半球體加工工藝的改進(jìn)

方桂榮

0引言

隨著工業(yè)閥門品種越來(lái)越多，根據(jù)球閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及閥門的使用要求，針對(duì)在采用單向密封結(jié)構(gòu)、固定球（軸支式）結(jié)構(gòu)和單向低壓壓力管道中使用的球閥，為降低生產(chǎn)成本和使管道介質(zhì)更加順暢流通，把全圓球體改成半圓球體或圓弧球體（簡(jiǎn)稱為半球體）。例如圓頂閥、半球閥和偏心半球閥等閥門都采用半球體，按采用半球體的閥門密封結(jié)構(gòu)不同（密封結(jié)構(gòu)可分為軟密封、軟硬密封、硬密封、彈性密封和氣包密封等），對(duì)半球體加工工藝和加工精度的要求各不相同，本文以氣包密封的圓頂閥（或稱為氣包密封半球閥）為例，介紹半球體的加工工藝。

1半球體的結(jié)構(gòu)說(shuō)明

（1）根據(jù)圓頂閥的通徑大小和密封面環(huán)帶寬度設(shè)計(jì)半球體圓弧的直徑，并參照閥門標(biāo)準(zhǔn)、閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)查得閥門殼體最小壁厚和管道介質(zhì)壓力的大小，設(shè)計(jì)出適合半球體圓弧的壁厚。

（2）為減少圓頂閥的操作扭矩，增強(qiáng)密封的可靠程度，避免半球體受壓后產(chǎn)生位移，圓頂閥應(yīng)采用固定球（軸支式）的結(jié)構(gòu)形式，即半球體需要上、下閥桿來(lái)支撐，而閥桿的大小則需要計(jì)算閥桿的扭矩才能確定，本文不作計(jì)算。半球體需要加工兩個(gè)閥桿孔的位置。

（3）因半球體圓弧面是受管道介質(zhì)壓力和密封圈壓力擠壓，考慮半球體圓弧的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)中增加加力筋;因半球體閥桿位與圓弧面之間的支承面需要承擔(dān)閥門驅(qū)動(dòng)扭矩和半球體自身重量，也需要增加加力筋。

（4）本圓頂閥半球體與上下閥桿配合連接傳遞的扭矩是采用錐銷連接，則半球體與上下閥桿需要配作鉆錐銷孔。

例如圓頂閥通徑為DN250的半球體，其結(jié)構(gòu)形狀如圖1所示。

2半球體的技術(shù)要求

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12237《石油、石化及相關(guān)工業(yè)用的鋼制球閥》、GB/T26147《球閥球體技術(shù)條件》和固定球結(jié)構(gòu)形式對(duì)球體的要求，本氣包密封的圓頂閥對(duì)半球體的技術(shù)要求有以下幾點(diǎn)：

（1）半球體的材質(zhì)采用抗腐蝕性能不低于閥體WCB性能的不銹鋼材料，選用304鉻一鎳不銹鋼;

（2）半球體球面不得有氣孔、砂眼、夾渣、裂紋和凹凸不平等缺陷;

（3）半球體的球面加工表面粗糙度為0.2μm，球面圓度為0.03mm，上下閥桿孔同軸度為0.02mm;

（4）球面磨削后鍍硬鉻，鍍層應(yīng)大于0.06mm，鍍后再研磨拋光，球面表面硬度為HRC55～65。

3半球體加工的典型工藝

此半球體鑄造為精鑄形式，其坯件的加工尺寸余量為2～3mm。按固定球（軸支式）結(jié)構(gòu)的半球體加工的典型工藝路線，除球面是加工面外，其軸支式的上、下閥桿孔位也是主要加工面，此上、下閥桿孔位也是頂尖孔位，需要作為定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工，表1所示為此圓頂閥半球體的典型工藝過(guò)程。

按照半球體加工的典型工藝，由于球面的特殊性，工件在裝夾時(shí)比較麻煩，在加工球面有一定困難，必須采用必要的措施（采用輔助板和平衡塊）來(lái)輸送旋轉(zhuǎn)扭矩和使半球旋轉(zhuǎn)得以平衡，以使半球體能跟隨球面車床主軸自如轉(zhuǎn)動(dòng)。但在切削及磨球面時(shí)還存在幾個(gè)問(wèn)題：

（1）機(jī)加工在切削球面時(shí)，由于切削面的不連續(xù)性，車刀刀尖很容易撞傷、撞裂甚至整粒合金刀片撞碎，對(duì)刀具要求非常高;

（2）在坯件粗加工切削時(shí)，刀具易損，只能在球面車床調(diào)整為較低的轉(zhuǎn)速和較小的走刀量，在加工時(shí)的進(jìn)刀量小，加工次數(shù)多，效率非常低;

（3）由于刀具與工件的碰撞產(chǎn)生振動(dòng)，輔助板上電焊點(diǎn)易出現(xiàn)裂縫，影響球體轉(zhuǎn)動(dòng)和整個(gè)加工過(guò)程;

（4）在磨球面時(shí)，由于磨削面的不連續(xù)性，磨帶非常易斷裂，增加磨削的難度，影響磨削質(zhì)量;

（5）在球面車床上切削和磨削加工，球面邊緣無(wú)法倒圓角，需手工加工。

4半球體加工的改進(jìn)

針對(duì)半球體在球面車床上裝夾切削及磨削加工遇到的幾個(gè)問(wèn)題，考慮到半球體的特殊性，為方便半球體的裝夾，為提高半球體的加工精度質(zhì)量和生產(chǎn)效率，需對(duì)半球體的加工工藝進(jìn)行研究及改進(jìn)。根據(jù)半球體的球面結(jié)構(gòu)，可采用數(shù)控車床圓弧面的形式進(jìn)行加工，但考慮到此工件無(wú)法在數(shù)控車床上裝夾，需要在半球體鑄件的圓弧面背部增加鑄造工藝環(huán)形塊，如圖3所示。鑄造工藝環(huán)形塊中心孔可加工為數(shù)控車床專用夾具桿的管正孔，環(huán)塊端面可加工螺絲孔鎖緊數(shù)控車床專用夾具桿來(lái)方便裝夾。數(shù)控車床專用夾具桿如圖4所示。表2所示為半球體的加工工藝的改進(jìn)過(guò)程。

根據(jù)半球體加工的典型工藝和加工工藝的改進(jìn)分別加工半球體，其加工工藝的改進(jìn)不僅在數(shù)控車床裝夾工件時(shí)非常方便，而且很好地解決了典型工藝遇到的難題：

（1）通過(guò)增加半球體的工藝環(huán)形塊，能夠在數(shù)控車床上裝夾定位工件，在切削球面時(shí)，刀具的走刀為半個(gè)弧形面（加工面積為典型工藝的1/2），且切削面能連續(xù)加工，車刀刀尖不易撞傷、撞裂及撞碎，對(duì)刀具要求不高;

（2）在切削時(shí)，刀具不易損壞，車床可調(diào)至較高的轉(zhuǎn)速和較快的走刀量，在加工時(shí)的進(jìn)刀量相對(duì)較大，加工次數(shù)少，效率高（轉(zhuǎn)速和走刀量為典型工藝的2倍以上）;

（3）由于能夠連續(xù)加工，刀具與工件產(chǎn)生的振動(dòng)非常小，車床轉(zhuǎn)速可調(diào)高，并可采用較高的切削速度和進(jìn)給率，能提高加工精度和表面粗糙度（加工精度和表面粗糙度至少提高一個(gè)檔次）;

（4）在磨球面時(shí)，磨帶非常耐用，磨削的效率高（在車削時(shí)表面粗糙度提高一個(gè)檔次，磨削的效率為典型工藝的2倍以上），質(zhì)量非常好;

（5）在切削和磨削加工時(shí)，能夠直接將球面邊緣倒圓角，無(wú)需再手工加工。

5結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合半球體的結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)要求，根據(jù)半球體加工的典型工藝在實(shí)際加工中遇到的難題，通過(guò)研究，制定出更合理的工藝，既能提高效率，又能提高半球體加工的精度。在實(shí)際生產(chǎn)加工球面時(shí)，刀具耐用、不易磨損，刀具加工次數(shù)少，裝夾方便，加工精度高和加工效率高，改進(jìn)加工工藝后的生產(chǎn)效率是原來(lái)的2倍以上。