關(guān)于截止閥閥體成形的技術(shù)分析

陳輝良

【摘 要】在管道中主要控制流體流速與流量的管道裝置是閥門(mén)，在通風(fēng)、空調(diào)、防排煙等領(lǐng)域?qū)τ陂y門(mén)的應(yīng)用非常廣泛，對(duì)于所使用的閥門(mén)工藝要求非常高，同時(shí)，閥門(mén)在相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中是一種不可替代的組成部件，對(duì)機(jī)器的正常運(yùn)行有著重要的作用。而隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)行業(yè)也在不斷的引進(jìn)新技術(shù)，這也就使得傳統(tǒng)的閥體成形技術(shù)不能滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)的要求，使得截止閥體成形技術(shù)必須進(jìn)行創(chuàng)新，而剪—擠成形技術(shù)的提出有效地解決了相關(guān)行業(yè)所面臨的困境。本文主要對(duì)截止閥閥體成形的技術(shù)進(jìn)行分析，從而加強(qiáng)對(duì)剪—擠成形技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】截止閥；閥體成形；技術(shù)分析

隨著科技的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的閥體鑄造工藝存在很大的缺陷，使得相關(guān)行業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)，由閥門(mén)缺陷引起的閥門(mén)泄露以及停機(jī)的事故頻發(fā)，通過(guò)此點(diǎn)可以看出，傳統(tǒng)的閥體鑄造工藝已經(jīng)逐漸的被淘汰。而“剪切擠壓”閥體成形工藝的提出加大的改善了通風(fēng)、空調(diào)、防排煙等方面的效果，有效地保證了相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。下面我們從空調(diào)截止閥閥體的成形技術(shù)展開(kāi)分析。

1.剪—擠成形技術(shù)的來(lái)源

剪—擠成形技術(shù)的提出極大地促進(jìn)了空調(diào)截止閥體成形技術(shù)的發(fā)展，對(duì)相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)具有巨大的促進(jìn)作用。人們通過(guò)對(duì)杯—桿復(fù)合擠進(jìn)行研究，提出了剪—擠成形技術(shù)。在杯—桿復(fù)合擠中存在著8種流動(dòng)的形式，而純剪切流動(dòng)的變形方式只有在R1≤Rn=R2的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)。相關(guān)的工作人員對(duì)此展開(kāi)研究，提出了剪—擠成形技術(shù)。通過(guò)研究可以了解到，在杯—桿的成形過(guò)程中，為了使其不出現(xiàn)反擠變形的現(xiàn)象，使得整個(gè)的成形過(guò)程都是以剪切應(yīng)變?yōu)橹鳎瑥亩岢隽私刂归y體剪—擠成形技術(shù)。

2.方案、材料的確定

在空調(diào)應(yīng)用中，安裝截止閥的作用是為了便于安裝或維修，而設(shè)置的開(kāi)通或切斷氣、液的管道通路的閥門(mén)，在空調(diào)中，一般用二通直角閥或者三通直角閥在其管路中與進(jìn)出管道相連接。本文敘述的閥門(mén)采用的是黃銅截止閥。通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)要求進(jìn)行研究，對(duì)相應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)于采用鉛黃銅熱鍛壓的截止閥來(lái)說(shuō)，其最好的選擇是采用球閥和角式截止閥。在對(duì)閥門(mén)的方案進(jìn)行確定之后，對(duì)于閥體所要求達(dá)到的性能進(jìn)行分析，綜合考慮價(jià)格、性能等各方面的因素，從而確定材料的選擇。本文選用的是HPb59-1銅合金。該截止閥主要適用的介質(zhì)是R410A及R22等常用冷媒，其工作的溫度不能高于150℃，其接口的方式是英制管螺紋，閥桿的開(kāi)啟或關(guān)閉的行程較短，其切斷功能非?？煽?。

3.截止閥剪—擠成形技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

3.1對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)

根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，閥體的胴體直徑?=23mm，閥體的整體高度H=59.5mm，閥體中法蘭的連接方式為螺釘連接，一端接管連接焊接結(jié)構(gòu)；另端接管連接鎖母套接結(jié)構(gòu)。在模擬實(shí)驗(yàn)中，所采用的毛坯是鉛試件，該試件的尺寸是原銅件的1/3，在載量為60t的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了達(dá)到剪—擠變形所需要的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，要使預(yù)成形的枝杈直徑略大于或等于沖頭的直徑。同時(shí)，要在模擬實(shí)驗(yàn)中使得枝杈的中心線與沖頭斷面的距離為h，從而使得整個(gè)成形的過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)反擠的現(xiàn)象，保證整個(gè)成形的過(guò)程是以剪切變形為主的成形模式，從而達(dá)到剪—擠成形的效果。

3.2對(duì)于閥體所受擠壓力進(jìn)行計(jì)算

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)可以得出閥體在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的受力變化，通過(guò)對(duì)閥體的受力變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而得出，閥體在進(jìn)行剪—擠成形過(guò)程中所承受的壓力一般是在8t—12t范圍內(nèi)。下面，我們通過(guò)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的來(lái)對(duì)材料為銅合金鍛壓的截止閥銅件在生產(chǎn)時(shí)所需承受的擠壓力進(jìn)行估算。

在銅件進(jìn)行熱擠壓的過(guò)程中，其真實(shí)的應(yīng)力可以用下式來(lái)表示：

Y1=C1σs1 （1）

又 Y1=P1/S1

在上文的模擬實(shí)驗(yàn)中，鉛件同樣可以得出其真實(shí)應(yīng)力值：

Y2=C2σs2 （2）

Y2=P2/S2

式中Y1、Y2—銅件、鉛件承受的真實(shí)應(yīng)力

P2、P1—鉛件、銅合金截止閥體承受的擠壓力

S1、S2—銅和金截止閥體、鉛件的凸模面積

C1、C2—銅和金截止閥體、鉛件本身的拘束系數(shù)

σs1、σs2—銅和金截止閥體在熱擠壓溫度下的屈服應(yīng)力、鉛在室溫下的屈服應(yīng)力

對(duì)于試驗(yàn)中的銅件與鉛件是相互聯(lián)系的，對(duì)于這兩個(gè)試驗(yàn)中，其選用機(jī)器是一致的，這也就使得其拘束系數(shù)是相等的，即C1=C2。通過(guò)將式（1）、式（2）聯(lián)立可以得出銅件在進(jìn)行剪—擠工藝實(shí)驗(yàn)時(shí)所受到的鍛壓力P1的表達(dá)式：

P1=S1×?s1×P2/（S2×σs2） （3）

在（3）式中將S1/S2取值為9，σs1取值為40MPa，σs2取值為4.9N/mm2。通過(guò)確定P2的值，就可以計(jì)算出其鍛壓力的大小。在本文中，我們?nèi)2=10t，那么P1=115t。如果為了保持實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，可以將P2取為12t，那么此時(shí)的鍛壓力為128t。通過(guò)此可以看出，在160t的壓力機(jī)上足可以將銅件成形。

3.3計(jì)算枝杈中心線到?jīng)_頭端面的距離h

通過(guò)將沖頭的直徑設(shè)計(jì)為略小于或等于枝杈直徑，對(duì)于銅件的成形方式就完全取決于h的大小，將h/D定義為土坯的高徑比，其有關(guān)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)都可以通過(guò)相應(yīng)的表查到。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將其摩擦狀態(tài)定位無(wú)潤(rùn)滑式的摩擦形式。對(duì)于相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)機(jī)械的沖頭的直徑？取值為36mm。通過(guò)對(duì)高徑比與擠壓力之間的關(guān)系進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其高徑比與擠壓力在上下枝杈成形時(shí)有著同樣的變化趨勢(shì)，而且高徑比的最低數(shù)值在0.75左右。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在高徑比大于0.75時(shí)，還是在小于0.75時(shí)，其造成的擠壓力都會(huì)增大，尤其是在高徑比大于0.75時(shí)，擠壓力上升的速度非常快。因此在進(jìn)行成形過(guò)程中，要盡量的將其高徑比控制在0.75附近。在h/D=0.75是沒(méi)有反擠的現(xiàn)象，此時(shí)，坯料的高度保持不變，其表現(xiàn)的形式為剪—擠成形方式。

4.閥座結(jié)構(gòu)與密封分析

對(duì)于閥座的密封性能來(lái)說(shuō)，閥座的形狀變化將直接對(duì)密封的性能產(chǎn)生影響。因此，在對(duì)閥座進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分的考慮到對(duì)于閥座剛度的要求。在閥體的制作過(guò)程中，閥座、內(nèi)閥體、以及閥桿對(duì)于整個(gè)閥門(mén)的密封性都有很大的影響，因此，在對(duì)閥體進(jìn)行加工的時(shí)候，要將閥座、彎頭以及內(nèi)閥體進(jìn)行整體加工，用以保證閥體內(nèi)部軸線的垂直度以及閥桿與閥體的同軸度。對(duì)于閥門(mén)中的密封性來(lái)說(shuō)，其密封的形式對(duì)其密封性能來(lái)說(shuō)也有非常大的影響。一般情況下，采用錐而硬密封的密封形式；而在低溫狀態(tài)下，為了維持相應(yīng)機(jī)器的正常運(yùn)行狀態(tài)，一般采用焊接密封；為了使得機(jī)器能夠高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有停機(jī)現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般采用閥桿密封形式。本技術(shù)設(shè)計(jì)采用的是焊接密封方式。

5.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于空調(diào)的截止閥來(lái)說(shuō)，其啟閉件塞形的閥桿，而且其密封面是錐形面，采用的材料是銅合金，根據(jù)相應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分考慮閥體的密封性能，在空調(diào)截止閥的成形工藝中主要采用銅熱鍛壓剪—擠成形技術(shù)。通過(guò)該種成形鍛造的截止閥具有很好的機(jī)加工及抗扭力性能，使得空調(diào)的安裝與維修更加便捷。

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