金属的热膨胀和夏日忧郁

如何将热量对金属零件测量的影响降至最低

在 Metal Cutting Corporation 的盛夏，我们的思绪自然而然地转向了天气和热量的影响方式：

问题是热量会导致金属（和其他材料）膨胀——在寒冷中会收缩——这反过来又会影响零件是否符合规格。

当您有非常严格的公差（例如 ± 0.0001 英寸或 ± 0.0025 毫米）并且热膨胀导致金属部件未通过检查或更常见的情况下，客户和供应商对同一部件提出不同的测量时尤其如此.

这就是为什么制造商、设计师和工程师在创建零件规格并决定零件尺寸需要多精确时，需要牢记金属因受热而膨胀。

热对金属有什么作用？任何材料的膨胀（或收缩）都是由于其原子的动能。当一种材料被加热时，能量的增加会导致原子和分子运动更多并占据更多空间——即膨胀。

即使是金属等固体也是如此。然而，不同的金属对热的反应程度不同，这取决于各自独特的热膨胀系数。

因此，例如，如果你取三根直径相同但由三种不同金属（如铝、钢和钨）制成的电线，并将它们加热到相同的温度，每根电线的膨胀量都会不同。

自然，客户为其金属部件选择的材料的热特性会影响热膨胀的可能性。因此，如果您的零件公差非常严格，您可能希望选择一种高度稳定且不会因温度变化而产生很大变化的金属。

我们经常谈论如何检查零件以及为工作选择合适且经过适当校准的测量工具的重要性。

但是，当您检查制造的零件是否符合规格时，您是否知道环境中的温度和其他条件（例如湿度和压力）会对测量结果产生影响？

从理论上讲，制造零件应始终在与所选测量工具校准时相同的温度下进行测量。然而，现实情况是，在许多车间，通常无法知道环境温度——更不用说控制它并确保它与校准各种测量工具的环境（或多个环境）相匹配。

此外，高相对湿度（以给定温度下可能的饱和度百分比表示的空气中的水分含量）与波动的温度相结合，通常会导致冷凝，从而影响量具和更敏感的计量设备。长时间暴露在高湿环境下，会导致翘曲，最终导致腐蚀，这两者都会影响测量精度。

什么时候 测量的零件也会对温度产生影响，因此也会影响零件的尺寸。例如，新切割的零件可能是热的或冷的，因此其尺寸与稍后在质量保证 (QA) 中测量或在到达客户的制造地点时进行检查时的尺寸略有不同。

大气压力也会对零件测量产生非常微妙的影响，金属在压力较小时会膨胀。这意味着，如果您在海平面切割和检查零件，然后将其运送到丹佛，您可能会在更高的海拔处得到非常不同的测量结果——当然，只有在测量最小尺寸和最严格公差时才能看到。

此外，金属的热膨胀取决于零件尺寸的大小。例如，公差会影响膨胀系数，因为在与较大零件相关的公差非常严格的情况下，测量差异更可能发生，例如长度为一英尺或更长的零件与长度为 0.001 英寸（0.0254 毫米）的零件长度。

这意味着更难以在杆上保持严格的公差，例如 2' (60.96 cm) 长，任何变化都更加明显。此外，直径越大，越难以保持严格的公差。

另一个因素是多种材料可以用于包含不同组装部件的产品中，并且每种材料都有自己的热膨胀系数。这些不同的部分——可能一些由不同的金属制成，一些由塑料、玻璃或其他材料制成——将以不同的速度膨胀。因此，在确定各个零件的公差时，需要考虑不同的膨胀系数。

在一个完美的世界中，所有零件都将由供应商切割和检查，然后由制造商/客户在几乎相同的环境中检查和使用。

虽然不太可能实现完全相同的温度和湿度，但可以采取一些措施来最小化或消除金属热膨胀和其他大气条件的影响。

例如，在 Metal Cutting 我们有一个可控的环境来生产和测量我们制造的小零件。我们的冷却和加热系统确保制造活动在室温下进行，整个设施的环境基本一致 - 从我们校准测量工具的地方开始，一直延伸到我们的车间和 QA 区域。

因此，我们很少看到由于温度波动和金属热膨胀而导致的测量结果有任何变化。此外，由于我们始终努力实现我们生产的所有零件的标称尺寸，我们通常不会看到零件在公差范围内和超出公差范围内发生变化。

但是，对于我们的一些客户及其生产基地来说，情况可能并非如此，因为那里的操作条件可能会有很大差异。

例如，一些工厂在其生产设施中没有空调（或暖气），但有一个温度控制的检查区，用于检查零件的质量。在那里，意想不到的后果可能是在相对较热（或较冷）的车间测量的零件与在质量控制中测量的零件之间的差异。

一般来说，这些影响很小，偶尔会被公差范围掩盖。但它们确实存在，这就是为什么在生产和测量零件时考虑它们很重要——尤其是那些公差为千分之一英寸的零件。

显然，确保生产、检验和质量控制区域尽可能在相同的环境条件下运行是一种很好的做法。

更重要的是，重要的是要考虑最终产品将在哪里使用，以及由于金属可能的热膨胀导致的微小公差差异是否会对最终产品或组件的性能产生影响。例如：

这些和其他考虑因素对于指定生产项目所需成品零件的尺寸和公差至关重要。

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