膨脹堵頭在液壓閥塊上的應用

王佃武

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

隨著現代裝備制造技術的發展，液壓系統越來越多的采用液壓閥塊連接，采用液壓閥塊可以減少管路連接和接頭，具有結構緊湊、安裝維護方便、泄露小、振動小、利于實現典型液壓系統的集成化和標準化等優點。液壓閥塊內部有大量的孔道：包括通油孔、閥孔、安裝孔、工藝孔等，構成縱橫交錯、錯綜復雜的孔道網絡。設計完成后，工藝孔要進行封堵，工藝孔能否可靠封堵在很大程度上影響著液壓閥塊的整體性能。

1 常用密封方式特點

在液壓系統中，當液體或者氣體介質流過孔等各種通道，有時候這些通道要密封備壓，不允許任何泄露。常用密封方式有三種，螺堵配合密封圈或密封膠密封，銷子密封或者直接焊接密封，但是工藝復雜而且裝配后難以保證密封一致性。

1.1 螺堵密封

此方式在液壓閥塊設計中最為常見，其最大優點是便于拆卸，耐壓高，但其缺點也非常明顯：（1）需要額外的加工螺紋工序，浪費人工；（2）安裝扭矩要求嚴格，一致性較差；（3）本質上是采用螺紋連接緊固配合密封圈或密封膠密封，密封圈或密封膠在長期使用后容易腐蝕，造成系統的污染；（4）占用空間較大，在空間要求高的場合使用受限。

1.2 鋼球密封

以其成本低，容易壓入，安裝快捷及通用性高等優點在行業中普遍應用。其有以下缺點：（1）苛刻公差范圍；（2）粗糙度要求高，增加加工成本；（3）密封帶非常窄，容易造成工藝孔微觀開裂或鋼球碎裂。

1.3 直接焊接密封

需要額外的焊接工序，在焊接時容易出現熱變形，并且孔道內產生的焊渣難以清理，因此此種方式已逐漸被棄用。

上述工藝孔封堵方式均有缺點，這些缺點已經嚴重阻礙了液壓閥塊的設計發展，由此，膨脹堵頭逐漸在液壓閥塊設計中被大量采用。與上述封堵方式相比，膨脹堵頭具有明顯的優勢：對孔的公差、精度要求比較低、鉆孔后可以直接裝配；無需絞孔、攻螺紋、涂膠、墊密封圈等任何輔助工藝；可實現裝配的半自動、全自動，保證了產品性能的一致性；占用空間小，可實現閥塊的結構緊湊化、輕量化、降低成本的需求。

2 膨脹堵頭設計原理

膨脹堵頭主要由鋼球和套筒組成，通過縱向擠壓鋼球進入套筒，使套筒產生徑向膨脹，套筒外圍環形尖齒壓入相對低硬度工藝孔材質中或套筒本身被擠入相對高硬度工藝孔粗糙表面的間隙中，達到與工件的金屬間咬合密封（圖1）。

圖1 結構與密封剖面圖

3 膨脹堵頭的使用要求

目前，膨脹堵頭技術發展迅速，通徑范圍覆蓋3～22 mm，壓力可達50MPa。膨脹堵頭對安裝孔要求很低，直徑公差范圍0～0.1mm即可。

為了確保密封堵頭能安全可靠的應對壓力和防止泄露，安裝孔的圓度公差為t＜0.05mm（圖2）。

圖2 圓度圖

安裝孔對粗糙度要求也不高，使用麻花鉆或螺旋錐口鉆加工即可獲得粗糙度咬合密封所需的良好粗糙層形狀，粗糙度滿足10～30微米（圖3）。打磨拋光反而會導致工藝孔形成光滑表面，形成封堵所不期望的表面粗糙層形狀（圖4）。

圖3 理想表面形狀

圖4 不良表面形狀

4 結 語

膨脹堵頭由于其鮮明的優點已經廣泛應用于液壓閥塊的設計，使液壓閥塊更為緊湊、合理，提高了液壓閥塊的性能，推動了液壓閥塊技術的發展。