小钢制件磁粉检测夹具优化设计研究

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摘要：公司承制的一些螺母、螺套等小钢制件（内径≤8mm）种类多、批量大，均需进行100％磁粉检测。现用磁粉检测夹具存在耐用性差、磁化效率低、使用不便利等问题。为解决这些问题，根据通电磁化原理，对该类零件的磁化夹具进行了系统分析，并参考了机械加工组合夹具的构思，优化设计了新的磁粉检测组合夹具。经使用验证，新夹具耐用性良好、简单易用，保证产品质量的前提下，可大幅度地提升该类产品的磁粉检测效率（约30％～75％）。

关键词：小钢制件；磁粉检测；组合夹具；优化设计

公司承制的螺母、螺套等小钢制件（内径≤8mm）共计20余种，主要用于各型号的机匣、法兰、长轴等构件之间的连接，其质量对产品使用安全性有重要影响，按设计和工艺要求，该类零件在加工完成后均需100％进行磁粉检测。但由于该类零件种类多、批量检测任务量大（每批约300件～800件）、内径小（限制了磁化导体的选择）等原因，以及在产品研制时没有综合考虑，逐个图号设计了大量的简单夹具（通电铜棒／铜丝）；而这些夹具存在耐用性差、效率低、使用不便利等问题，不能真正满足现有产品检测效率需求。根据通电磁化的原理，并借鉴了机械加工组合夹具的构思，笔者设计了一种通用性强、耐用性好、简单易用的磁化夹具，经使用验证，在保证质量的前提下，大幅度提升了检测效率。

1现状分析

零件的检测过程一般包括周向磁化和纵向磁化，根据现场跟踪分析，该类零件的周向通电磁化耗时偏长，约占整个磁粉检测过程50％以上的时间，笔者选择对其周向磁化过程进行分析改进。现用的周向磁化夹具有粗铜丝和不同尺寸的小铜棒（阶梯铜棒），这两类夹具存在以下问题：（1）粗铜丝夹具不能直接夹持，需要折弯后固定在支撑块上通电，通电完成后又需掰直后方能取出零件，如此反复效率不高；（2）粗铜丝夹具耐用性差，多次弯折后难以矫直，导致不容易穿入零件孔中，且容易折断；（3）粗铜丝夹具不宜连续使用，多次通电后容易发烫，造成磁化过程的中断；（4）阶梯铜棒夹具为多种尺寸铜棒成套使用，针对具体零件需要寻找适用的铜棒；（5）阶梯铜棒夹具夹持时容易被折弯，其长度一般都不宜太长（一般≤200mm），所以单次磁化零件数量少。

2夹具优化设计

2．1检测原理及分析

中心导体法磁化基本原理如图1所示：将中心导体从工件的内孔穿过，并在中心导体上施加电流，将形成环绕中心导体的周向磁场H，并覆盖整个工件。在缺陷F表面则会发生磁力线溢出，形成漏磁场；在工件表面施加磁悬液后，漏磁场吸收磁粉形成缺陷显示。根据磁化原理和现场实践经验可知，影响磁化质量的因素主要有磁化电流大小和磁化时间；影响磁化效率和通用性的主要因素为通电导体直径和长度等。为了保证产品检测质量，笔者选择前两个要素保持不变，针对后两个要素分析制定改进措施。从产品检测需求考虑，理论上通电导体越细越长，夹具通用性越好，检测效率越高，但是细长夹具的抗变形能力将大幅度下降。解决问题的关键点是保证中心导体足够细长且耐用不变形。

2．2中心导体的选择

中心导体的尺寸是影响通电磁化的关键因素。根据磁粉检测工艺，对公司20多种螺母、小孔径钢套的尺寸进行了分析，并结合零件批量件数和操作便利性考虑，最终选择了6mm×510mm的黄铜棒作为中心导体，以满足公司此类小钢制件的磁化需求。

2．3组合夹具的设计

选择了合适的通电中心导体后，还需要解决中心导体夹持通电时易折弯变形、组合夹具如何便利地装卸零件的问题。笔者制作了轻便的木条支撑块，解决了夹持变形的问题。但如何使其方便装卸零件，需要设计精细的连接结构。实际使用过程中，磁化前要拆开夹具装零件，磁化后要拆开夹具取零件，且零件内径都较小，难以做成非常精细的可转动连接结构。在尝试了多种连接方式后，最终选择了螺纹弯头连接，结构如图2所示，实物如图3所示。经多次改进后，组合夹具具有耐用性好、通用性强、检测效率高等特点，能有效替代现用夹具用于小孔径螺母、螺套等小钢制件的磁粉检测，使用效果如图4所示。改进后的夹具主要使用步骤：（1）取下螺口调整接头（图2中部件2）；（2）手持中心导体（图2中部件1）装上零件；（3）拧进螺口调整接头至支撑块（图2中部件3）长度；（4）夹持通电磁化。

3效果验证

为了验证新组合夹具的使用效果，选用了X5Q．S401－1等4种零件进行验证，这4批零件件数均在200件以上，使用三类夹具的检测时间如表1所示。从表1可看出，新的组合夹具所花时间最短，效率最高，按公式其中T0为原夹具需要时间，T1为新夹具需要时间）计算，检测效率提升了约（30～75）％。此外，对比在用的两类夹具，组合多用夹具解决了耐用性、通用性和效率问题外，还有一些其他优点：（1）因为采用了双弯头设计，即使在中心导体倾斜放置情况下也不会出现零件滑落磕碰伤问题；（2）相对于前两种夹具，组合夹具采用成套结构，便于夹具的保存和编号管理。

4结语

经多批次零件采用新的组合多用夹具进行磁粉检测，在保证产品质量的前提下（磁化参数不变），周向磁化效率提升了（30～75）％，原来需要2小时～3小时才能完成的检测任务，现在都能在1．5小时内完成。针对种类多、批量大的小钢制件，该组合夹具通用性强、耐用高效，在类似产品夹具优化设计方面具有借鉴意义和推广价值。

参考文献：

［1］HB20158－2014磁粉检测．

［2］中国机械工程学会无损检测分会．磁粉检测［M］．北京：机械工业出版社，2004．

作者：唐澄文 刘明月 谢继强 张勇 单位：中国航发中传机械有限公司