用于小口徑上裝式閥體研磨工裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳尚書

中核蘇閥科技實(shí)業(yè)股份有限公司 江蘇蘇州 215129

1 序言

小口徑上裝式球閥有著廣闊的市場前景，其主要零件閥體密封面，因表面粗糙度要求高，且呈一定斜度對稱分布于空間小、結(jié)構(gòu)緊湊的閥腔兩側(cè)，無法采用傳統(tǒng)的研磨方式對其進(jìn)行研磨。本文介紹了一種針對該密封面結(jié)構(gòu)的專用研磨工裝，從而實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行研磨。

2 零件密封面結(jié)構(gòu)工藝分析

通過對閥體密封面處結(jié)構(gòu)（見圖1）分析，發(fā)現(xiàn)其存在如下特征：①密封面表面粗糙度值要求Ra＝0.2μm，需進(jìn)行研磨方能達(dá)到技術(shù)要求。②密封面位置處于閥腔中下部，且呈2.5°斜度對稱分布于閥腔兩側(cè)，密封面底部允許1～2mm落虛。③閥腔密封面部位空間尺寸較?。?0.7mm×55mm×53mm）。

圖1 密封面結(jié)構(gòu)

3 工裝設(shè)計(jì)

3.1 工裝工作原理

結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特征和研磨工藝要求設(shè)計(jì)工裝工作原理，如圖2所示，研具在一定作用力F下與密封面貼合，同時在偏心凸輪轉(zhuǎn)動下，通過導(dǎo)向桿帶動在一定范圍內(nèi)的上、下往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)對密封面微切削，達(dá)到研磨效果[1]。

圖2 工裝工作原理

3.2 工裝具體設(shè)計(jì)

根據(jù)原理圖，設(shè)計(jì)研磨工裝結(jié)構(gòu)（見圖3），其中h為偏心凸輪行程；α為底板斜度；e為底板與研磨板間隙，H為彈簧孔深度；S為研磨板面積。主要由以下3部分組成。

圖3 研磨工裝結(jié)構(gòu)

（1）研磨部分 該單元位于工裝下部，為保證研具與密封面平行，底板斜度α為2.5°，同時選用灰口鑄鐵材質(zhì)作為研磨板，并在其與底板之間圓周放置一定數(shù)量圓柱支撐彈簧，為研磨過程提供足夠的微切削力[2]。其中單個彈簧所需力為

式中，F(xiàn)n是圓柱彈簧提供最大工作載荷（N）；P是研磨壓強(qiáng)（MPa）；S是研磨板與被研密封面接觸面積（mm2）；n是圓柱彈簧數(shù)量。

支撐彈簧選用參照GB/T 2089—2009《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數(shù)》[3]，為避免底板與研磨板接觸時彈簧未能提供足夠切削力情況發(fā)生，應(yīng)滿足

式中，Hn是彈簧最大工作載荷長度（mm）；H是彈簧孔深度（mm）；e是底板與研磨板間隙（1.5～2.0mm）。

為保證間隙e均勻一致，對式中H深度公差控制在±0.05mm內(nèi)，支撐彈簧精度滿足GB/T 23934—2015《熱卷圓柱螺旋壓縮彈簧 技術(shù)條件》中2級要求[4]。

結(jié)合密封面斜度為2.5°和研磨板研磨行程較短要求，支撐彈簧選擇剛度F′較小規(guī)格即可減低研磨過程中上、下極限位置時支撐力變化，從而滿足研磨工藝要求。

在研磨板和底板配合部位使用球頭結(jié)構(gòu)，使得研磨板在研磨過程中具有浮動功能，保證研磨板和被研磨密封面之間具有良好的貼合性，從而彌補(bǔ)密封面和底板之間的斜度誤差。

（2）上、下往復(fù)傳動部分 該單元位于工裝上部，由往復(fù)彈簧、偏心凸輪、傳動鍵、導(dǎo)向桿和傳動軸等組成，往復(fù)彈簧提高向上動力，偏心凸輪在傳動軸旋轉(zhuǎn)帶動下壓迫導(dǎo)向桿產(chǎn)生向下動力，從而實(shí)現(xiàn)上、下往復(fù)運(yùn)動。

研磨行程由偏心凸輪控制，即最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之差H，行程需控制在一定范圍內(nèi)，以避免與基座發(fā)生干涉，同時保證最低點(diǎn)時研磨板與密封面底部有2mm間隙。其中往復(fù)彈簧選用參照GB/T 2089—2009《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數(shù)》，為保證最高點(diǎn)時往復(fù)彈簧力須具有足夠彈性，最高點(diǎn)時彈力滿足

式中，F(xiàn)是往復(fù)彈簧最高點(diǎn)提供工作載荷（N）；P是研磨壓強(qiáng)（MPa）；S是研磨板與被研密封面接觸面積（mm2）；α是密封面斜度（°）；μ是研磨板和密封面間動摩擦因數(shù)。

為避免因研磨板磨損而出現(xiàn)支撐彈簧無力的情況發(fā)生，在偏心凸輪和導(dǎo)向桿之間增加調(diào)整桿進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整桿頭部采用圓頭結(jié)構(gòu)與偏心凸輪高副接觸，以降低摩擦力。

（3）支架連接部分 為保證工裝與閥體零件裝配適應(yīng)性，利用閥體中腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與之匹配的基座，并在其上端兩側(cè)設(shè)置支架以滿足傳動軸旋轉(zhuǎn)傳動需要。因偏心凸輪與調(diào)整桿高副接觸點(diǎn)隨著偏心凸輪轉(zhuǎn)動而擺動（見圖4），故需在導(dǎo)向桿中部增加導(dǎo)向，以避免卡死的情況發(fā)生。

圖4 高副接擺動觸點(diǎn)

4 工裝使用

將本工裝安裝于閥體中腔部位，同時用螺柱、螺母緊固，向閥腔內(nèi)添加一定量的研磨劑后，通過外界驅(qū)動傳動軸旋轉(zhuǎn)后帶動偏心凸輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速控制在50～60r/min，從而帶動研磨板在一定范圍內(nèi)做上、下往復(fù)運(yùn)動，在支撐彈簧作用下，使得研磨板與密封面之間產(chǎn)生研磨作用，從而實(shí)現(xiàn)研磨運(yùn)動（見圖5），完成研磨后，松開螺柱、螺母，即可取出本工裝。

5 結(jié)束語

通過分析小口徑上裝式閥體密封面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、易于操作的專用研磨工裝，從而實(shí)現(xiàn)對密封面的研磨，以達(dá)到技術(shù)要求。