陳海濤

（中國(guó)工程物理研究院，四川 綿陽 621900）

0 引 言

復(fù)合材料具有線膨脹系數(shù)大、在空氣中易潮解等特性。基于材料的理化特性，零部件必須在特殊加工環(huán)境下、采用特定加工工藝進(jìn)行加工和測(cè)量，這給零部件尺寸和型面精度控制帶來一定的困難，復(fù)合材料零部件加工尺寸公差測(cè)量采用專用量具檢測(cè)。而零件表面輪廓測(cè)量由兩種測(cè)量方法：一種是采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)零件型面輪廓精度；另一種則是采用檢驗(yàn)樣板檢測(cè)。由于復(fù)合材料表面極易吸水潮解，零件新加工表面應(yīng)盡量避免暴露在大氣環(huán)境中，而目前通用的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)零件型面輪廓精度的方法難以滿足檢測(cè)環(huán)境要求。加工零件的表面輪廓數(shù)據(jù)是進(jìn)行零件裝配的重要依據(jù)，而零件型面輪廓檢測(cè)又是零件檢測(cè)中不可或缺的一項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容。因此，復(fù)合材料零件在低氧、低濕環(huán)境下的特殊檢測(cè)條件，決定了檢驗(yàn)樣板檢測(cè)零件型面輪廓是最佳的檢測(cè)方法。本文以某型號(hào)零部件復(fù)合型面的檢測(cè)需求為例，對(duì)圓柱體內(nèi)樣板的設(shè)計(jì)、測(cè)量方法及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1 零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

被測(cè)零部件加工零部件圖如圖2[1]所示。

2 型面輪廓檢測(cè)方法

目前零件表面輪廓檢測(cè)手段有兩種：一種是采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)零件型面輪廓精度；另一種則是采用檢驗(yàn)樣板等檢具進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 被測(cè)零部件復(fù)合型面結(jié)構(gòu)圖

圖2 被測(cè)零部件加工零部件圖（單位：mm）

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)零件型面輪廓測(cè)量精度高，結(jié)合柔性夾具可以對(duì)幾乎所有的零件總成進(jìn)行檢測(cè)，柔性非常好。但在檢測(cè)成本、測(cè)量便利性、特殊環(huán)境的適應(yīng)性等方面不及檢驗(yàn)樣板有優(yōu)勢(shì)。在特殊環(huán)境條件下（如密閉的小室），對(duì)關(guān)鍵產(chǎn)品零部件型面輪廓在線檢測(cè)并快速判斷型面輪廓質(zhì)量時(shí)，只能采用檢驗(yàn)樣板完成檢測(cè)過程。

用樣板檢測(cè)型面誤差，可以彌補(bǔ)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x使用的局限性，廣泛應(yīng)用在特種材料的型面檢測(cè)上，能更好地確保產(chǎn)品的質(zhì)量。雖不能像三坐標(biāo)值量化于點(diǎn)上，但能通過樣板與工件間尺寸的公差帶值量化在一定范圍，以判斷型面的符合性，它主要是通過樣板和塞尺進(jìn)行檢測(cè)。但由于復(fù)合材料的理化特性，必須在恒溫恒濕的密閉小室中進(jìn)行檢測(cè)。由于小室操作空間狹窄，增加了檢測(cè)難度。檢測(cè)過程中，由于雙層防護(hù)用具，手感較差，視線不準(zhǔn)，同時(shí)通過窺視窗，甚至還要多人配合，才能完成檢測(cè)。

因此，圖1所示工件特材工件只能采用圓柱體內(nèi)樣板對(duì)復(fù)合型面進(jìn)行在線檢測(cè)。其檢測(cè)方法是用圓柱體內(nèi)樣板的基面靠零部件復(fù)合型面（如球面、錐面）來檢查成形表面正確與否，相當(dāng)于將樣板作為一條母線，在判斷回轉(zhuǎn)體是否合格。

3 圓柱體內(nèi)樣板設(shè)計(jì)

圖3 圓柱體內(nèi)樣板的加工裝配圖（單位：mm）

圓柱體內(nèi)樣板由圓柱頭內(nèi)樣板體、圓柱頭內(nèi)樣板定位塊、內(nèi)六角圓柱頭螺釘及圓柱銷等組成。其中圓柱頭內(nèi)樣板體和圓柱頭內(nèi)樣板定位塊的材料為35鋼，內(nèi)六角圓柱頭螺釘及圓柱銷為標(biāo)準(zhǔn)件。該圓柱體內(nèi)樣板屬于小型檢具，采用板式結(jié)構(gòu)，板厚6mm，操作靈活，鎖緊穩(wěn)定可靠，不與其他構(gòu)件發(fā)生干涉。圓柱體內(nèi)樣板的組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 圓柱體內(nèi)樣板的組成結(jié)構(gòu)圖

圓柱體內(nèi)樣板委托成都量具刃具廠加工制作，其制造精度滿足基準(zhǔn)面平面度為0.015mm、形狀樣板在±0.015mm以內(nèi)的檢具制造精度要求，該檢具采用定位擋塊進(jìn)行有效定位。

4 間隙計(jì)算

4.1 型面測(cè)量間隙計(jì)算

在使用樣板前，應(yīng)計(jì)算出需檢測(cè)球型面與樣板之間的極限間隙及公差帶[1]，以便檢測(cè)時(shí)判斷該被測(cè)球面相對(duì)于該型面樣板的符合性。

該間隙為：

公差帶示意圖如圖5所示。

圖5 公差帶示意圖（單位：mm）

4.2 樣板與工件口部間隙計(jì)算

因其為直徑上的間隙，故取該值的1/2為單邊間隙，為0.02～0.035mm。檢測(cè)過程中，通常采用工件外徑實(shí)測(cè)值與樣板尺寸計(jì)算間隙，以準(zhǔn)確快速墊入塞尺進(jìn)行檢測(cè)[4]。

5 圓柱體內(nèi)樣板的檢驗(yàn)過程

采用圓柱體內(nèi)樣板檢測(cè)復(fù)合材料復(fù)合型面的詳細(xì)步驟如下：

1）準(zhǔn)備工作。將工件及檢測(cè)樣板、測(cè)量平板、塞尺放入小室，在（20±3）℃溫度范圍內(nèi)，相對(duì)濕度≤15%的環(huán)境靜置一段時(shí)間，待工件溫度平衡后方可實(shí)施檢驗(yàn)[3]。

2）選擇基準(zhǔn)。選擇測(cè)量基準(zhǔn)，在工序間檢驗(yàn)時(shí)，測(cè)量基面應(yīng)于工藝基面一致[5]，本工件加工時(shí)工藝基準(zhǔn)和樣板檢測(cè)時(shí)基面均為工件圓柱φ220 mm的底面，輕輕在工件上放置樣板。此時(shí)應(yīng)注意小心輕放，以免樣板刃口碰傷工件尖角、棱邊或劃傷型面表面。

3）型面檢測(cè)。根據(jù)工件φ220mm外圓實(shí)測(cè)值與樣板口部尺寸間隙，墊入適當(dāng)厚度的塞尺，輕輕移動(dòng)樣板，找到樣板過心位置，樣板作用在工件軸截面上且過球心，塞尺墊入的厚度與工件間的松緊近似于使用外徑千分尺測(cè)量外圓時(shí)的測(cè)量力大小，當(dāng)感到樣板緊張程度最大，同時(shí)利用光隙法[6]，看樣板于工件間光隙最小時(shí)為佳，保持工件與樣板位置不變，然后選擇塞尺塞入工件與樣板間隙，全程滑動(dòng)塞尺，當(dāng)墊入的塞尺厚度剛好在全程滑過，視其通過厚度為最小間隙，然后再選擇較厚的塞尺塞入間隙的局部點(diǎn)，以能塞入的最大厚度為最大間隙。

4）檢測(cè)判定。通過多年工作經(jīng)驗(yàn)，最大間隙的點(diǎn)大部分都在口部、底部和45°左右的位置。但其最小間隙和最大間隙應(yīng)包含在間隙計(jì)算中得到數(shù)值[7]。如本工件計(jì)算得到的間隙為0.02～0.09mm，實(shí)測(cè)中得到間隙為0.04～0.07mm，可判定型面合格[2]。如果實(shí)測(cè)值最小間隙＜0.02mm或最大間隙＞0.09mm，則判定型面不合格[2]。最后，取出塞尺，同樣小心拿出樣板，記錄實(shí)測(cè)值。為保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性，應(yīng)選擇在多個(gè)軸截面上檢測(cè)，綜合檢測(cè)多個(gè)軸截面值之后，取最大值和最小值[8]。

6 結(jié)束語

1）由于復(fù)合材料的特殊理化特性，增加了型面檢測(cè)難度。通過設(shè)計(jì)的圓柱體內(nèi)樣板有效地檢測(cè)了復(fù)合材料型面加工的符合性，彌補(bǔ)了三坐標(biāo)檢測(cè)存在的缺陷。

2）圓柱體內(nèi)樣板檢驗(yàn)的成功應(yīng)用，完善了復(fù)合材料型面檢測(cè)的手段。同時(shí)該圓柱體內(nèi)樣板設(shè)計(jì)輕巧，攜帶方便，非常適合在線檢測(cè)或?qū)嶒?yàn)室計(jì)量檢測(cè)使用。

3）目前用圓柱體內(nèi)樣板檢測(cè)的某型號(hào)復(fù)合材料零部件已成功投入使用。

[1] 何兆風(fēng).公差配合與測(cè)量[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2006：12-15.

[2] 黃云清.公差配合與測(cè)量技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：27-32.

[3] 簡(jiǎn)明檢驗(yàn)工手冊(cè)編委會(huì).簡(jiǎn)明檢驗(yàn)工手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：59-64.

[4] 雒運(yùn)強(qiáng).實(shí)用機(jī)械加工測(cè)量技巧450例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：21-29.

[5] 機(jī)械加工實(shí)用手冊(cè)[M].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2008：25-27.

[6] 朱奇志.機(jī)床夾具零件及部件生產(chǎn)圖冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，1990：72-77.

[7] 于英江.機(jī)械制造常用計(jì)算大全[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社出版，1992：132-133.

[8] 于馨芝，王寧，聞濟(jì)世.機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量檢測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：43-47.