閥門的機(jī)加工工藝

 

閥門的機(jī)加工工藝
（一）閥門零件工藝規(guī)程典型化
（1）閥門零件工藝規(guī)程典型化的意義
閥門的規(guī)格品種繁多，尺寸相差懸殊，零件材料的種類也較多，加之各閥門廠的生產(chǎn)條件和工藝人員的經(jīng)驗和習(xí)慣不同，編制閥門零件加工過程也不盡一致。合理的工藝過程不僅能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還能提高勞動生產(chǎn)率并降低產(chǎn)品成本。編制合理的工藝規(guī)程是一項較復(fù)雜的工作，因為除了要在滿足產(chǎn)品圖紙要求，確定毛坯種類、加工方法及選用設(shè)備和工裝外，還要作多種工藝方案的對比分析。此外，編制工藝規(guī)程是否合理往往取決于工藝人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗。
 由于閥門零件的結(jié)構(gòu)、形狀及其工藝過程具有明顯的相似性，閥門零件的數(shù)量也不多，這是實現(xiàn)閥門零件工藝規(guī)程典型化的有利條件。工藝現(xiàn)程的典型化是將閥門零件依其形狀相似、尺寸相近、工藝相同，將另件的加工過程編制成典型的工藝規(guī)程。
 典型工藝規(guī)程可以作為工藝人員編制具體零件的工藝規(guī)程的依據(jù)，從而能夠縮短生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的周期和保證工藝規(guī)程的合理性。此外，工藝規(guī)程的典型化還可為工藝裝備的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化以及組織同類型零件的加工流水線、采用設(shè)備創(chuàng)造有利的條件。
目前，上海申弘閥門廠生產(chǎn)單件、小批生產(chǎn)時，都會采用典型工藝規(guī)程和成組加工技術(shù)，這種方法有助于簡化生產(chǎn)組織，安排工藝流程，對于保證生產(chǎn)現(xiàn)場的實際需要和滿足各種質(zhì)量認(rèn)證均起著重要的指導(dǎo)作用．
 
（2）典型的工藝流程圖：
（3）閥門零件的分類
編制典型工藝規(guī)程必須事先對閥門零件進(jìn)行分類，任何機(jī)械零件的形體都是由若干個表面（平面、圓拄面、圓錐面、特形面等）所構(gòu)成。不同形狀和不同部位的表面，組合成為各種零件不同的形狀，各種同形狀表面的加工方法—般是相同的。例如：外圓柱表面通常采用車削或磨削的方法來加工；內(nèi)圓柱表面是通過鉆、鉸、鏜和磨削等加工方法獲得。因此，就有一種按零件的主要加工表面的形狀來進(jìn)行分類的方法，如：直筒閥體、三通閥體、框架閥蓋、盤形閥板等。同類零件具有相似的幾何形狀，往往具備有相近的工藝路線和相似的加工過程，可以使用典型工藝規(guī)程和成組加工技術(shù)組織生產(chǎn)。
由于的零件品種規(guī)格繁多，下邊僅以三通閥體、框架和球帽閥蓋以及閥芯關(guān)閉件三大類零件作為代表，介紹一些典型的加工工藝方法。
（二）閥體類零件的加工
法蘭直通式三通閥體是閘閥、截止閥、止回閥、減壓閥及節(jié)流閥閥體常用的一種結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)的閥體量大面廣，應(yīng)用非常廣泛，所以以法蘭直通式閘閥閥體作為典型介紹。
 （1）閘閥類閥體的結(jié)構(gòu)和工藝分析：閥體是中空、壁薄的殼體零件，多為三通管狀，用于直線管路上。該閥體的進(jìn)口通道與出口通道同軸，故稱直通式（見右圖）。兩通道端部為圓形法蘭，法蘭上有均勻分布的螺栓孔，以便與管道上的法蘭連接。閥體上端亦有中法蘭，用以連接閥蓋。
閥體的形體是由圓柱面、圓錐面、球面和特形表面組成的，其外部和內(nèi)腔的表面大部分不需要加工，因此零件毛坯一般都選用鑄件。閥體內(nèi)腔左、右設(shè)計有精度較高的圓柱形閥座孔，對于鑲閥座結(jié)構(gòu)的還有精度較高的螺紋孔，堆焊密封面的閥體具有楔形角度（多為5°）和光潔度很高的楔形密封部位。為引導(dǎo)閘板準(zhǔn)確地與閥體密封面相吻合，在體腔內(nèi)有兩條對稱的導(dǎo)向筋。由于閥體是承壓薄壁殼體，故對毛坯的強度、剛度及鑄件的內(nèi)在質(zhì)量要求很高。
 閘閥閥體密封面不僅具有很高的角度精度的要求，為了保證閘板的正常配合位置，要求兩密封面中心的距離（通稱為開檔寬度）的精度有很高的要求。對于中心線相對稱的兩個密封面與導(dǎo)向筋的對稱度也有—定要求。                                                                                                                                    閥體的主要加工表面大多是旋轉(zhuǎn)表面，因此．除導(dǎo)向筋部位在插或刨床上加工外，其余表面均采用車削。由于密封面部位的精度和光潔度要求很高，而鑄件毛坯的加工余量又較大，所以。閘閥閥體可以分粗、精加工兩個階段。在粗加工時，先把三法蘭加工好，然后以法蘭為基準(zhǔn)，采用帶有角度的斜胎精車密封面。精車后，密封面仍達(dá)不到圖紙的幾何形狀精度和光潔度要求，必須經(jīng)過光整加工—研磨。在此期間，可以安排三個法蘭的鉆孔工序。
（2）閘閥類閥體的典型工藝：
根據(jù)閥門口徑的大小，閘閥類閥體的加工工藝可以有以下兩種方案：
１）較小口徑的加工方案：以閥體三個頸部外園（錐）面毛坯為粗基準(zhǔn)定位，先加工中法蘭及止口，再以中法蘭和止口定位為精基準(zhǔn)加工兩端法蘭、導(dǎo)向筋和密封面部位。三個法蘭螺栓孔的加工，以端法蘭為自身基準(zhǔn)。
兩個密封面的加工，—般采用回轉(zhuǎn)夾具在車床上進(jìn)行，使用中法蘭同—個定位基準(zhǔn)，使兩密封面的加工在—次安裝下完成。閥座孔或密封面角度的精度由夾具保證、密封面的對稱度和開襠尺寸由機(jī)床擋塊配合卡板量具來控制。這個方案由于要使用帶斜度底盤的180°回轉(zhuǎn)夾具，閥門只適用于ＤＮ≤100的較小口徑的閥門。（回轉(zhuǎn)夾具見上圖）
典型的工藝過程：

序號	工　序　內(nèi)　容	定　位　基　準(zhǔn)	夾　具　特　點
１	車中法蘭端面、外圓、止口	三頸部外圓（錐）面	下部三個Ｖ形定位座
２	車兩端法蘭面、外圓、密封面	中法蘭端面、止口	下部為平盤回轉(zhuǎn)夾具
３	刨導(dǎo)向筋	中法蘭端面、止口	中法蘭定位彎板胎
４	車兩密封面部位	中法蘭端面、止口	下部為斜盤回轉(zhuǎn)夾具
５	鉆中法蘭孔	中法蘭端面、止口	鉆模板
６	鉆兩端法蘭孔	兩端法蘭面、外圓	鉆模板

 
２）中、大口徑的加工方案：先加工兩端法蘭，再以端法蘭為精基準(zhǔn)，依次加工中法蘭、導(dǎo)向筋、密封面部位及法蘭螺栓孔等。
   以上兩密封面的角度加工主要由夾具來保證、為了達(dá)到此目的，通常在制造斜胎夾具時采用同—個角度母板。即用與閥體密封面角度*相同的兩塊母板，其中一塊用作制造加工閥體密封面夾具的母板。將兩塊母板重疊（等于兩倍閥體密封面的斜角），即可作為制造加工閘板密封面夾具的母板。用這種方法制造的夾具加工，可以保證閥體密封面與閘板密封面的角度*—致。為了保證兩密封面的對稱性和開襠寬度尺寸精度，需提高閥體全長的制造精度，以便控制半長尺寸，全開檔尺寸用的開擋量具來控制。
   這種方案的優(yōu)點是：工藝裝備相對比較簡單，有利于夾具的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。其缺點是：兩密封面加工需要兩次裝夾完成，而兩次裝夾的定位基準(zhǔn)不統(tǒng)—，因此必然產(chǎn)生定位誤差。這種加工方案若沒有相應(yīng)的工藝措施，就很難加工出能滿足互換裝配要求的閥體，這種方案由于采用的是各自獨立的單個夾具，適用于大、中口徑閥體的加工，在閥門行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。
典型的工藝過程：

序號	工　序　內(nèi)　容	定　位　基　準(zhǔn)	夾　具　特　點
１	車一端法蘭端面、外圓	端法蘭外圓	四爪卡盤
２	車另一法蘭端面、外圓	已車法蘭端面、外圓	止口定位盤
３	車中法蘭端面、外圓、止口	兩端法蘭端面、外圓	兩端Ｖ形定位及壓板
４	劃導(dǎo)向筋加工線	中法蘭止口
５	刨（插）導(dǎo)向筋	中法蘭端面、止口	止口定位盤
６	車兩密封面部位	端法蘭端面、止口	斜胎止口定位盤
７	鉆中法蘭孔	中法蘭端面、止口	鉆模板
８	鉆兩端法蘭孔	端法蘭端面、止口	鉆模板

下面介紹幾種閥體的加工夾具：
 
 
三）閥蓋類零件的加工；
閥蓋是支撐閥桿和傳動機(jī)構(gòu)并與閥體組成密封承壓腔的重要零件，與法蘭直通式閥體配套的閥蓋結(jié)構(gòu)主要有框架式和球閥球帽式等。
（1）框架式閥蓋的結(jié)構(gòu)和典型工藝過程：
   框架式閥蓋由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，—般采用與閥體材料相同的鑄件。其主要加工面為旋轉(zhuǎn)面，多用車削方法加工。由于閥蓋的法蘭大，而小端外圓小，加工法蘭時若以小端的外圓定位則夾壓點離加工表面比較遠(yuǎn)，剛性差，因而影響加工質(zhì)量和效率。加工時可先粗車小端，然后以小端內(nèi)孔和大法蘭背面定位，用套筒胎加工大端法蘭外圓。端面和上密封部位。
    以下為采用通用設(shè)備進(jìn)行批量生產(chǎn)時經(jīng)常采用的典型工藝過程：

序號	工　序　內(nèi)　容	定　位　基　準(zhǔn)	夾具特點
１	粗車小端平面、內(nèi)孔、法蘭背面	大端法蘭外圓、找正	四爪卡盤
２	車大法蘭外圓、端面、中孔	小端內(nèi)孔、法蘭背面	套筒胎具
３	精車小端端面、內(nèi)孔各部	大法蘭端面、止口	止口定位盤
４	劃線確定鉸鏈螺釘槽及銷軸孔	大法蘭端及中心線
５	銑鉸鏈螺釘槽	大法蘭端面、止口	止口定位盤
６	鉆銷軸孔	大法蘭端面、止口	止口定位盤
７	鉆大法蘭孔	大法蘭端面、止口	鉆模板

（2）球帽式閥蓋的工藝分析和典型工藝過程：
球帽式閥蓋的上、下端均帶法蘭，分別
與支架和閥體相連接。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，
毛坯均采用和閥體材料相同的鑄件。
主要的結(jié)構(gòu)特點是各主要的加工面為旋轉(zhuǎn)面，但大小法蘭的尺寸差
距較大，小法蘭往往呈長方形，加工有一定的困難。
以下為采用通用設(shè)備進(jìn)行批量生產(chǎn)時經(jīng)常采用的典型工藝過程：

序號	工　序　內(nèi)　容	定位基準(zhǔn)	夾具特點
１	粗車小平面、內(nèi)孔、法蘭背面	大端法蘭外圓、找正	四爪卡盤
２	車大法蘭外圓、端面、中孔	小端法蘭、止口	止口定位盤
３	精車小端端面、內(nèi)孔各部	大法蘭端面、止口	止口定位盤
４	劃線確定鉸鏈螺釘槽及銷軸孔	大法蘭端及中心線
５	銑鉸鏈螺釘槽	大法蘭端面、止口	止口定位盤
６	鉆銷軸孔	大法蘭端面、止口	止口定位盤
７	鉆小法蘭孔	小端法蘭止口	鉆模板
8	鉆大法蘭孔	大法蘭端面止口	鉆模板

（四）閥芯關(guān)閉件的加工
 閥芯關(guān)閉件是指在閥門中起關(guān)閉作用的運動零件，它用來切斷、調(diào)節(jié)或改變介質(zhì)的流向。不同的閥類其關(guān)閉件的結(jié)構(gòu)、形狀都有很大差異，常見的有閘閥的閘板、截止閥的閥瓣、球閥的球體、蝶閥的閥板和旋塞閥的錐塞等。所有的關(guān)閉件上都有要與閥體密封面相吻合的精度和光潔度都很高的密封面，其重要程度和加工難度比相同形狀的其他機(jī)械零件難度較大。其中又以閘閥的楔式閘板的難度尤為復(fù)雜，球閥的球體加工比較典型。下邊就閘板和球體的加工工藝做代表性的介紹。
（1）楔式閘板的加工
1）楔式閘板的結(jié)構(gòu)特點：閘板是外緣帶凸塊的圓盤，兩端面為對稱于中心面的傾斜密封面（多為5°），在其上端凸出部位有與閥桿連接的T形槽或螺紋。為使閘板能在閥體中順利地開啟和關(guān)閉，在閘板外緣的兩側(cè)面上有導(dǎo)向槽或?qū)蚪睢?/span>
由于閥門的用途不同，閘板密封面采用的堆焊材料也不—樣，常用的              材料有銅、不銹鋼、鈷鉻鎢硬質(zhì)合金等。閘板密封面的形成方法有三種：從本體上直接車出、堆焊后車出、鑲嵌密封圈。
閘板的結(jié)構(gòu)形式又可分為彈性閘板和非彈性的剛性閘板兩大類，小規(guī)格的多用鍛造整體毛坯，中、大規(guī)格的閘板多采用鑄造的空心彈性閘板結(jié)構(gòu)。
2）楔式閘板的典型工藝過程：

序號	工序內(nèi)容	定位基準(zhǔn)	工裝特點
1	劃中心線和導(dǎo)向槽、T型槽線		三個劃線千斤頂、90度彎尺
2	銑兩邊導(dǎo)向槽	按劃線找正下部斜胎墊平	雙面銑床、單角度斜胎
3	銑上端T形槽	兩邊導(dǎo)向槽	兩邊導(dǎo)向槽定位、夾緊
4	車一端密封堆焊基面	T形槽端面、兩邊導(dǎo)向槽	單角度斜胎、T形槽端面定心、導(dǎo)向槽壓緊
5	車另一端密封堆焊基面	堆焊基面、工藝止口	雙角度斜胎、T形槽端面定心、導(dǎo)向槽壓緊
6	堆焊密封面（熱處理）
7	車一端密封面（留磨量）	導(dǎo)向槽、T形槽	單角度斜胎、T形槽端面定心、導(dǎo)向槽壓緊
8	車另一端密封面（留磨量）	密封面及內(nèi)止口	雙角度斜胎、T形槽端面定心、導(dǎo)向槽壓緊
9	銑切彈性槽	密封面及內(nèi)止口	單角度斜胎、T形槽端面定心、導(dǎo)向槽壓緊
10	磨削兩密封面	密封面	雙角度斜胎、T形槽端面定心、導(dǎo)向槽壓緊
11	研磨兩密封面	密封面	研磨機(jī)（震動、行星）

下面是幾種加工閘板的夾具：
 

 
 
（2）球閥球體的加工：球體的球面是主要的加工表面，其基本的加工順序是：先按工藝要求車出通道孔，再以通道孔為定位基準(zhǔn)加工球面。
   帶柄球體除球面外，還有精度較高的上、下軸的外圓拄面。這些圓拄面可采用*孔為定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。由于這種球體的通孔垂直于兩端軸頸，加工球面時有一定困難，所以在加工時須采取必要的措施，以保證球面質(zhì)量。
球面的加工方法：加工球面的方法通常有以下兩種：
   1）銑削法：下圖是銑削球面的示意圖。這種方法是在銑頭前端裝一個帶兩把車刀的刀盤，刀盤由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。兩刀的刀尖應(yīng)在同一旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)。旋轉(zhuǎn)平面必須垂直于銑頭的軸線，并與工件的旋轉(zhuǎn)軸線平行，刀盤軸線應(yīng)通過球心，兩刀尖之間的距離可根據(jù)被加工球體的直徑來決定。
 
銑球可以在普通車床或立式銑床上進(jìn)行。銑球時刀盤的轉(zhuǎn)速一般為900～1200轉(zhuǎn)／分，工件的轉(zhuǎn)速為1～10轉(zhuǎn)/分。
銑削法效率高，表面光潔度較好（一般達(dá)Ra3.2），適用于各種球體直徑。加工小的球體時，刀盤只需徑向進(jìn)給就可一次成型。加工大直徑球體時，小的刀盤需要沿回轉(zhuǎn)刀架做半回轉(zhuǎn)運動，刀盤才能銑出大的球面。注意刀盤的軸線應(yīng)垂直于球的回轉(zhuǎn)軸線并通過球心。如果刀盤軸線高于或低于球的回轉(zhuǎn)軸線，加工出來的球體會呈橢圓形。
2）車削法：這是應(yīng)用廣的一種球面加工方法，車球法是在普通車床上安裝車球裝置或在機(jī)床上用普通車刀來加工球面。
單件小批生產(chǎn)多在普通車床上加工球面，下圖為車球裝置。該裝置直接安裝在床身導(dǎo)軌上，使轉(zhuǎn)盤做回轉(zhuǎn)運動，安裝在小刀夾上的車刀就可進(jìn)行球面的車削。
這種車球裝置的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。它直接固定在機(jī)床的床身導(dǎo)軌上，故剛性較好，工作平穩(wěn)、可靠，且齒條與齒輪的間隙可通過斜塊進(jìn)行調(diào)整，因而可避免切削過程中產(chǎn)生振動。
為減少工件安裝次數(shù)，提高加工效率，可在回轉(zhuǎn)盤上安裝兩個刀架（如上圖所示）。后刀架安裝粗車刀，前刀架安裝精車刀。
右圖為加工球面用的彈簧心軸。使用時將球坯套穿心軸上，使其一端緊靠定位墊，擰動右端的螺母，把球體撐緊，然后松開另一端，取下定位墊。將心軸安裝在機(jī)床*之間，搖動大溜板，回轉(zhuǎn)盤中心與球心在垂直向上重合，通過試切后可將大溜板的位置固定。
   帶支承軸的大尺寸球體，其中部通孔是預(yù)先鑄出的。這就增加了加工的難度。為避免加工過程中的斷續(xù)切削，在軸頸、球面粗加工之后便將通孔車好。
然后用堵蓋（其材料與閥體相同）把孔
封堵后再進(jìn)行球面的精加工。右圖為球
體通道孔的堵蓋。球面精車后可在該機(jī)
床上進(jìn)行砂帶磨，磨好后再把堵蓋拆除。
 中大批量的球體生產(chǎn)時，球面加工多在機(jī)床上進(jìn)行．
3）球面的磨削：球面可在普通車床或機(jī)床上用平形砂輪的外圓或碗形砂輪的內(nèi)側(cè)磨削球面。
 ①用平形砂輪外圓可在普通車床上用砂輪外圓磨削，通常需將磨頭安裝在回轉(zhuǎn)刀架上，砂輪外圓回轉(zhuǎn)磨削形成球面。
 ②用碗形砂輪內(nèi)側(cè)磨削球面適用于小直徑的球面磨削。一般用于球徑小于100毫米的球面。磨削時可將磨頭安裝在普通車床的中溜板上，或安裝在機(jī)床上。磨削時，碗形砂輪的軸線必須通過球心。如果砂輪軸線不通過球心，磨出的球面將呈橢圓形。下圖為用碗形砂輪磨削球面的情形。
 利用砂輪內(nèi)側(cè)磨削時，砂輪與球面是環(huán)形接觸。磨削不銹鋼球體時，砂輪工作面很容易被切屑堵塞而失去磨削作用，并常常燒傷球面。為避免上述現(xiàn)象，除選用組織琉松的砂輪外，還在碗形砂輪的工作部分開幾條溝槽或采用鑲砂條的方法做砂輪。為了保證磨削球面質(zhì)量，磨削時需大量乳化液作潤滑冷卻用，同時必須及時修整砂輪，每次修整后，要用刷子將砂輪表面殘留的砂粒刷凈，以免殘砂劃傷球面。
同類相關(guān)的論文還有重點介紹幾種鋼制閥門密封面材料常用的堆焊工藝方法