空調四通閥端孔及內平面加工專機研制*

呂曉天 劉中華 應申舜 林綠高

(①浙江縉云高新機械制造有限公司，浙江縉云 321404;②浙江工業大學特種裝備制造與先進加工技術教育部重點實驗室，浙江杭州 310032)

隨著人們生活水平的日益提高，空調已成為現代家庭不可缺的家用電器設備。空調四通閥是空調重要部件，用量很大。其性能對空調影響很大，很多文獻對此進了研究，如勞特斯空調(江蘇)有限公司對多例四通閥損壞(尤其是用渦旋壓縮機的空調機組)原因進行剖析，總結了一些四通閥損壞原因，并提出改進設計方案［1］。上海交大設計了一套空調用雙穩態四通閥性能匹配測試系統［2］，可對雙穩態四通閥的驅動與控制，同時對四通閥線圈電阻、外接電阻、線圈工作電壓和電流等匹配參數進行實時測量與分析。結果表明，該測試系統很好地實現了對雙穩態四通閥各項性能指標的測量，以及對故障的初步判別，具有結構簡單，工作可靠，使用方便，測量精度高等特點。此外，上海交大還研究了四通換向閥對家用熱泵空調系統性能的影響［3］，熱泵四通換向閥容量實驗臺的研制［4］，空調四通換向閥封頭失效分析［5］。南京理工大學對空調用四通換向閥的工作特性和換向性能分析［6］。天津焊接研究所研制了空調四通換向閥成套焊接專機［7］。

以上研究有效促進了空調四通閥的制造、測試、焊接及加工水平。由于四通閥內與活塞及滑塊配合面處的尺寸和表面質量精度要求高，如圖1所示，其加工裝備和加工工藝的研究非常重要。目前，許多加工廠家通常采用擠光及拉削分離的方法完成，生產中還是采用手工模式，即一人看一臺機器，人工送料，這種生產模式生產效率很低，既浪費勞動力也會讓工人很疲倦，而且人工送料會產生累積誤差，并且整個加工工藝對工人操作熟練程度要求高，且勞動強度大。針對生產現況，本文研發了空調四通閥閥端孔及內平面一體化加工專機，并將人工上下料改為人工喂料，機械手上下料，從而降低工人的勞動強度，并采用一擠光兩拉削組合的加工工藝形式，合理分配加工時間，提高了生產效率。

1 四通閥擠光與拉削加工工藝分析

1.1 四通閥工作原理

四通換向的基本條件是活塞兩端的壓力差F1－F2必須大于摩擦阻力f，否則，四通閥將不會換向。換向所需的最低動作壓力差是靠系統流量來保證的。當左右活塞腔的壓力差大于摩擦阻力f時，四通閥換向開始，當主滑閥運動到中間位置時，四通閥的三條接管相互導通，壓縮機排出的冷媒從四通閥接管直接通出(壓縮機回氣口)，使壓力差快速降低，形成瞬時串氣狀態(中間流量狀態)。此時，若壓縮機的排氣流量遠大于四通閥的中間流量，便可以建立足夠大的換向壓力差而使四通閥換向到位;反過來，若壓縮機的排氣量小于四通閥的中間流量，則四通閥換向所需的最低動作壓力差便不能建立，即F1－F2＜f，四通閥不能繼續換向而停在中間位置，形成串氣。

1.2 擠光工藝分析

四通閥兩端孔是活塞的配合面，尺寸精度要求高，表面粗糙度Ra的上限值為0.4 μm，要想獲得高的表面質量可采用傳統的磨削加工工藝，但磨削加工后在工件的表面會留下微細的凹凸不平的刀痕，直接會影響到四通閥裝配后的使用后果，影響四通閥的換向效果，而且四通閥零件兩端孔壁簿，夾持易變形，不宜采用磨削加工。擠光加工是利用機械擠壓的原理，獲得光潔如鏡的金屬表面的一種加工方法，是一種無切屑加工，它可以將工件表面的不平度輾平而達到改變表層結構、機械特性、尺寸的要求，兼融了高效、優質、經濟、環保、方便、安全的特點，是別的機加工方式無法做到的。在擠光加工時，只需將工件置于工件定位座上，無需夾緊，兩擠光頭只需通過兩擠光油缸驅動即可完成，整個結構簡單、緊湊，制作方便。

1.3 拉削工藝分析

四通閥的內平面是滑塊的配合面，加工后的表面粗糙度 Ra的上限值為0.8 μm，平面度要求不大于0.05 mm，尺寸精度和表面質量也對四通閥使用過程中的換向效果起著關鍵性的作用。為了完成內平面的加工，本專機中采用了拉削加工工藝。拉削加工的特點是運動簡單，只有一個主運動，而進給運動是依靠拉刀刃齒的齒升量來完成的，具有生產率高，一次拉削行程就可完成粗加工、精加工工序，并具有加工精度和表面質量高的特點，而且也具有加工成本低的特點。

2 擠光拉削一體化加工專機設計

2.1 專機結構設計

專機如圖2所示，主要包括:底座部分、擠光部分、拉削部分、機械上下料部分、輸送帶部分、電氣控制系統、氣動控制系統、液壓控制系統、冷卻排屑系統、操縱按鈕系統。擠光部分與拉削部分分別安裝于底座上表面，并呈品字形排列，機械上下料部分架于擠光部分和送料部分上方，電氣控制系統位于底座內部的控制箱內，氣動控制系統位于機械上下料部分后側，液壓控制系統位于機床左側，冷卻系統位于機床后側，人工喂料處在機床的左后側，操縱按鈕安裝于機床的右上位，通過操縱按鈕系統可進行各種動作循環的操作，機床應用了機、電、液一體化技術，結構緊湊，布局合理。

2.2 擠光拉削一體化工作原理

本專機將擠光、拉削工藝整合于同一臺機床上，將擠光、拉削的效能充分地進行了發揮。結合圖2對專機的工作循環作一介紹。在操作位1處，操作工將工件置于上料輸送帶2上，隨著電動機驅動，四通閥運行到位，行程開關到位檢測，反饋于擠光上料部分3進行夾持工件，夾持的工件通過氣動系統指令放入擠光部分9，擠光上料部分3返回原位，此時擠光部分9開始動作，擠光完成后，一組分料部分4上配置的兩組氣爪將工件分別從擠光位與送料位抓起，向上移動并平移，將一工件放入送料位，另一工件放入下料輸送帶6位，通過送料部分11，一工件送進拉削部分8導套內，拉削動作開始，另一工件隨著下料輸送帶6流入下道工序，與此同時，擠光上料部分3開始動作，回到初始的動作，如此周而復始，在一臺機床上完成一擠光、兩拉削的動作循環。

2.3 關鍵零部件設計

專機加工節拍為每12 s2件，在設置氣動部分的動作分配時間時，通常將送料氣缸、氣爪等用時為0.5 s、0.2 s內。在本專機中共有24組氣缸，2組拉削油缸，一對擠光油缸，擠光動作、拉削動作、氣缸送料、夾爪夾持工件的動作相互穿叉，由于動作快速、頻繁，故應保證整機有足夠的剛性，否則會引起整機的振動。作為支承件的底座的合理設計是專機設計的重要環節之一，底座在整臺機床中起著關鍵性的作用，底座的設計既要滿足承受動、靜載荷的要求，又要滿足相關零部件的安裝連接要求，同時又要保證排屑通暢，并滿足專機占地空間小的需求。

結合圖2所示，底座10為一框架式焊接結構，主體采用空管焊接而成，在底座框架上表面鋪設一層鋼板，為有足夠的的剛性，鋼板與空管為滿焊焊接，以形成一整體式結構;結合生產實際和裝配水平，為保證底座的加工精度，降低成本，并便于裝配，在鋼板上表面焊接有安裝平板，平板呈品字形排布，從而減小了加工面積，使安裝于其上的擠光部分、拉削部分接觸良好，最終保證了裝配精度，也即保證各部件間的相互位置精度和運動精度。在底座的正前部，設置了電線柜，將所有的電源線置于電線柜內，一方面將走線布局得更加合理，另一方面節省了整機的占地空間。工件在加工過程中為獲得好的加工精度和表面粗糙度，充分地冷卻和順暢地排屑也是非常重要的一個方面，由此須在底座上設置有沖屑管道，在工件進入導套位與拉刀出口上方排布著沖屑管，設有排屑通道，通道采用簿板焊接而成，并成15°傾斜布置，使切屑順利排出，不至于堆積于拉削位、送料位的導軌上，從而延長了導軌的使用壽命。

3 結語

此專機經過一段時間的運行，使用效果反映良好。它的使用，減輕了工人的勞動強度，且運行平穩、安全、高效，便于操作，生產效率大大提高。

［1］李蘇.熱泵空調四通閥損壞分析及設計改進［J］.制冷與空調，2005(5).

［2］邵建文，蔣慶，谷小紅.空調雙穩態四通閥性能匹配測試系統［J］.中國計量學院學報，2009(3):223－226.

［3］宋徐輝，葛宏明.四通換向閥對家用熱泵空調系統性能的影響［J］.上海交通大學學報，1998(4):14－17.

［4］曹霞，陳芝久.熱泵四通換向閥容量實驗臺的研制［J］.上海交通大學學報，2002(10):1484－1487.

［5］吳益文，華沂，胥成民，等.空調四通換向閥封頭失效分析［J］.理化檢驗:物理分冊，2006(10):523 －525.

［6］陳穎，鄧先和，丁小江，等.空調用四通換向閥的工作特性和換向性能分析［J］.制冷，2002(3):56－59.

［7］李國亮，辛克嵩.空調四通換向閥成套焊接專機的研制［J］.焊接技術，2001(5):27－29.

［8］宗澤.機械設計師手冊(上、下冊)［M］.北京:機械工業出版社，2004.