第一百五十四章 平麵基準(二)
作者:小山之土      更新:2021-04-25 15:21      字數:7415
  下班後的車間,靜謐平和。遠處機器的轟鳴變得低沉,近處的蟲鳴也讓人心生暖意。袁好問不禁想起了童年的夏天,可惜這窗外的蟋蟀,肯定不是當年是山東鄉下的那一隻。就是空的,然後我也是個幸運又不幸的人:幸運在於父親是當年分配到國企的大學生,在大下崗潮提前下海,童年是快樂而富足的;然後問至今仍然時常想起,姥姥家的書房,雖然不是家學淵源,但也有幾百冊藏書:袁好問向來不善交際,大多數童年的閑暇都在這個叢書中度過了。得益於姥爺是舊時空小城的計量局局長,袁好問看遍了八九十年代計量局的業務培訓材料。袁好問自己也算得上是天資聰明,初中的時候便開始自學微積分,高中的時候順手把能參加的學科競賽參加了一遍,物理競賽還拿到了全省的名次。本以為憑借競賽成績可以脫穎而出保送大學,誰想到真正的保送生在競賽實驗開始前便已經拿到實驗結果了。袁好問非常生氣,在招生老師的麵試時憤世嫉俗地聲討了一番……最後連個降分錄取都沒有。即使大學學了航空,又全獎出國留學,無奈出身民航大學,後來在研究所後被三個航空強校的同事聯合排擠,沒幾年就邊緣化了,最後就一橫心上了帶著家人穿了過來。

  袁好問掃視了一遍車間,回到辦公室安慰自己:好歹這裏自己是元老,想參加什麽項目就參加什麽項目;想想在舊時空自己在家裏做實驗被父母暴打;想想在大學裏,昏天黑地地寫項目書,為了管製試劑,半夜溜進實驗室……不過想想當年玩能材被炸得殘疾的網友,也就平衡了。最重要的是:隻要自己想,那自己的工作就是全世界前沿工作,這其中的成就感可比舊時代要強的多。

  想到這裏,袁好問又回到了辦公桌前,開始規劃技術路線:現在已有使用三刮法獲得的00級小平板,估計幾天後也許可以提高到000級;一米長的平尺用類似的方法也可以達到許用精度;有了這兩樣,可以在不動用光學設備的基礎上把一米見方的大型鑄鐵平板加工到00級。有了大型原始平板,其他工量具就容易製造了:以平板為基準刮研獲得平麵比三刮法快得多,大型平板配合百分表和表座可以十分方便地檢測平行度誤差,平板作為研磨工具可以研磨出高精度平麵,加上研磨的切削量極小,很容易加工出極高的尺寸精度舊時代機械廠裏最高精度的量具————量塊就可以製成了。

  量塊也叫塊規,說白了就是鋼或者陶瓷製成的有一定長度的長方體。量塊的工作麵極為光滑————光滑到兩塊量塊的工作麵接觸的時候可以靠分子間的範德華力貼合在一起!這使得不同長度的量塊很容易組合成不同的長度,因此量塊也就成了機械加工行業使用的最高精度的量具:長度小於100mm的1級量塊長度不確定度低於0.04um!可以直接拿來檢定千分尺、千分表、遊標卡尺等機械行業常用的“高精度”量具。如果順利加工出了量塊,估計這“臨高量具刃具廠”的量具部分就有著落了。順便,遊標卡尺和千分尺也就可以檢定了。

  說道檢定,量塊作為量具自然也需要檢定,工作麵的平麵度可以由平晶使用幹涉法檢定,長度呢?難道隻能依靠帶來的高精度儀器嗎?

  袁好問開始根據基礎的數理知識推測難度:按0.04um/100mm來計算,相對不確定度為4X10^-7水平,而鋼鐵的線膨脹係數為1.1x10^-5水平,也就是說,溫度升高1攝氏度,長度伸長1.1x10^-5.這樣看來,檢定時的溫度要控製到約百分之一K的精度,這在臨高太難了。舊時空的高精度儀器常用的石英線膨脹係數是5.9x10-7,這樣溫控的要求可以降到可接受的範圍。

  材料選定了,測量方法呢?袁好問第一個想到的是將細微間隙轉變成電容量,再通過測量電容量反求長度————這個方案的好處是精度高:舊時空計量相對精度最高的便是頻率,而電容量通過一個LC電路即可轉化為頻率;缺點嘛————過於依賴舊時空設備:執委會批不批還不好說,即便是批了,這麽個儀器也要專門設計製造,中間出啥岔子還不一定呢。

  “電學不行就光學————這是常識,而且光學儀器容易測微嘛.”袁好問心想。得益於舊時空的訓練,袁好問馬上想出了兩個基於波動光學的方案:

  第一個顯然的方案是使用邁克爾遜幹涉儀————這神器在19世紀可以測出植物每秒的生長量;現在拿來幹這個是沒問題的。如果用標準石英量塊進行對比測量的話,也不用考慮空氣的折射率變化。難點在於單色光源,不知道臨高現在能不能自產鈉燈。

  第二個便是使用單縫衍射————也就是夫琅禾費衍射,將長度通過對比測量轉變成狹縫的寬度,進行單縫衍射後隻需要用刻度尺測量一下衍射斑的大小即可。十分方便。袁好問小時候就用這種方法測過頭發的直徑。問題是,這需要激光光源。雖然舊時代的玩具激光筆即可滿足要求,但在這裏就不一樣了。不過這裏的

  “我怎麽忘了最經典的光杠杆法!”袁好問分析計算了兩種方法的靈敏度之後猛然一拍腦袋。當年卡文迪許使用光杠杆法測量引力常量稱量地球的故事深深地震撼過自己的內心。袁好問不會忘記這個經典方法的。不過要把40nm放大到可以肉眼觀測的程度,透鏡組肯定是少不了的。

  “你說我一個學航空的,怎麽搞起精儀和計量來了?”粗略畫出草圖分析完四種方法的靈敏度、量程和管製物資之後,袁好問伸了個懶腰自嘲道。不過眼前的草圖還有很大的改進餘地,看來還得跟光學口的林漢隆、天文台的鍾博士討論討論。不過這事不急,先把機械口急需的大型原始平板和各種基本量具搞出來再說。這些不需要尺寸精度,可以完全靠刮削研磨手工工藝搞定。

  到時候隻要先製作好天然水晶的標準塊放在廠裏,就可以批量檢定了。至於石英的標準塊,隻要隔幾年用舊時代的儀器檢定就好了。想到這裏,袁好問心情平靜了下來,畢竟這相當於整個臨高乃至新世界的幾何尺寸,將要靠自己來傳遞。

  袁好問在椅子上放空了一會兒,粗粗整理了計算稿,又把查閱的資料和便攜計算器鎖進保險櫃,哼著小調回家去了。

  此時已臨近子夜時分,臨高街道上的煤氣燈也已經關了一半。作為一個科技愛好者,這裏的生活是充實而歡快的。舊時空的自己最想要學習數學或物理專業,無奈保送泡湯之後高考分數不夠去一個看得過眼的數學或物理係,隻好去民航大學學了航空,好在航空領域極廣,幾乎無所不包,本科幾年裏從數學分析到工程熱力學學了一遍。得益於此,自己好奇心有了極大地滿足。自己從前站在巨人的肩膀上,如今也終於有機會給後人做基石了。作為一個愛好者,能天天折騰新東西,這也夠了。

  走了不多久,袁好問被街上的巡警檢查了證件,被發現是元老後,巡警堅持親自護送自己回家,袁推脫不過,也就一起走了。

  王鍛被送來前是廣東的鐵匠。得益於鐵匠出身,王鍛先分到了炮廠的鑄造車間。沒想到後來在工人夜校讀了半年之後居然考取了乙種文憑,這他所有的工友都刮目相看。獲得文憑之後,便被調到機加工車間學徒,剛到工廠的時候,車間裏的機床就曾給王鍛留下極其深刻的印象,有賴於工廠的培養和自己的努力,王鍛進步很快,沒多久就掌握了大部分車工技能。這次鉗工培訓,炮廠有意培養一個多麵手技術骨幹以後負責廠裏機修,好把一幹機械口醬油的穿越眾解放出來,於是選派王鍛等人去在職培訓。

  王鍛現在還記得統計員小麗到車間下通知時候的長發飄飄的樣子。“這可是首長親自帶的班,你們可一定把握機會!”王鍛現在仍覺得這句話是小麗看著自己說的,心裏不由得蕩漾了起來。盡管大家都說不清這“鉗工”是幹嘛的,但衝著首長帶班和帶薪培訓、還有小麗看自己的眼神,王鍛心情大好。

  鉗工班的生活緊張而充實,基本上是半天示範講解之後跟隨著一兩天的實作練習,晚上再上一個數理強化加製圖班的循環往複。相比喧囂的機加工車間,鉗工班可安靜得多。比起從前自己揮舞的大錘,鉗工的工具顯得輕便靈巧,好在自己揮慣了鍛錘,手上輕重拿捏得準,前幾天還被首長誇獎磨刀磨得最好;想到首長的笑臉,王鍛情不自禁地想起了小麗穿起天藍的連衣裙在車間裏飛舞的樣子,癡癡地笑了。

  這幾天的內容是製作平尺,王鍛原以為是用“三刮法”把麵刮平即可,沒想到首長拿出了一個方頭方腦的鐵窗欞,叫“框式水平儀”的新儀器來。教會大家使用之後,便問大家:“誰會描點作圖?”在臨高位麵,描點作圖是小學優秀畢業生的水準,不過王鍛記起在炮廠的工人俱樂部圖書室見到過小麗畫折線圖,便往前走了一步。

  “那好,現在你用水平儀和等高墊鐵,每隔二十厘米測量一次斜度,然後依據測量畫出平尺工作麵的大致起伏。”袁好問打量著眼前這位高大結實的規劃民,又補充到:“不用著急,慢慢來,我幫你記讀數,有問題我們一起討論。”王鍛挺直身子點了點頭,先用棉紗把平尺工作麵擦淨,然後鋼直尺將1.2米的平尺隔20厘米用石筆在側麵做好標記,然後按標記擺好等高墊塊,輕輕放上平尺,等待氣泡穩定後度數:“第一段,+0.12毫米每米”,袁好問隨即在黑板上記下,“第二段……”不一會兒,數據測完,王鍛在黑板前邊撓頭邊算畫了半天,終於把測量的傾角用折線畫了出來。

  “很好,你叫什麽名字,從哪學的?”袁好問喜形於色地問道。“我叫王鍛,從前看過廠裏的統計員畫圖。”“好名字呀,你看看統計員畫圖就學會了?不簡單那!那你再想想,畫出來的折線圖有什麽用?對我們加工平尺的長直麵有何幫助?”

  王鍛看看折線圖,又看看平尺:陽光照在平尺細而直的刀紋上,泛出絲絲七彩的顏色;又想起首長的話裏提過“起伏”二字,忽然間靈光閃過,不無興奮地說:“折線圖的起伏反映了平尺工作麵的起伏,折線就是平尺的放大。”

  “沒錯,就是這樣!”袁好問拍了拍王鍛的肩膀,“現在,我們可以依照折線圖的指示,對高區用平板進行刮削,平麵大致整平後,再使用三刮法對研。注意要經常使用水平儀檢測平麵的起伏情況,這樣可以及早發現問題,提高效率。”

  看著鉗工學徒們聚在一起討論、勞動的情景,袁好問心中感慨:勞動人民並非沒有智慧和發明的天分,而是缺乏正確的基礎理論的指引和鼓勵創新的風氣。像王鍛這樣一批敏而好學的工人,假以時日,不會遜於當年舊時空發明群鑽的倪誌福的。可惜中國自秦漢之後輕視工匠和技術創新;哲學上又大搞神秘主義,程朱理學要“存天理滅人欲”;到八股興起,連格物致知都成了異類……唉,誰又知道秦始皇的焚書坑裏,有沒有中國的《幾何原本》呢?對了焚書坑儒那是那些文娼給造謠的。

  發了這一會兒呆,袁好問見學生們停止了討論,大家一絲不苟地測量、計算、繪圖、刮研,估計一時不會有問題,便悄悄地回辦公室了。

  有了前麵刮小平板打下的底子,加上水平儀的輔助,平尺的加工比預想的順利的多。按照舊時代的標準,平尺的直線度檢驗需要分辨率約為1''的電子水平儀或者自準直光管,而1um/m的傾斜度約為1.3角秒,這遠遠超過了使用氣泡的框式水平儀的靈敏度。“果然是量具一精密就要上光電呀!”袁好問歎了一聲氣,“看來要快點培訓他們,有空得抓緊給林漢隆修機器去。”可惜這批鉗工還需繼續培訓,修機器尚需時日呀。袁好問對自己的鉗工水平是心知肚明的,自己的優勢在知識,論起操作來,不管是鋸、銼、刮、研還是修配,肯定比不上這群被自己拿工件磨出來的鉗工。不過至於量具、工藝、標準的選擇和使用嘛,那太欺負人了。

  於是這批橋型平尺的檢驗方法就隻剩下兩兩互相對研看接觸情況了。發現在這一項上任意兩平尺對研全部達到任意25mm樣方內有25個以上接觸點之後,袁好問高興地對大家宣布:“這批平尺已經全部合格了!”

  等到大家慶祝完安靜下來,袁好問對大家說:“現在大家已經基本上掌握了平麵刮削技術,現在有一個光榮而艱巨的任務需要大家去完成:製作大型原始平板。與以往不同的是,這一次大家要獨立工作:也就是說,我不會給大家任何指導,隻會在一邊觀察記錄,大家所犯的錯誤也隻會在加工結束之後告訴大家。現在提前下發工藝文件給大家研究,明天來車間之後,直接開始工作。大家來領完工藝文件就可以提前下班了。”

  舊時代大型原始平板的工藝中使用了諸如合像儀之類的多種光學量具進行檢測,這在此時的臨高是沒有條件使用的。因此,這份工藝隻使用了小型平板、平尺、框式水平儀三種量具,再就是刮削和對研了。這麽個工藝雖然效率不高,好在適合臨高的技術水平。

  工藝是加工、檢測的詳細操作方法,是產品質量控製的關鍵。如果說零件圖紙描述了工件的加工目標,工藝文件則描述了如何達到這個目標。作為臨高機械工人種子來培養的這批鉗工學徒,當然不僅要有根據工藝文件進行加工的能力,將來更要有自行設計或優化現有工藝的能力。從這個角度看,這次加工大型平板,隻是他們必經的一小步罷了。

  王鍛在拿到工藝文件之後馬上一字一句地讀起來,通讀一遍之後便加入了大家的討論:“我看這一米乘一米的大型平板也就是大,跟小平板沒啥不一樣的,咋做起來就這麽麻煩?”“此言差矣,這一米見方的平板,一塊幾百公斤,誰能搬得動它?這表麵上磕一個坑可就是次品了……”“不僅如此,首長說過,工件越大,相對剛度越差,加工難度越高,所以光這工藝就寫了三頁紙。”“畫出沿各邊及對角線的起伏情況,啥叫對角線來著?”“對角線就是相對的兩個角的連線呀,我說你咋連對角線都不知道呢!是不是溜號去找你那相好的看秘戲去了……”車間裏頓時充滿了快活的空氣。

  說起來這大平板的工藝並不算複雜:先用框式水平儀把四邊和兩對角線的大致起伏情況畫出來,確認之前精刨工序合格,並對平麵的高區做到心中有數;然後利用平尺先將四邊和兩對角線區域刮成互相連通的‘囟’字形平麵區域;再以此區域為基準將其他區域刮至平齊;最後整體使用平尺和平板檢驗平麵度。整個過程中最關鍵的是基準的確立過程:這六條窄區是否嚴格在一個平麵上將直接決定最終大平板的平麵度。

  王鍛在腦子裏把整個過程走了一遍,又把注意事項看了一下,心裏琢磨著緣由:為啥使用的平尺不得短於1400mm?為啥對研時平尺移動幅度不得超過150mm?這些規定是從哪兒來的呢?要不晚上問問機械製圖的老師這是為啥……

  早班的時間還沒到,王鍛已經提前到了車間。因為鉗工不少,卻隻有一個框式水平儀,來得早便可以趁人少提前開工。車間裏已經按人數擺好了大型平板,幾十塊平板整整齊齊地排成一個矩陣,早間的陽光灑在包豪斯風格的廠房裏,被緩緩轉動的大風扇切成小片,落在天車上、工具推車上、廊柱旁的砂輪機上、還有車間的白水泥地麵上。王鍛領了一份工藝記錄,挑了個中間的平板,填好鋼字,看著被鍍了一層金色的車間回憶工藝的時候,一陣輕盈的腳步聲叫醒了他。王鍛拿了耳朵上的石筆在平板上標好了測點一抬頭,卻驚得把石筆掉到了地上:眼前人穿著一身碎花連衣裙,馬尾辮落到了一旁,正笑盈盈看著自己。“小麗,你怎麽來了?”

  “我怎麽就不能來呀?隻許你們大老爺們追隨首長呀!”小麗有心逗他,不等王鍛反應,小麗走近了一步小聲說道:“我在夜校的生產管理進修班讀了倆月了,今天是被袁首長特意借調過來統計數據的。”沒等王鍛會話,“這幾天一定好好幹,千萬別磨洋工。”小麗神秘地一笑,又跑開了。

  小麗來的目的很簡單:盡量統計每個人每道工序的耗時。從粗刮時每分鍾刮多少下、平板總共進行過多少次對研到平尺的使用次數、水平儀的使用耗時等等全在統計之列。好在鉗工是手工作業,袁好問要求她“盡量統計所有人,越詳細越好。”還有希望完成。

  大圖書館裏有詳細的工藝說明,也有幾萬次試驗總結出來的材料性能,可具體到某個工序的平均耗時,舊時空語焉不詳的資料也就沒有參考價值了。沒有這些數據,計委製定計劃便是紙上談兵、哪怕是計算一個車間配幾把遊標卡尺,也需要這些數據的支撐。

  小麗心中默數著刀頭接觸工件的次數,數到50次時按下了手中的停表,立刻記下:工號2272:粗刮50次19.7s;接著又開始數下一個……

  袁好問在車間門口駐足,看著車間裏熱火朝天的景象:鉗工們低著頭刮削,刮完一遍馬上顯點,哪怕去磨刀都是小跑著去的。“多麽勤勞的工人呀!”袁好問心中歎道。兀自去辦公室幹活去了。

  僅僅在兩天之後,王鍛的大型平板刮好了。小麗用25毫米樣方在平板上數了一會兒點,對袁好問說:“從與平尺顯點的結果看,這塊板應當是合格了。”“不錯,接觸點這一項合格了,平麵度呢?平麵度用什麽檢測呢?”袁好問掃視了一下學員們,“一般使用自準直光管,不過我們現在可以直觀地感受一下平麵。”一邊說,袁好問拿起了方才顯點用的小平板,用棉紗擦拭幹淨之後,平麵朝下慢慢往大平板上放;在平麵相距還有一厘米的時候,鬆開了手。此時,小平板並沒有落到大平板上,而是的在大平板上漂浮著,袁好問用手一推,小平板轉著圈在大平板上滑動了起來,這轉圈和滑動很安靜,隻有大家的呼吸聲和斷續的輕擦聲。五六秒之後,輕擦聲漸漸稠密,小平板才停了下來。

  “這是為什麽?大家想一想。”袁好問沒指望他們能想到答案,畢竟是第一次見到這樣的原始氣浮現象,眼下的普通人連空氣的概念可能都沒有,怎麽指望他們自行解釋呢。“這是因為兩個平麵即為憑證,平麵之間的空氣需要一段時間才能跑出來,在空氣跑出來之前小平板會被空氣托舉著,從而像浮著一樣。大家來自己體會一下.”說著,袁好問將小平板推到邊上揭起,遞給了王鍛。

  王鍛剛才看見這平板自走的景象心裏是懵逼的,甚至想到了鬧鬼顯靈的事情上去,自己親自動手一試,又能感覺到兩塊平板之間似乎有一層慢慢變薄的墊子,到吸上之後,反而一下拿不下來了。不禁覺得新奇,好容易拿起來一推,竟真的打著旋兒漂到對麵小劉那兒了。仔細一想首長說的"空氣",似乎比從前更明白“空氣”了。

  “首長真……真通曉萬物之理!”王鍛從前也見過眾首長的種種神跡,可像今天這樣自己親手製作的“神跡”還是第一次。他心裏有種強烈的自豪感,又覺得這首長說的“萬物之理”才更為玄妙。不禁看著飄來飄去的平板出神了。

  鉗工是機械工業中最古老的工種:他們使用各種手工工具完成加工,因常用虎鉗加持工件得名。負責機器難以完成的工作:如劃線、裝配、矯正、刮削、研磨、鋸銼鏨、鑽孔鉸孔、攻絲套絲等。雖然後世有各種機械精度越來越高,可以越來越多地鉗工的工作;但精密模具量具的配合麵,仍然是鉗工的作品。眼下這批鉗工經過近幾個月的培訓,算是熟練掌握了平麵劃線、鋸銼鏨、攻絲套絲、刮削研磨、精密鑽孔、簡單的量具使用的本事。但距離培養目標:裝配鉗工,機修鉗工、模具鉗工相比,還差實際案例的啟發。一個月之內他們將會製作一係列簡單工件:南華鐵路上的青銅軸瓦、各大機械廠的平板和方箱、校驗機床的平尺,都會是這群鉗工學員的作品。