閥體機(jī)械加工工藝的分析

楊維忠

摘要：本文通過對(duì)閥體機(jī)械加工工藝過程的分析，從閥體材料、加工工藝、加工質(zhì)量以及數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用等方面進(jìn)一步優(yōu)化閥體的工藝規(guī)程，促進(jìn)閥體的智能化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：閥體;加工工藝;加工質(zhì)量;數(shù)控技術(shù)

0? 引言

閥門是流體介質(zhì)輸送系統(tǒng)中的控制部件。閥門的作用由它的種類而定，它具有調(diào)節(jié)、截止、穩(wěn)壓和導(dǎo)流等功能。因此閥門廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如石油、天然氣、排水、供熱等生產(chǎn)過程中。閥門是一個(gè)完整的零部件，它的結(jié)構(gòu)形式千差萬別，但是它的基本組成部分大致相同，由驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分組成。閥門最主要的零部件可分為“體、蓋、門、桿”四大類。體：即閥體，為閥門的主體部分;蓋：即閥蓋，起到一個(gè)連接作用;門：包括門板和門框，即閥板和閥座，起到一個(gè)輔助作用;桿：即閥桿，是閥門的主導(dǎo)部分。閥門的加工與裝配是一個(gè)完整的制造工藝過程，直接關(guān)系到閥門的密封性能、使用壽命及安全生產(chǎn)等問題。它包含閥體加工、閥桿加工、閥蓋加工等，其中閥體的加工工藝尤其重要，加工質(zhì)量受到材料、結(jié)構(gòu)形狀、使用環(huán)境及加工設(shè)備等因素的影響。下面以球閥閥體為例，分析閥體機(jī)械加工工藝，探索提高閥體加工質(zhì)量的措施。

1? 閥體材料的選擇及應(yīng)用場合

閥體材料的選擇首先應(yīng)該考慮流體介質(zhì)的兩個(gè)性能：物理性能和化學(xué)性能。物理性能包括工作壓力和環(huán)境溫度;化學(xué)性能涉及到腐蝕性和密封性。常用的材料有：鑄鐵、鑄鋼、碳鋼、不銹鋼，銅等。選擇原則：中低壓力、工作溫度低于300°，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)格尺寸較大的閥體通常常用鑄造工藝生產(chǎn)閥體;中高壓、工作溫度高于300°，結(jié)構(gòu)簡單，規(guī)格尺寸較小的閥體通常常用鍛造工藝生產(chǎn)閥體。隨著科技的發(fā)展，不銹鋼閥門得到了廣泛的應(yīng)用，不銹鋼閥門成本較高，技術(shù)要求更高。

1.1 鑄鐵閥體

包含灰口鑄鐵閥體和球墨鑄鐵閥體?；铱阼T鐵含碳量較高，有一定的強(qiáng)度，塑性和韌性較低，但是成本低，價(jià)格便宜，適用于要求不高的場合;球墨鑄鐵通過球化和孕育處理得到球狀石墨，與灰口鑄鐵相比，大大提高了鑄鐵的機(jī)械性能，強(qiáng)度更高，塑性和韌性也較好。

1.2 碳鋼閥體

包含鑄鋼閥體和鍛鋼閥體，因碳鋼含碳量較低，與鑄鐵相比，強(qiáng)度和硬度更高，有較好的可鍛性能和焊接性能，為了提高它的綜合性能，通常在碳鋼中加入一些合金元素，常用的牌號(hào)有：WCB、ZG25、16Mn等。

1.3 不銹鋼閥體

常用牌號(hào)有：316、316L、2520等。不銹鋼閥門防腐性能好，密封性能高，廣泛應(yīng)用于化工產(chǎn)品、衛(wèi)生食品等場合。

2? 閥體的加工工藝分析

閥體是一個(gè)型腔體的異形件，如圖1。在進(jìn)行閥體加工工藝分析時(shí)，更應(yīng)該注意工件的定位與裝夾、振動(dòng)等工藝。從閥體的加工示意圖看，閥體的加工面為三個(gè)類似法蘭加工及閥體內(nèi)部的閥座孔等加工。左右兩端的法蘭與外部管道連接，中間的法蘭與閥蓋連接，支撐閥桿運(yùn)動(dòng)。

2.1 閥體技術(shù)要求分析

①閥體內(nèi)腔的閥座孔精度要求較高，尺寸精度一般為H8級(jí)，與法蘭端面定位孔的同軸度控制在0.03mm之內(nèi)。

②法蘭端面與基準(zhǔn)孔的垂直度控制在0.05mm之內(nèi)，左右兩端法蘭的同軸度控制在0.05mm之內(nèi)。

③各個(gè)法蘭上的螺紋孔相對(duì)于基準(zhǔn)軸線的位置度控制在0.05mm之內(nèi)。

④閥座孔的表面粗糙度Ra值小于1.6？滋m，法蘭端面及內(nèi)孔的表面粗糙度Ra值小于1.6？滋m。

2.2 閥體加工設(shè)備的選擇

在選擇加工設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)閥體的結(jié)構(gòu)形狀、技術(shù)要求和生產(chǎn)類型等情況，在保證加工精度的前提下，合理選擇加工設(shè)備，提高生產(chǎn)效率。閥體雖然是個(gè)異形件，但是它的加工面還有以回轉(zhuǎn)體為主。遵循工序集中和粗精加工分開的加工原則：閥體粗加工時(shí)還是選擇臥式車床為主。首先在臥式車床上加工閥體，它是一個(gè)懸臂梁裝夾，還應(yīng)配有專用夾具及相應(yīng)的配重，以減少工件旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力及位移;其次在加工閥體內(nèi)部表面時(shí)，刀具伸出長度及刀桿本身的剛性產(chǎn)生的振動(dòng)直接影響閥體的加工質(zhì)量，所以臥式車床加工只適用于閥體的粗加工。閥體的精加工選用加工中心更為合適。精加工時(shí)，加工余量較小，夾緊力也相應(yīng)減小。在加工過程中，工作臺(tái)只作直線運(yùn)動(dòng)，避免了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的加工誤差，并且加工中心主軸本身的剛性及數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)，保證了閥體的加工質(zhì)量。

3? 閥體的加工質(zhì)量分析

閥體的加工質(zhì)量包含尺寸精度、表面粗糙度及形位公差。其中形位公差大多數(shù)由工件定位裝夾及機(jī)床設(shè)備本身的性能來保證。在加工工藝和加工設(shè)備確定的情況下，合理選擇切削用量是保證閥體尺寸精度及表面粗糙度的重要因素。切削用量是衡量切削運(yùn)動(dòng)過程中的主要參數(shù)。合理選擇切削用量能最大限度發(fā)揮機(jī)床及刀具的使用性能，在保證工件加工質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率。

機(jī)械加工過程分粗、精加工兩部分。粗加工的目的是利用較少的時(shí)間把工件大部分的余量去除，留有合適的精加工余量，所以應(yīng)首先選擇盡可能大的切削深度，然后再選取較大的進(jìn)給量，最后選取合適的切削速度。精加工的目的是以保證工件加工質(zhì)量為主，所以應(yīng)首先選擇盡可能大的切削速度，然后再選取較小的進(jìn)給量，最后選取合適的切削深度。綜合上述情況，閥體粗加工時(shí)，采用“大、快、低”，即大切深、快走刀、低速度;精加工采用“高、慢、小”，即高速度、慢走刀、小切深。

4? 數(shù)控技術(shù)在閥體加工中的應(yīng)用

隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)控自動(dòng)化操作代替了手工操作，數(shù)控車床代替了普通車床，加工中心代替了普通銑床和鉆床等。數(shù)控技術(shù)有著自動(dòng)化程度高、加工精度高、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，但是數(shù)控設(shè)備投資大、加工成本高、對(duì)員工的技術(shù)要求也高。這些因素在一定程度上制約了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。在實(shí)踐生產(chǎn)中，閥體的加工采用普通設(shè)備與數(shù)控設(shè)備相結(jié)合的方式：粗加工采用普通車床，精加工采用數(shù)控設(shè)備。不過數(shù)控刀具在普通機(jī)床上的普遍使用，也大大提高了生產(chǎn)效率。數(shù)控刀具要求是濕加工，數(shù)控加工是一個(gè)封閉的加工環(huán)境，而普通設(shè)備是開發(fā)式加工環(huán)境，如冷卻不充分，大大降低了刀具的使用壽命。

根據(jù)加工工序集中的原則，在閥體精加工中，采用加工中心更能顯示數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。工件一次裝夾，閥體法蘭的端面、外圓、內(nèi)孔及法蘭圓周上的螺紋孔都能一次加工完成，俗稱“一刀切”。若能使用功能更為強(qiáng)大的數(shù)控設(shè)備組成自動(dòng)化生產(chǎn)線，就能完成“一刀落”，即工件從毛坯到產(chǎn)品一次性完成。如果閥體的材料為鑄鐵材料，在選擇加工設(shè)備時(shí)最好不要使用數(shù)控機(jī)床。因?yàn)殍T鐵加工環(huán)境惡劣、無法冷卻、散熱慢，刀具磨損快，對(duì)數(shù)控設(shè)備影響較大。在加工余量較大的情況下，可選擇耐磨損、耐高溫的立方氮化彭（CBN）刀具。

5? 總結(jié)

閥體加工工藝是閥門機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中的一部分。通過對(duì)閥體機(jī)械加工典型工藝過程的分析，進(jìn)一步優(yōu)化閥體的工藝規(guī)程，及數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，既保證閥體的加工質(zhì)量，又有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低能。

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