法蘭密封面平面度測(cè)量工裝的研制

徐文斌，武曉偉，包廣華

(1.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境與化工學(xué)院，安徽 合肥 230011；2.洛陽(yáng)雙瑞特種裝備有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000)

目前車間對(duì)于焊接之后密封面的變形缺乏有效的檢測(cè)方法，經(jīng)常是在液壓試驗(yàn)密封不住時(shí)才去考慮密封面的變形，上機(jī)床對(duì)密封面進(jìn)行測(cè)量和加工，增加不必要的工期延誤和制造成本。因此，有必要對(duì)如何測(cè)量法蘭與筒體焊接之后法蘭密封面變形量加以探討。

1 常用平面度測(cè)量方法分析比較

目前國(guó)內(nèi)外平面度測(cè)量的方法較多，主要有打表測(cè)量法、水平儀和自準(zhǔn)直儀法[1]、激光平面度儀[2]、液平面法、衍射平面基準(zhǔn)法[3]、平晶干涉法[4]等。打標(biāo)測(cè)量法需要高精度的標(biāo)準(zhǔn)平板作為測(cè)量基準(zhǔn)，等高的調(diào)整比較麻煩；平晶干涉法僅適宜測(cè)量高光潔表面，測(cè)量面積也較小，適用范圍比較窄；水平儀和自準(zhǔn)直儀法需要反復(fù)挪動(dòng)儀器的位置，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，記錄完數(shù)據(jù)后還要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測(cè)量較繁瑣；激光平面度儀是由于衍射光斑的存在，使得不能對(duì)更大尺寸的工件進(jìn)行測(cè)量，而且調(diào)整比較費(fèi)時(shí)，激光器價(jià)格也較貴；液平面法在環(huán)境的微小震動(dòng)、溫度的變化、氣流等都會(huì)使液體表面處于不斷的“波動(dòng)”中，使測(cè)量無(wú)法進(jìn)行；衍射平面基準(zhǔn)法由于各級(jí)衍射光能量不一致使得不同位置的探測(cè)分辨力不同及光柵加工誤差會(huì)引起衍射光束波面變形等原因，此方法目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度測(cè)量[5]。

由上述分析比較可知，這些平面度測(cè)量方法均不能滿足車間實(shí)際測(cè)量要求，為此需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作方便的法蘭密封面平面度測(cè)量方法。

2 工裝方案分析論證

通過(guò)對(duì)上述平面度測(cè)量方法的分析，結(jié)合車間實(shí)際情況介紹幾種常用的法蘭密封面平面度測(cè)量的方案，現(xiàn)對(duì)各方案加以簡(jiǎn)要的論證。

2.1 滾輪胎架法

滾輪胎架法[6]是將焊接后的法蘭筒體放置在車間滾輪胎架上，利用滾輪胎架的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)法蘭的旋轉(zhuǎn)，參考機(jī)床的找正，利用置于一定高度的百分表便可以讀出法蘭密封面圓周各點(diǎn)的讀數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)密封面平面度的測(cè)量。

該方案實(shí)施簡(jiǎn)單，無(wú)需增加額外的投入，但設(shè)備在滾輪胎架上旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生軸向移動(dòng)，測(cè)量誤差甚至?xí)笥诿芊饷姹旧淼钠矫娑日`差，只能滿足低精度測(cè)量要求。

2.2 轉(zhuǎn)軸連桿法

如圖1所示，轉(zhuǎn)軸連桿法[7]通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置將電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整到與法蘭中心在同一水平高度，根據(jù)法蘭直徑通過(guò)可調(diào)連接桿調(diào)節(jié)百分表與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸之間的距離，通過(guò)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)密封面變形量的測(cè)量。

此方案較直觀，可以通過(guò)百分表直接讀出密封面各處相對(duì)于參考點(diǎn)的平面度，并可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。需要解決的主要問(wèn)題在于如何保證電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與被測(cè)法蘭同心，以及電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制，普通電機(jī)轉(zhuǎn)速高無(wú)法測(cè)量讀數(shù)，需定制專用電機(jī)或者對(duì)普通電機(jī)進(jìn)行改造，增加點(diǎn)動(dòng)控制回路。此外該方案無(wú)法保證電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線與法蘭中心軸線的平行，若焊接后的法蘭筒體在放置時(shí)，其中心軸線與水平面不是平行的，而成一定角度，致使法蘭密封面傾斜，測(cè)量誤差將隨之增大，造成測(cè)量結(jié)果的不可靠，因此也只能用于低精度要求的測(cè)量。

圖1 轉(zhuǎn)軸連桿法原理示意圖

在該方案中，可以用軸承代替電機(jī)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，解決電機(jī)轉(zhuǎn)速快讀數(shù)不便的問(wèn)題，但仍不能保證法蘭傾斜時(shí)測(cè)量結(jié)果的可靠性。

2.3 試壓工裝法

車間現(xiàn)在使用的試壓工裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，由法蘭和筒節(jié)組焊而成。車間現(xiàn)有的試壓工裝基本可以覆蓋車間生產(chǎn)的各種規(guī)格和類型的產(chǎn)品，對(duì)現(xiàn)有試壓工裝上機(jī)床進(jìn)行端面找平，找平后與待測(cè)量的法蘭靠緊，測(cè)量密封面各處的間隙即可知道變形量。

圖2 試壓工裝結(jié)構(gòu)示意圖

此方案不需要重新制作工裝，僅需對(duì)現(xiàn)有工裝上車床找平即可，實(shí)施簡(jiǎn)單，成本低，但法蘭密封面處的間隙測(cè)量不是很方便，尤其對(duì)于凹面法蘭。

2.4 等高塊法

該方案如圖3所示，在法蘭密封面對(duì)稱位置放置兩個(gè)相同的等高塊，在兩等高塊上立置鋼板尺或經(jīng)校直的槽鋼等，測(cè)量密封面上的點(diǎn)到鋼板尺的垂直距離，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。沿圓周方向改變等高塊的位置即可測(cè)量密封面不同位置距鋼板尺的距離，通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算即可知道密封面的平面度誤差。

圖3 試壓工裝結(jié)構(gòu)示意圖

該方案同樣實(shí)施簡(jiǎn)單、成本低，但操作較繁瑣，需要不斷改變等高塊位置，而且需要進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)處理。

2.5 方案確定

從上述對(duì)4種平面度測(cè)量的方案論證中我們可以得出：滾輪胎架法誤差太大，試壓工裝法不能對(duì)凹面法蘭進(jìn)行測(cè)量，故這兩種方案均不予考慮；轉(zhuǎn)軸連桿法和等高塊法雖然都能實(shí)現(xiàn)平面度的測(cè)量，但各有缺陷。為此，我們將轉(zhuǎn)軸連桿法和等高塊法相結(jié)合，將兩種方案進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，確定了最終的平面度測(cè)量方案，如圖4所示。

圖4 最終方案原理示意圖

根據(jù)被測(cè)法蘭直徑的大小，分別調(diào)整等高滑塊、百分表在調(diào)節(jié)桿1、2上的位置，由軸承實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)桿2的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)百分表的讀數(shù)可以直觀的得出法蘭密封面各處的變形量大小。

3 工裝試制及驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新平面度測(cè)量工裝方案的可行性，建立的如圖5所示的三維模型。模型建立完并進(jìn)行預(yù)組裝后，在軟件環(huán)境下進(jìn)行了干涉檢查和運(yùn)動(dòng)模擬，未發(fā)現(xiàn)零部件的干涉，運(yùn)動(dòng)狀況良好。

圖5 工裝三維效果圖

為了進(jìn)一步驗(yàn)證工裝方案的實(shí)際測(cè)量效果，制造了工裝的試驗(yàn)件，如圖6所示。

圖6 工裝試驗(yàn)件

利用工裝的試驗(yàn)件對(duì)一接管法蘭進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)量，測(cè)量誤差在0.2mm左右在工程上屬于可允許范圍之內(nèi)。經(jīng)分析測(cè)量誤差存在的主要原因在于試驗(yàn)件的加工精度較低，轉(zhuǎn)軸裝入軸承后略有晃動(dòng)，試驗(yàn)件采用的是管子，而與管相配合的孔徑均比管子外徑大0.4mm左右，存在較大的配合間隙，測(cè)量過(guò)程中不穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用新測(cè)量工裝可以方便的測(cè)量出法蘭與筒節(jié)焊接之后的密封面變形量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果可以判斷密封面是否需要進(jìn)行二次加工，為產(chǎn)品是否能夠滿足密封要求提供了參考。