閥門的機加工工藝

 

閥門的機加工工藝
（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、標準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)量認證均起著重要的指導作用．
 
（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行分類，任何機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。為引導閘板準確地與閥體密封面相吻合，在體腔內(nèi)有兩條對稱的導向筋。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，采用帶有角度的斜胎精車密封面。精車后，密封面仍達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加工兩端法蘭、導向筋和密封面部位。三個法蘭螺栓孔的加工，以端法蘭為自身基準。
兩個密封面的加工，—般采用回轉(zhuǎn)夾具在車床上進行，使用中法蘭同—個定位基準，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	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，依次加工中法蘭、導向筋、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，有利于夾具的標準化和通用化。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	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	劃導向筋加工線	中法蘭止口
５	刨（插）導向筋	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，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	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	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械零件難度較大。其中又以閘閥的楔式閘板的難度尤為復雜，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	工裝特點
1	劃中心線和導向槽、T型槽線		三個劃線千斤頂、90度彎尺
2	銑兩邊導向槽	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	兩邊導向槽	兩邊導向槽定位、夾緊
4	車一端密封堆焊基面	T形槽端面、兩邊導向槽	單角度斜胎、T形槽端面定心、導向槽壓緊
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、導向槽壓緊
6	堆焊密封面（熱處理）
7	車一端密封面（留磨量）	導向槽、T形槽	單角度斜胎、T形槽端面定心、導向槽壓緊
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、導向槽壓緊
11	研磨兩密封面	密封面	研磨機（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*孔為定位基準進行加工。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。它直接固定在機床的床身導軌上，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
床上進行砂帶磨，磨好后再把堵蓋拆除。
 中大批量的球體生產(chǎn)時，球面加工多在機床上進行．
3）球面的磨削：球面可在普通車床或機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。
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