用于小口径上装式阀体研磨工装的设计与应用

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

3.1 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，F_n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，H_n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