淺析金屬密封球閥球體加工工藝

王吉慧

摘 ?要：該文主要從金屬密封球閥密封面不同硬度處理技術(shù)所選的刀具及加工工藝方法研究，重點(diǎn)介紹金屬密封球閥密封副機(jī)床配研及超精密磨床珩磨配研的加工過程和操作方法。

關(guān)鍵詞：金屬密封球閥 ?球體加工 ?刀具

中圖分類號(hào)：TH134 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（a）-0064-02

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與推動(dòng)，我國(guó)機(jī)床制造技術(shù)有了很大的進(jìn)步，尤其是金屬密封球體加工工藝有了很大的改善。通常來講，金屬密封球體加工條件較為苛刻，因此，在加工過程中必須選擇參數(shù)較高的金屬密封球體加工技術(shù)。另外，密封表面通常會(huì)經(jīng)過硬化處理又或者應(yīng)用的是超硬的材料，這就意味著普通的刀具無法完成金屬密封球體加工，因此，選擇合適的刀以及加工方法則顯得非常重要。

1 ?球體磨削加工概述

1.1 結(jié)合實(shí)際情況選擇適宜的磨削刀具

高溫機(jī)械性能是鎳基合金最大的特點(diǎn)，倘若采用普通的刀具進(jìn)行加工，則難以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，因此，建議選擇氮化硼刀具進(jìn)行加工，該刀具的硬度為8000～9000HV（維氏硬度HV），且適用的溫度為1300℃～1500℃，能夠在高溫合金之中進(jìn)行加工，且可以滿足鎳基合金加工的條件。因此，通常來講必須要充分結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)量選擇適宜的磨削刀具，倘若是鎳基合金的球體，而且生產(chǎn)量較大，那么就意味著在加工過程中需要通過金剛石砂輪（不同材料）完成粗磨工作，然后在進(jìn)一步完成精磨工作。倘若生產(chǎn)量比較少，同時(shí)還要達(dá)到節(jié)約人力、物力、財(cái)力的目標(biāo)，建議在實(shí)施粗磨、精磨時(shí)采用的金剛石砂輪的材料為同一個(gè)規(guī)格。例如，在加工WC、Cr-C時(shí)，建議以金剛石加工道具為主，這樣可以更好地保障加工效果，在完成精磨之后，Ra值（粗糙度）最好可以達(dá)到0.1～0.2μm。

1.2 結(jié)合實(shí)際情況明確加工工藝

通常來講，粗磨工藝必須在對(duì)球體熱噴之前完成，這樣才能保障球體的圓度達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在球體的表面讓合金土層更加的均勻。隨后進(jìn)行粗磨，目標(biāo)是按照預(yù)期要求尺寸有效去除合金涂層的厚度。從粗磨的目標(biāo)來講其要求并不高，而重點(diǎn)必須放在控制尺寸上。在完成噴涂之后，則需要進(jìn)入精磨工序，該環(huán)節(jié)必須緊緊圍繞產(chǎn)品的技術(shù)要求來開展。如果金屬密封球閥在互換性方面沒有要求，那么在磨削的過程中，需要時(shí)對(duì)圓度進(jìn)行控制，而閥座通常是嚴(yán)格按照球體進(jìn)行配作，從而提升加工效率與精準(zhǔn)度。

1.2.1 展成法磨削球體

該方法是目前使用最為普遍的一種磨球方法，如圖1所示，采用的磨具是平行砂輪，而砂輪的整個(gè)外圓面與工件需要磨削的表面進(jìn)行接觸。在芯軸上將工件安裝，然后頭尾架頂持住芯軸的兩端，同時(shí)要確保連線與工件芯軸的同軸與磨頭軸心線保持平行共面。

在實(shí)際磨削時(shí)，砂輪圍繞著主軸軸心線進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到球面的一側(cè)時(shí)，則需要受到控制機(jī)構(gòu)的控制，然后又轉(zhuǎn)回到另外一側(cè)，保持這樣反復(fù)地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而展成磨削出球的球面。該方法不用更換砂輪，即便是同一個(gè)規(guī)格的砂輪也可以磨削出很多規(guī)格尺寸的球體，而且用量較少，有著良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。但是，效率較低，不適用于大規(guī)模的生產(chǎn)。

1.2.2 范成法磨削球體

例如，硬質(zhì)合金噴焊球體，從其表面的硬度來看，已經(jīng)達(dá)到了62HRc，加之還需要硬化處理好閥座的密封面（密封壓力必須達(dá)到42MPa）。由此可見，不僅要求球體圓度必須達(dá)到要求，而且需要在表面做好磨削加工。就傳統(tǒng)加工工藝來講，難以達(dá)到閥門對(duì)應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，主要采用是范成法磨削球體（見圖2）。

在對(duì)球體進(jìn)行實(shí)際磨削的過程中，砂盤緊緊圍繞磨頭主軸軸心線高速轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)工作臺(tái)固定不動(dòng)，而球體則圍繞著頭尾架的連線并保持單方向進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著磨頭工序的開展，會(huì)逐漸磨削出整個(gè)球面。從范成法磨削的特點(diǎn)來看，因?yàn)槟ケ趶娇梢赃M(jìn)行變化，所以在實(shí)際生產(chǎn)中能夠適用于很多規(guī)格的生產(chǎn)，這就需要將多個(gè)磨杯安裝在1臺(tái)機(jī)床上。但是基于磨杯的費(fèi)用較高，所以一般更加適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

2 ?關(guān)于球體閥座配研

2.1 球座機(jī)床配研

對(duì)于球座機(jī)床進(jìn)行配研，在特定的磨球機(jī)上對(duì)金屬密封球閥閥座密封面實(shí)施精密化研磨，然后再與手工配研進(jìn)行結(jié)合，最后還需要應(yīng)用到壓痕法對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。在按照運(yùn)動(dòng)軌跡通過球體研磨機(jī)實(shí)施切削時(shí)，必須要充分結(jié)合球體加工的需求，整個(gè)操作比較簡(jiǎn)潔，而且結(jié)構(gòu)較為合理。在彈性脹套專用工裝下，能夠?qū)⑶蝮w迅速地安裝在研磨機(jī)的主軸上面，然后根據(jù)實(shí)際要求做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)又或者是順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。

因?yàn)榍蝮w表面處理要求較高，所以實(shí)施研磨時(shí)所采用的金剛石材料需要根據(jù)實(shí)際要求而選擇，同時(shí)要確?！鞍尾鏃U軸槽”與“研磨塊”在實(shí)際運(yùn)行的過程中保持一致，即在打開主軸電機(jī)讓球體旋轉(zhuǎn)起來，同時(shí)在球體的表面澆筑研磨液（預(yù)期配制好的研磨液）。

2.2 球體超精密精研磨床

圖3對(duì)球體精密精研磨床進(jìn)行了實(shí)物展示，可以看出該機(jī)床在精研磨的過程中，無論是磨削球體，還是球閥都會(huì)同時(shí)進(jìn)行，即：球體開展自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而此時(shí)兩個(gè)閥座開始以相反的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且始終是繞著球體進(jìn)行。另外，夾具上面配置了曲柄搖桿機(jī)，這樣就可以將這兩個(gè)閥座帶動(dòng)，并圍繞著中心球體做搖擺運(yùn)動(dòng)。整個(gè)操作過程中，因?yàn)楹w了3個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不僅能夠保障球體、閥座的研磨穩(wěn)定進(jìn)行，而且加工效率更快，精準(zhǔn)度更高。加之，還配有球體以及2個(gè)閥座進(jìn)行共同研磨，所以與傳統(tǒng)單個(gè)研磨相比，效率將高得多。另外，球體以及球閥閥座都會(huì)進(jìn)行配對(duì)標(biāo)記，所以能夠有效避免閥座裝反的問題，同時(shí)還可以最大限度保障球閥的密封性。

綜上所述，球體的圓度以及球體與閥座的密封面粗糙度是影響金屬密封球閥密封性的主要因素。球體與閥座吻合度的主要影響因素是球體圓度，這就意味著如果吻合度更高，那么對(duì)流體沿密封面的運(yùn)動(dòng)阻力會(huì)不斷增加，從而使密封性達(dá)到最佳的狀態(tài)。反之，其會(huì)逐步增加滲透力，在比壓增大的情況下，在球體密封面上的一些微觀鋸齒狀尖峰此時(shí)會(huì)受到力的作用而開始變形，而這就表明了滲漏量受到粗糙度的影響將會(huì)逐步減少。如果球體的圓度偏差或者是密封副表面粗糙度較大，那么則意味著需要保障密封所需要的比壓就更大，且殘余變形也會(huì)更大。因此，金屬密封球閥球體加工工藝過程中，必須要選擇正確的刀具并做好球體閥座配研。

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