/上海市计量测试技术研究院

0 引言

量块修理是对缺陷平面进行修复的手工研磨操作，而缺陷平面是指量块工作面的划伤、锈蚀、变形等现象。当这样的缺陷达到影响其研合性能的时候，就需要对量块工作表面进行研磨修理。

1 量块修理

量块修复过程分为三部分：修理前工具准备、对量块工作面进行研磨和修理过程中的控制测量。下面就这三部分工作进行详细的阐述，其中包括了笔者多年的实际工作经验，一并与同行分享。

1.1 修理前工具准备

量块修理工具的准备，即对研磨量块用的高磷铸铁平板进行压砂操作。研磨分干研和湿研两种。修理平板的压砂属于湿研，压砂的目的是让无数带有尖锐棱角的金刚砂颗粒均匀分布在研磨平板表面，其作用相当于磨刀。而量块在压砂完成后的平板上研磨的过程称为干研，研磨出镜面般的量块表面相当于平板上无数金刚砂颗粒向上的锐棱切削量块表面的宏观效果。为保证所有平板的平面度，压砂所需要的研磨平板至少有三块，如：分别编号1＃、2＃、3＃，抽取3块平板中的2块作为一组，上下对研，排列组合：即1＃（上）2＃（下）、2＃（上）3＃（下）、3＃（上）1＃（下）、……循环往复。如仅仅采用2块平板互研而始终上下不交换，由于8字研磨推拉上下平面交错，重力的存在将引起下平板面四周的过度切削，上平板中央的过度切削，导致上平板越来越凹，下平板越来越凸。

在平板研磨压砂前，在下平板上先均匀添加适当粒径的氧化铝金刚砂（刚玉微粉）及硬脂煤油等润滑剂，压砂过程一般需要经过数次，金刚砂的粒度使用顺序为从粗到细。压砂时须用力均匀，推拉轨迹为随机8字形，次数不宜多，凭手上感觉及声音判断。

修理7 mm以下的量块要先准备好橡胶垫块，而修理7 ～ 500 mm以下的量块则须准备专用胶木夹具。修理500 ～ 1 000 mm长量块，则需要准备长量块夹具、刀口尺、平晶、调整支架等辅助工具。对于7 mm以下的薄量块则需要辅助研合技术。

量块夹具制作必须考虑以下因素：一是便于操作，控制研磨操作过程的用力平稳，二是使用过程中对量块影响较小，如隔热、着力点控制等。

根据多年的实践经验，修理量块用夹具大致分为下列几种：

（1）修理0.5 ～ 10 mm量块采用的是用隔热胶垫；

（2）修理10 ～ 35 mm量块采用的是隔热纸套；

（3）修理35 ～ 300 mm量块采用有机玻璃（或胶木）夹具（图1）；

（4）修理300 ～ 1 000 mm量块采用长量块专用修理夹具（图2）。

1.2 研磨操作

量块修理，是一种通过研磨（干研），恢复量块原有技术指标的过程。由于量块的实际尺寸相对基本尺寸有一定的限制，修理后实际尺寸（中心长度）只会变小，从而降低量块的准确度等级及使其报废。为了提高量块的使用寿命，修理人员必须用熟练的手工技巧，在研磨中减少对量块工作面的磨削量。

1.2.1 量块工作面修理前的研磨准备

量块工作面平面修理前，须先将待修工作面上的毛刺用天然油石轻轻打磨，避免对铸铁平板的损伤。如修理0.5 ～ 7 mm规格量块，须先对垫块进行修理。须事先研磨加工数块垫块，作为研合备用。垫块修理平面要求微凹便于研合。修理时均匀直线运动，并要求推拉操作时包括180°转向过程。转向起到抵消由于手感习惯造成的研磨切削不均匀现象。修理操作的姿势和手感，不同的操作者有着不同的体会，可以施加适当的推拉弧度轨迹和加下压力度，加上合适的铸铁平板，尽可能减少对量块工作面的切削量，以达到省力、高效并且满足准确度等级的要求。根据笔者的多年工作经验，使用的平板轮廓是微凸的，加上修理操作的姿势和手感的抵消作用，就能研磨出平面度合格的量块工作面。

图1 长量块夹具

图2 中尺寸量块夹具

1.2.2 影响量块被修的工作面平面性及表面粗糙度的压砂铸铁平板

在选择研磨平板弧度后，对平板进行上段直线分隔，用油石进行粗、中、细打磨，要求切削性能均匀且不影响切削力，消除量块被修面上的不均匀，以保证平面性。

1）夹具

夹具可以是胶垫、纸套、有机玻璃或胶木夹具（如图2）、专用长量块夹具（图1）等。

2）研磨技巧

可以根据量块端面的研磨需求，基本动作是压住夹具，量块端面和研磨平板面加力贴合，在水平面上做直线前后往复运动。一般来说在同等研磨平板压沙状态下，手指用力点加力大则该点区域的被切削量就大。以胸部肌肉为中心发力至肩部三角肌，带动大臂及小臂至腕部肌肉，以腕带指，发力于指尖，要求感觉灵敏，收放运动自如。保持稳定的运动和良好的切削姿态为准，如手指、手臂用力过猛或感觉身体疲劳，应暂停修理，放松自我，调整心境，力求找到理想和自如的感觉。

3）隔热

当需要研磨量块某一区域时，手指发力要果断、准确、平稳。由于量块的材料具有膨胀性，当无法在短时间内完成切削时，必须考虑温度的影响。温度失衡主要来自两方面的原因：虽有隔热夹具，但人体手指长时间接触量块还是会传递热量；研磨切削中产生的摩擦热。此时，必须进行等温处理，因为只有在标准实验室温度下加工的平面才是合格平面。

4）润滑

量块在研磨时，表面会留下一些大小不一的切屑和破碎的磨料，如继续使用，它们将对量块与平板之间运动产生损坏、及破坏运动的平稳，此时可以涂上少量的硬脂，如一滴煤油，然后用纸巾在平板面上抹均，最后擦净。这样就起到消除研磨屑及保持表面清洁、不损伤平板的作用。

5）平板压砂

压砂是一种对研磨平板切削能力的修复，相当于“磨刀”。俗话说：磨刀不误砍柴工。平板压砂在量块修理过程中是一个极其重要的环节，从微观上来看，在平板上压入金刚砂（氧化铝），等同于无数个带有刃口的小刀在切削量块表面，宏观上就形成了量块被加工平面的镜面效应。换言之，量块是被加工的工件，研磨平板是刀具，当平板的切削力下降时，就应将平板重新压砂。

1.3 量块两工作面平面平行性修正及变形修复

当量块的一个工作面修好后，其平面平行性可能超差，则需进行修正研磨。这时的研磨是不均的，而是高出部分被磨削掉，再修复平面，变形修复的过程是：上下反复，直至找到理想面研合后再修复另一面。

实践证明研磨受力点不同、切削效果也不同，只要稍稍改变手指的着力点，其余按照原样进行，长度变动量（平行性）就能修正。修理变形量块时，先稍磨削一点，然后用平晶检查一下变化量。需通过干涉条纹图形的变化，找出对应切削位置和切削程度，通过手指的感觉，作出加力还是减力的判断。研磨几个来回必须检长度变动量（平行性）。

1.4 量块修理过程的测量控制

量块修理后，送检定员检定。主要平面的平行性在接触式光学仪器上检定，用标准块与被测量块进行比较法测定，经检定合格后出证书报告，全程修理完成。

2 量块修理技术推广的意义

量块修理作为量块检定的配套服务不可或缺，多年来量块修理技术始终依赖手工技艺，研磨技师的技术水平和经验是量块是否能成功修复的关键。

从材料力学分析，量块制造工艺中有一个热处理慢回火的工艺，这一工艺的目的就是消除材料的内应力，使量块保持稳定的几何形状，从而得到稳定的端度量值。在制造过程中，无论采用如何先进的热处理技术，事实上始终无法彻底消除内应力。随着时间的推移，数年或数十年之后，量块的几何形状必然发生微量的变化。修理量块，除了锈蚀、划痕原因外，内应力缓慢释放造成的变形是另一个重要原因。而修理量块采用的是已经自然时效多年的材料，由于内应力已经得到充分释放，修理后的几何量稳定性将得到充分保证。

从社会物质资源循环利用的环保角度来看，制造新的量块将消耗大量的自然资源，比如：冶炼、成型加工和热处理都是耗能的过程，增加大量的碳排放。而量块修理将使得量块再一次创造其更高的价值。量块修理技术的掌握与推广，无论对于环保节能还是保护资源，都将产生意义深远的影响。

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