阀门的机加工工艺

 

阀门的机加工工艺
（一）阀门零件工艺规程典型化
（1）阀门零件工艺规程典型化的意义
阀门的规格品种繁多，尺寸相差悬殊，零件材料的种类也较多，加之各阀门厂的生产条件和工艺人员的经验和习惯不同，编制阀门零件加工过程也不尽一致。合理的工艺过程不仅能保证产品的质量，还能提高劳动生产率并降低产品成本。编制合理的工艺规程是一项较复杂的工作，因为除了要在满足产品图纸要求，确定毛坯种类、加工方法及选用设备和工装外，还要作多种工艺方案的对比分析。此外，编制工艺规程是否合理往往取决于工艺人员的技术水平和经验。
 由于阀门零件的结构、形状及其工艺过程具有明显的相似性，阀门零件的数量也不多，这是实现阀门零件工艺规程典型化的有利条件。工艺现程的典型化是将阀门零件依其形状相似、尺寸相近、工艺相同，将另件的加工过程编制成典型的工艺规程。
 典型工艺规程可以作为工艺人员编制具体零件的工艺规程的依据，从而能够缩短生产技术准备工作的周期和保证工艺规程的合理性。此外，工艺规程的典型化还可为工艺装备的通用化、标准化以及组织同类型零件的加工流水线、采用设备创造有利的条件。
目前，上海申弘阀门厂生产单件、小批生产时，都会采用典型工艺规程和成组加工技术，这种方法有助于简化生产组织，安排工艺流程，对于保证生产现场的实际需要和满足各种质量认证均起着重要的指导作用．
 
（2）典型的工艺流程图：
（3）阀门零件的分类
编制典型工艺规程必须事先对阀门零件进行分类，任何机械零件的形体都是由若干个表面（平面、圆拄面、圆锥面、特形面等）所构成。不同形状和不同部位的表面，组合成为各种零件不同的形状，各种同形状表面的加工方法—般是相同的。例如：外圆柱表面通常采用车削或磨削的方法来加工；内圆柱表面是通过钻、铰、镗和磨削等加工方法获得。因此，就有一种按零件的主要加工表面的形状来进行分类的方法，如：直筒阀体、三通阀体、框架阀盖、盘形阀板等。同类零件具有相似的几何形状，往往具备有相近的工艺路线和相似的加工过程，可以使用典型工艺规程和成组加工技术组织生产。
由于的零件品种规格繁多，下边仅以三通阀体、框架和球帽阀盖以及阀芯关闭件三大类零件作为代表，介绍一些典型的加工工艺方法。
（二）阀体类零件的加工
法兰直通式三通阀体是闸阀、截止阀、止回阀、减压阀及节流阀阀体常用的一种结构形式，这种结构的阀体量大面广，应用非常广泛，所以以法兰直通式闸阀阀体作为典型介绍。
 （1）闸阀类阀体的结构和工艺分析：阀体是中空、壁薄的壳体零件，多为三通管状，用于直线管路上。该阀体的进口通道与出口通道同轴，故称直通式（见右图）。两通道端部为圆形法兰，法兰上有均匀分布的螺栓孔，以便与管道上的法兰连接。阀体上端亦有中法兰，用以连接阀盖。
阀体的形体是由圆柱面、圆锥面、球面和特形表面组成的，其外部和内腔的表面大部分不需要加工，因此零件毛坯一般都选用铸件。阀体内腔左、右设计有精度较高的圆柱形阀座孔，对于镶阀座结构的还有精度较高的螺纹孔，堆焊密封面的阀体具有楔形角度（多为5°）和光洁度很高的楔形密封部位。为引导闸板准确地与阀体密封面相吻合，在体腔内有两条对称的导向筋。由于阀体是承压薄壁壳体，故对毛坯的强度、刚度及铸件的内在质量要求很高。
 闸阀阀体密封面不仅具有很高的角度精度的要求，为了保证闸板的正常配合位置，要求两密封面中心的距离（通称为开档宽度）的精度有很高的要求。对于中心线相对称的两个密封面与导向筋的对称度也有—定要求。                                                                                                                                    阀体的主要加工表面大多是旋转表面，因此．除导向筋部位在插或刨床上加工外，其余表面均采用车削。由于密封面部位的精度和光洁度要求很高，而铸件毛坯的加工余量又较大，所以。闸阀阀体可以分粗、精加工两个阶段。在粗加工时，先把三法兰加工好，然后以法兰为基准，采用带有角度的斜胎精车密封面。精车后，密封面仍达不到图纸的几何形状精度和光洁度要求，必须经过光整加工—研磨。在此期间，可以安排三个法兰的钻孔工序。
（2）闸阀类阀体的典型工艺：
根据阀门口径的大小，闸阀类阀体的加工工艺可以有以下两种方案：
１）较小口径的加工方案：以阀体三个颈部外园（锥）面毛坯为粗基准定位，先加工中法兰及止口，再以中法兰和止口定位为精基准加工两端法兰、导向筋和密封面部位。三个法兰螺栓孔的加工，以端法兰为自身基准。
两个密封面的加工，—般采用回转夹具在车床上进行，使用中法兰同—个定位基准，使两密封面的加工在—次安装下完成。阀座孔或密封面角度的精度由夹具保证、密封面的对称度和开裆尺寸由机床挡块配合卡板量具来控制。这个方案由于要使用带斜度底盘的180°回转夹具，阀门只适用于ＤＮ≤100的较小口径的阀门。（回转夹具见上图）
典型的工艺过程：

序号	工　序　内　容	定　位　基　准	夹　具　特　点
１	车中法兰端面、外圆、止口	三颈部外圆（锥）面	下部三个Ｖ形定位座
２	车两端法兰面、外圆、密封面	中法兰端面、止口	下部为平盘回转夹具
３	刨导向筋	中法兰端面、止口	中法兰定位弯板胎
４	车两密封面部位	中法兰端面、止口	下部为斜盘回转夹具
５	钻中法兰孔	中法兰端面、止口	钻模板
６	钻两端法兰孔	两端法兰面、外圆	钻模板

 
２）中、大口径的加工方案：先加工两端法兰，再以端法兰为精基准，依次加工中法兰、导向筋、密封面部位及法兰螺栓孔等。
   以上两密封面的角度加工主要由夹具来保证、为了达到此目的，通常在制造斜胎夹具时采用同—个角度母板。即用与阀体密封面角度*相同的两块母板，其中一块用作制造加工阀体密封面夹具的母板。将两块母板重叠（等于两倍阀体密封面的斜角），即可作为制造加工闸板密封面夹具的母板。用这种方法制造的夹具加工，可以保证阀体密封面与闸板密封面的角度*—致。为了保证两密封面的对称性和开裆宽度尺寸精度，需提高阀体全长的制造精度，以便控制半长尺寸，全开档尺寸用的开挡量具来控制。
   这种方案的优点是：工艺装备相对比较简单，有利于夹具的标准化和通用化。其缺点是：两密封面加工需要两次装夹完成，而两次装夹的定位基准不统—，因此必然产生定位误差。这种加工方案若没有相应的工艺措施，就很难加工出能满足互换装配要求的阀体，这种方案由于采用的是各自独立的单个夹具，适用于大、中口径阀体的加工，在阀门行业应用比较广泛。
典型的工艺过程：

序号	工　序　内　容	定　位　基　准	夹　具　特　点
１	车一端法兰端面、外圆	端法兰外圆	四爪卡盘
２	车另一法兰端面、外圆	已车法兰端面、外圆	止口定位盘
３	车中法兰端面、外圆、止口	两端法兰端面、外圆	两端Ｖ形定位及压板
４	划导向筋加工线	中法兰止口
５	刨（插）导向筋	中法兰端面、止口	止口定位盘
６	车两密封面部位	端法兰端面、止口	斜胎止口定位盘
７	钻中法兰孔	中法兰端面、止口	钻模板
８	钻两端法兰孔	端法兰端面、止口	钻模板

下面介绍几种阀体的加工夹具：
 
 
三）阀盖类零件的加工；
阀盖是支撑阀杆和传动机构并与阀体组成密封承压腔的重要零件，与法兰直通式阀体配套的阀盖结构主要有框架式和球阀球帽式等。
（1）框架式阀盖的结构和典型工艺过程：
   框架式阀盖由于结构复杂，—般采用与阀体材料相同的铸件。其主要加工面为旋转面，多用车削方法加工。由于阀盖的法兰大，而小端外圆小，加工法兰时若以小端的外圆定位则夹压点离加工表面比较远，刚性差，因而影响加工质量和效率。加工时可先粗车小端，然后以小端内孔和大法兰背面定位，用套筒胎加工大端法兰外圆。端面和上密封部位。
    以下为采用通用设备进行批量生产时经常采用的典型工艺过程：

序号	工　序　内　容	定　位　基　准	夹具特点
１	粗车小端平面、内孔、法兰背面	大端法兰外圆、找正	四爪卡盘
２	车大法兰外圆、端面、中孔	小端内孔、法兰背面	套筒胎具
３	精车小端端面、内孔各部	大法兰端面、止口	止口定位盘
４	划线确定铰链螺钉槽及销轴孔	大法兰端及中心线
５	铣铰链螺钉槽	大法兰端面、止口	止口定位盘
６	钻销轴孔	大法兰端面、止口	止口定位盘
７	钻大法兰孔	大法兰端面、止口	钻模板

（2）球帽式阀盖的工艺分析和典型工艺过程：
球帽式阀盖的上、下端均带法兰，分别
与支架和阀体相连接。由于其结构复杂，
毛坯均采用和阀体材料相同的铸件。
主要的结构特点是各主要的加工面为旋转面，但大小法兰的尺寸差
距较大，小法兰往往呈长方形，加工有一定的困难。
以下为采用通用设备进行批量生产时经常采用的典型工艺过程：

序号	工　序　内　容	定位基准	夹具特点
１	粗车小平面、内孔、法兰背面	大端法兰外圆、找正	四爪卡盘
２	车大法兰外圆、端面、中孔	小端法兰、止口	止口定位盘
３	精车小端端面、内孔各部	大法兰端面、止口	止口定位盘
４	划线确定铰链螺钉槽及销轴孔	大法兰端及中心线
５	铣铰链螺钉槽	大法兰端面、止口	止口定位盘
６	钻销轴孔	大法兰端面、止口	止口定位盘
７	钻小法兰孔	小端法兰止口	钻模板
8	钻大法兰孔	大法兰端面止口	钻模板

（四）阀芯关闭件的加工
 阀芯关闭件是指在阀门中起关闭作用的运动零件，它用来切断、调节或改变介质的流向。不同的阀类其关闭件的结构、形状都有很大差异，常见的有闸阀的闸板、截止阀的阀瓣、球阀的球体、蝶阀的阀板和旋塞阀的锥塞等。所有的关闭件上都有要与阀体密封面相吻合的精度和光洁度都很高的密封面，其重要程度和加工难度比相同形状的其他机械零件难度较大。其中又以闸阀的楔式闸板的难度尤为复杂，球阀的球体加工比较典型。下边就闸板和球体的加工工艺做代表性的介绍。
（1）楔式闸板的加工
1）楔式闸板的结构特点：闸板是外缘带凸块的圆盘，两端面为对称于中心面的倾斜密封面（多为5°），在其上端凸出部位有与阀杆连接的T形槽或螺纹。为使闸板能在阀体中顺利地开启和关闭，在闸板外缘的两侧面上有导向槽或导向筋。
由于阀门的用途不同，闸板密封面采用的堆焊材料也不—样，常用的              材料有铜、不锈钢、钴铬钨硬质合金等。闸板密封面的形成方法有三种：从本体上直接车出、堆焊后车出、镶嵌密封圈。
闸板的结构形式又可分为弹性闸板和非弹性的刚性闸板两大类，小规格的多用锻造整体毛坯，中、大规格的闸板多采用铸造的空心弹性闸板结构。
2）楔式闸板的典型工艺过程：

序号	工序内容	定位基准	工装特点
1	划中心线和导向槽、T型槽线		三个划线千斤顶、90度弯尺
2	铣两边导向槽	按划线找正下部斜胎垫平	双面铣床、单角度斜胎
3	铣上端T形槽	两边导向槽	两边导向槽定位、夹紧
4	车一端密封堆焊基面	T形槽端面、两边导向槽	单角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧
5	车另一端密封堆焊基面	堆焊基面、工艺止口	双角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧
6	堆焊密封面（热处理）
7	车一端密封面（留磨量）	导向槽、T形槽	单角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧
8	车另一端密封面（留磨量）	密封面及内止口	双角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧
9	铣切弹性槽	密封面及内止口	单角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧
10	磨削两密封面	密封面	双角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧
11	研磨两密封面	密封面	研磨机（震动、行星）

下面是几种加工闸板的夹具：
 

 
 
（2）球阀球体的加工：球体的球面是主要的加工表面，其基本的加工顺序是：先按工艺要求车出通道孔，再以通道孔为定位基准加工球面。
   带柄球体除球面外，还有精度较高的上、下轴的外圆拄面。这些圆拄面可采用*孔为定位基准进行加工。由于这种球体的通孔垂直于两端轴颈，加工球面时有一定困难，所以在加工时须采取必要的措施，以保证球面质量。
球面的加工方法：加工球面的方法通常有以下两种：
   1）铣削法：下图是铣削球面的示意图。这种方法是在铣头前端装一个带两把车刀的刀盘，刀盘由电机带动旋转。两刀的刀尖应在同一旋转平面内。旋转平面必须垂直于铣头的轴线，并与工件的旋转轴线平行，刀盘轴线应通过球心，两刀尖之间的距离可根据被加工球体的直径来决定。
 
铣球可以在普通车床或立式铣床上进行。铣球时刀盘的转速一般为900～1200转／分，工件的转速为1～10转/分。
铣削法效率高，表面光洁度较好（一般达Ra3.2），适用于各种球体直径。加工小的球体时，刀盘只需径向进给就可一次成型。加工大直径球体时，小的刀盘需要沿回转刀架做半回转运动，刀盘才能铣出大的球面。注意刀盘的轴线应垂直于球的回转轴线并通过球心。如果刀盘轴线高于或低于球的回转轴线，加工出来的球体会呈椭圆形。
2）车削法：这是应用广的一种球面加工方法，车球法是在普通车床上安装车球装置或在机床上用普通车刀来加工球面。
单件小批生产多在普通车床上加工球面，下图为车球装置。该装置直接安装在床身导轨上，使转盘做回转运动，安装在小刀夹上的车刀就可进行球面的车削。
这种车球装置的特点是：结构简单，操作方便。它直接固定在机床的床身导轨上，故刚性较好，工作平稳、可靠，且齿条与齿轮的间隙可通过斜块进行调整，因而可避免切削过程中产生振动。
为减少工件安装次数，提高加工效率，可在回转盘上安装两个刀架（如上图所示）。后刀架安装粗车刀，前刀架安装精车刀。
右图为加工球面用的弹簧心轴。使用时将球坯套穿心轴上，使其一端紧靠定位垫，拧动右端的螺母，把球体撑紧，然后松开另一端，取下定位垫。将心轴安装在机床*之间，摇动大溜板，回转盘中心与球心在垂直向上重合，通过试切后可将大溜板的位置固定。
   带支承轴的大尺寸球体，其中部通孔是预先铸出的。这就增加了加工的难度。为避免加工过程中的断续切削，在轴颈、球面粗加工之后便将通孔车好。
然后用堵盖（其材料与阀体相同）把孔
封堵后再进行球面的精加工。右图为球
体通道孔的堵盖。球面精车后可在该机
床上进行砂带磨，磨好后再把堵盖拆除。
 中大批量的球体生产时，球面加工多在机床上进行．
3）球面的磨削：球面可在普通车床或机床上用平形砂轮的外圆或碗形砂轮的内侧磨削球面。
 ①用平形砂轮外圆可在普通车床上用砂轮外圆磨削，通常需将磨头安装在回转刀架上，砂轮外圆回转磨削形成球面。
 ②用碗形砂轮内侧磨削球面适用于小直径的球面磨削。一般用于球径小于100毫米的球面。磨削时可将磨头安装在普通车床的中溜板上，或安装在机床上。磨削时，碗形砂轮的轴线必须通过球心。如果砂轮轴线不通过球心，磨出的球面将呈椭圆形。下图为用碗形砂轮磨削球面的情形。
 利用砂轮内侧磨削时，砂轮与球面是环形接触。磨削不锈钢球体时，砂轮工作面很容易被切屑堵塞而失去磨削作用，并常常烧伤球面。为避免上述现象，除选用组织琉松的砂轮外，还在碗形砂轮的工作部分开几条沟槽或采用镶砂条的方法做砂轮。为了保证磨削球面质量，磨削时需大量乳化液作润滑冷却用，同时必须及时修整砂轮，每次修整后，要用刷子将砂轮表面残留的砂粒刷净，以免残砂划伤球面。
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