小型号成品内圈在直读光谱仪上分析的工装设计

郑振峰陈小春



小型号成品内圈在直读光谱仪上分析的工装设计

郑振峰1，陈小春2

（1.漳州职业技术学院 食品与生物工程系, 福建 漳州 363000； 2.福建龙溪轴承（集团）股份有限公司, 福建 漳州 363000）

外购成品内圈目前只能用化学分析的方法检验化学成份，而化学分析方法不在公司认可实验室的认可范围，如何设计专用的工装，让成品内圈能在公司认可实验室直读光谱仪上进行快速地分析测量化学成份，可大大提高检测效率，严格控制产品质量。

成品内圈；直读光谱仪；检验工装设计；化学成份

直读光谱仪分析钢铁样品是现代企业分析的常用方法之一，随着科学技术的不断发展，直读光谱仪在生产实践中所表现的快速、准确、精度高等特点，是其他化学分析所无法替代的，它的普及推广给传统的冶金分析带来了一次革命。为此，公司建立的国家认可实验室配备了先进的直读光谱仪等设备，用于生产实际。但是直读光谱仪毕竟包含了比较复杂的系统，对待检样品的大小及外形尺寸有特殊要求，对小尺寸的样品要想在直读光谱仪上检测会出现一些问题。[1]

1 前 言

龙溪轴承股份有限公司推力关节轴承逐渐从大型化向小型化方向发展, 外购成品内圈由于检测面太小，不能直接在直读光谱仪上进行检测，目前只能用化学方法测量其化学成份，检测效率低。而且，化学方法测量不在公司认可实验室的认可范围，而且存在着不如直读光谱仪速度快、检测元素多的特点。设计专用工装用于小尺寸外购成品内圈的化学成分检测成为当务之急。

2 直读光谱仪的分析原理、要求和依据

将制备好的块状样品作为一个电极，用光源发生器使样品与对电极之间激发发光，发射出元素固有的特征谱线，并将该特征谱线的光束引入分光室，通过色散元件将光谱分解后，对选定的内标线和分析线的强度进行测量，依据标准样品制作的校准曲线，根据特征谱线强弱的不同，求出分析样品中待测元素的含量。[2]

为了避免空气与样品表面发生各种相互作用，样品与分析架之间不能有空气的泄漏，样品必须完全盖住分析架的孔（16mm）。

检测标准依据GB/T 4336-2002《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）》。

3 样品制备的要求

样品尺寸要求为16 mm≤直径≤ 100 mm，2 mm≤厚度≤60 mm的平整、洁净、无烧伤、无生锈的分析平面（激发点的直径为8mm）。分析平面需经研磨、抛光等预处理，以保证样品与分析架之间不能有空气的泄漏。该平面的研磨设备可采用砂轮机，砂纸磨盘或砂带研磨机，亦可采用平面磨床等加工。

4 测量仪器设计的目的

为降低生产成本、提高生产效率，公司的小型号成品内圈均为外购产品，在进行外购件入库检验时，只能使用成品件进行适当处理后作为检测样品。小型号成品内圈由于球径小，不能加工出一个直径大于16mm，厚度大于2mm平整、洁净的分析平面，从而不能满足直读光谱仪的分析样品的要求，外购小型号成品内圈化学成份的分析只能采用较为原始的、繁琐的化学分析方法。公司实验室已经过国家级实验室的认证，只有直读光谱仪的分析才能满足认证的要求及条件。如何通过设计相应的工装来使外购小型号成品内圈满足分析样品的要求成为当前要解决的一个问题。

5 工装的设计思路

为能满足直读光谱仪的分析样品的要求，我们设计相应的工装。工装设计的思路考虑到小型号成品内圈虽然不能加工成直径大于16mm的平面，但是检测样品只要满足激发点直径≥8 mm，且工装内壁是密闭的，空气不泄漏，就可进行分析。将小型号成品内圈（该成品内圈已加工一个直径大于8 mm，小于16 mm的分析平面）放在该工装中，借助工装的夹持，便可在直读光谱仪上进行分析。

6 工装的结构、调整及使用方法

根据以上设计思路，我们设计相应的工装，如图1所示的结构。

图1 自动夹持工装

首先将成品套圈放在如图1所示的位置，通过弹簧推动滑块压板使套圈固定在外罩及滑块压板之间。然后将整个工装放置于直读光谱仪上便可进行化学成份的分析。[3]

该工装的优点是结构简单，使用操作方便，但因套圈的球径及宽度大小不一，加上该工装的定位方式，套圈的分析平面的中心会随着尺寸的不同而变化，所以上述工装不能在直读光谱仪上固定位置定位，还需借助于尺子进行辅助定位，使用相对繁琐，如果分析平面较小的话，定位不准确，可能会影响分析结果，所以经过一段时间的使用后，我们又对该工装进行改进。如图2所示的结构。

该结构由一个外罩、三个支架、两个滑块压板、一个定位支柱等组成。为防止空气泄漏，支架与外罩之间的定位支柱和压板螺栓用密封圈密封。

首先将成品套圈放在如图2所示的位置，转动定位支柱，通过定位支柱的球形压头即可使被没成品套圈自动定位，然后同时向成品套圈的端面移动左右两根压板螺栓，直至滑块压板压紧套圈即可。如果套圈较大，球面磨出的平面面积较大，用定位支柱就可以牢固定位，可不用滑块压板压紧套圈。然后将整个工装放置于直读光谱仪上固定位置便可进行化学成份的分析。

本工装具有以下几个特点：首先，它适用于各种的套圈宽度或球径的化学成份分析；第二，结构简单，使用方便；第三，该工装外观采用电镀，外观较美，外形较精巧；第四，无论套圈的尺寸如何变化，该工装巧妙地利用定位支柱与套圈球面来自动定位，使得不同尺寸的套圈的分析平面的中心始终处于同一位置，这样可使工装固定在直读光谱仪的固定位置，每次测量都可以放在同一位置测量，无需重复定位，辅助时间短，测量效率高。[4]

图2 自动定位工装

以外购套圈JK12C.02、JK16C.02为例

1.任选上海滨洲机械厂的JK12C.02（二号）、JK16C.02（一号）型号的外购套圈十个，经退镀及退火处理，各任选二个，在砂轮机上磨出直径大于8mm的三个点，以JK16C.02为类别标样，用工装夹着套圈放于激发台上进行检测，检测数据见表1。

表1 外购套圈借助工装在直读光谱仪上进行分析的数据

检测项目化学成分（%） CSiMnCrPS 标准值0.95~1.050.15~0.350.25~0.451.40~1.65≤0.025≤0.025 允许偏差±0.03±0.02±0.03±0.05＋0.005＋0.005 检测值11.020.240.391.500.0050.004 20.950.200.281.490.0030.001

2. 取以上经光谱分析过的2个外购套圈，取屑做化学成份。检测结果见表2。

表2 外购套圈取屑进行分析的数据

检测项目化学成分（%） CSiMnCrPS 标准值0.95~1.050.15~0.350.25~0.451.40~1.65≤0.025≤0.025 允许偏差±0.03±0.02±0.03±0.05＋0.005＋0.005 检测值11.010.240.391.500.0040.006 20.950.210.281.490.0020.002

7 结 论

从对比检测数据可知，所设计工装可适用实际生产所用，且具有结构简单，使用方便，辅助时间短，测量效率高的特点。

[1] 林学武,黄晓兰.ARL-3460型直读光谱仪常见异常现象的处理[J].理化检验-化学分册,2005,41(5):360-361.

[2] ARL3460/MA,金属分析仪参考手册[S].

[3] 唐荣安,曲荣君.轴承套圈车工工艺[M].郑州：河南人民出版社，2008．

[4] 杨晓蔚,马素青.机械基础知识与相关综合知识[M].洛阳：洛阳轴承研究所，2008．

（责任编辑：季平）

Device Design in Spectrochemical Analysis for Small Inner rings of Finished Product

ZHENG Zhen-feng1,CHEN Xiao-chun2

（1.Department of Food & Bioengineering，Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000；2.Longxi Bearing (Group) Corporation Limited, Zhangzhou 363000）

For the small inner rings of finished product, chemical element contents can not be directly detected using optical emission spectrometer due to the size limits. This paper provides a solution by a special designed device. Application and development of optical emission spectrometers in analysis field are introduced.

inner ring of finished product; optical emission spectrometer; device design; chemical composition

2014－03－05

郑振峰（1964－），男，福建德化人，讲师，理学士，从事分析与测试方面研究。

1673-1417（2014）02-0026-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2014.02.0005

O652

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