分析球阀阀体密封面工艺性,结合研磨工艺和密封面结构,从结构简单、易于操作等方面出发,设计专用研磨工装,从而实现研磨功能。
1序言
小口径上装式球阀有着广阔的市场前景,其主要零件阀体密封面,因表面粗糙度要求高,且呈一定斜度对称分布于空间小、结构紧凑的阀腔两侧,无法采用传统的研磨方式对其进行研磨。本文介绍了一种针对该密封面结构的专用研磨工装,从而实现对其进行研磨。
2零件密封面结构工艺分析
通过对阀体密封面处结构(见图1)分析,发现其存在如下特征:①密封面表面粗糙度值要求Ra=0.2μm,需进行研磨方能达到技术要求。②密封面位置处于阀腔中下部,且呈2.5°斜度对称分布于阀腔两侧,密封面底部允许1~2mm落虚。③阀腔密封面部位空间尺寸较小(60.7mm×55mm×53mm)。
图1 密封面结构
3工装设计
3.1 工装工作原理
结合零件结构特征和研磨工艺要求设计工装工作原理,如图2所示,研具在一定作用力F下与密封面贴合,同时在偏心凸轮转动下,通过导向杆带动在一定范围内的上、下往复运动,从而实现对密封面微切削,达到研磨效果[1]。
图2 工装工作原理
3.2 工装具体设计
根据原理图,设计研磨工装结构(见图3),其中h为偏心凸轮行程;α为底板斜度;e为底板与研磨板间隙,H为弹簧孔深度;S为研磨板面积。主要由以下3部分组成。
图3 研磨工装结构
1—传动键 2—底板 3—锁紧螺钉 4—传动轴 5—轴套 6—垫圈 7—偏心凸轮
8—卡簧 9—支架 10—调整杆 11—锁紧螺母 12—导向套 13—导向杆
14—往复弹簧 15—基座 16—锁紧螺母 17—支撑弹簧 18—研磨板 19—限位螺钉
(1)研磨部分 该单元位于工装下部,为保证研具与密封面平行,底板斜度α为2.5°,同时选用灰口铸铁材质作为研磨板,并在其与底板之间圆周放置一定数量圆柱支撑弹簧,为研磨过程提供足够的微切削力[2]。其中单个弹簧所需力为
式中,Fn是圆柱弹簧提供最大工作载荷(N);P是研磨压强(MPa);S是研磨板与被研密封面接触面积(mm²);n是圆柱弹簧数量。
支撑弹簧选用参照GB/T 2089-2009《普通圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数》[3],为避免底板与研磨板接触时弹簧未能提供足够切削力情况发生,应满足
式中,Hn是弹簧最大工作载荷长度(mm);H是弹簧孔深度(mm);e是底板与研磨板间隙(1.5~2.0mm)。
为保证间隙e均匀一致,对式中H深度公差控制在±0.05mm内,支撑弹簧精度满足GB/T 23934-2015《热卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件》中2级要求[4]。
结合密封面斜度为2.5°和研磨板研磨行程较短要求,支撑弹簧选择刚度F′较小规格即可减低研磨过程中上、下极限位置时支撑力变化,从而满足研磨工艺要求。
在研磨板和底板配合部位使用球头结构,使得研磨板在研磨过程中具有浮动功能,保证研磨板和被研磨密封面之间具有良好的贴合性,从而弥补密封面和底板之间的斜度误差。
(2)上、下往复传动部分 该单元位于工装上部,由往复弹簧、偏心凸轮、传动键、导向杆和传动轴等组成,往复弹簧提高向上动力,偏心凸轮在传动轴旋转带动下压迫导向杆产生向下动力,从而实现上、下往复运动。
研磨行程由偏心凸轮控制,即最高点和最低点之差H,行程需控制在一定范围内,以避免与基座发生干涉,同时保证最低点时研磨板与密封面底部有2mm间隙。其中往复弹簧选用参照GB/T 2089-2009《普通圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数》,为保证最高点时往复弹簧力须具有足够弹性,最高点时弹力满足
式中,F是往复弹簧最高点提供工作载荷(N);P是研磨压强(MPa);S是研磨板与被研密封面接触面积(mm²);α是密封面斜度(°);μ是研磨板和密封面间动摩擦因数。
为避免因研磨板磨损而出现支撑弹簧无力的情况发生,在偏心凸轮和导向杆之间增加调整杆进行微调,调整杆头部采用圆头结构与偏心凸轮高副接触,以降低摩擦力。
(3)支架连接部分 为保证工装与阀体零件装配适应性,利用阀体中腔结构设计与之匹配的基座,并在其上端两侧设置支架以满足传动轴旋转传动需要。因偏心凸轮与调整杆高副接触点随着偏心凸轮转动而摆动(见图4),故需在导向杆中部增加导向,以避免卡死的情况发生。
图4 高副接摆动触点
4工装使用
将本工装安装于阀体中腔部位,同时用螺柱、螺母紧固,向阀腔内添加一定量的研磨剂后,通过外界驱动传动轴旋转后带动偏心凸轮转动,转速控制在50~60r/min,从而带动研磨板在一定范围内做上、下往复运动,在支撑弹簧作用下,使得研磨板与密封面之间产生研磨作用,从而实现研磨运动(见图5),完成研磨后,松开螺柱、螺母,即可取出本工装。
图5 研磨工装使用
5 结束语
通过分析小口径上装式阀体密封面结构,设计结构简单、易于操作的专用研磨工装,从而实现对密封面的研磨,以达到技术要求。
参考文献:
[1]陈宏钧. 实用机械加工工艺手册[M]. 3版. 北京:机械工业出版社,2009.
[2]成大先. 机械设计手册[M]. 5版. 北京:化学工业出版社,2008.
[3]全国弹簧标准化技术委员会. 普通圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数:GB/T 2089-2009[S]. 北京:中国标准出版社,2009.
[4]全国弹簧标准化技术委员会. 热卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件:GB/T 23934-2015[S]. 北京:中国标准出版社,2016.