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花岗石在精密仪器上的应用 彭书志 ( 中科院长春光学精密机械研究所 长春 130022) 摘要 精密和超精密加工技术是机械制造最重要的发展方向之一。本文介绍了花岗石在高精密仪器上的 应用情况, 对其特点作了详细的介绍, 同时对其加工方法及能达到的精度做了概述, 同时简介了一种花岗 石气浮导轨结构, 这对于推广普及花岗石的应用具有一定的积极意义。 关键词 花岗石 精密仪器 气浮导轨 1 前 言 精密和超精密加工技术是机械制造业最重要的发展方向之一, 已成为衡量一个国家高科技水平的重要标 志。一方面尖端技术和国防工业的发展离不开精密和高精密加工技术, 当代精密工程, 微细工程和纳米技术 是现代制造技术的基础。另一方面很多新技术机电产品要提高加工精度, 促进整个机械制造业的加工精度 和技术水平的提高, 使机械产品的质量和性能及可靠性得到大幅度的提高。此项技术是集光、机、电、计 算机控制技术、新兴材料等多门学科的综合技术。在材料中, 近几年, 花岗石由于其自身的特性受到越来越 多的重视。采用花岗石等优质石料做精密机械零部件, 是精密测量仪器、精密机械发展的一个新的动向。 世界上工业发达的国家, 如美国、英国、日本、瑞士、西德、意大利、法国、俄国等都广泛地采用了花岗 石做为精密机械的构件或量具。 2 花岗石的特性 以泰山产的“泰山青”为例, 它的实测力学性能如下: 抗压强度: 262. 2M Pa 抗弯强度: 374. 8M Pa, 比重: 3. 07, 硬度: 肖氏硬度: 79. 8 (相当于HRC 55) , 为铸 铁硬度的2～ 3 倍, 吸水率: 一般在0. 5～ 0. 7 % , 线膨胀系数: 57～ 73×10- 6 ℃,为一般金属的 1ö 3～ 1ö4, 弹性模数: 128GPa。 花岗石有以下优点: (1) 稳定性好。经过亿万年的天然时效处理, 内应力早已消除, 组织稳定, 几乎不会变形,能长期保持稳定 的精度。在使用 5～ 6 年后仍然不会失去精度, 相比之下, 铸铁做的工作台一般每年需修研一次。 (2) 加工简便。通过研磨、抛光很容易得到很高的表面粗糙度和精度, 不象金属件需要复杂的翻砂、锻造 或热处理工艺, 因而加工设备简单, 加工周期短, 加工成品成本低。在表面干净的条件下, 耐磨性为常用铸 铁件的 10 倍。 (3) 对温度不敏感。导热系数和热膨胀系数都较小, 而其热传导率也仅为一般金属的 1ö47, 即使在没有恒 温的环境下也能保持精度。在室内温度缓慢变化的条件下, 产生的变形为钢的 1ö10, 为铸铁的 1ö 3。这个 特性是花岗石受到广泛使用的重要原因, 因为在高精密加工设备中, 温度引起的变形导致精度降低所占的 比重尤为严重, 而温度控制要求越高, 采用的设备越庞大, 通常采用空调及喷油淋浴法, 一是站地大, 二是 成本, 而花岗石对温度不敏感, 对温度要求不严, 故可达到较高精度。 (4) 保养简便。不生锈, 不需油封, 也不需涂任何防锈油脂, 能抗一般酸、碱性气体和溶液的浸蚀。表面 被划伤或碰撞后, 最多掉几粒石渣而已, 不产生毛刺, 不会变形, 故不影响精度。同时较小部分可用特种胶 突起粘接, 然后通过研磨达到精度。此简便修复工艺可减小最后工序的 报废, 对于减短加工周期, 降低生产成本有重要的意义。 (5) 吸振性好。内阻尼系数比钢大 15 倍, 不传递振动。振动是精密机械和超精密加工中的不利因素。内 阻尼系数越大, 在外力作用下引起振动的可能性越小。 (6) 不导电, 抗磁, 不会和金属产生粘和或磁化。 (7) 价格便宜。同样规格尺寸和精度的金属工、量具, 其价格要高的多。如作为直角测量基准的花岗石方 尺, 其精度可比同规格的金属方尺高一倍