用于小口徑上裝式閥體研磨工裝的設計與應用

陳尚書

中核蘇閥科技實業股份有限公司 江蘇蘇州 215129

1 序言

小口徑上裝式球閥有著廣闊的市場前景，其主要零件閥體密封面，因表面粗糙度要求高，且呈一定斜度對稱分布于空間小、結構緊湊的閥腔兩側，無法采用傳統的研磨方式對其進行研磨。本文介紹了一種針對該密封面結構的專用研磨工裝，從而實現對其進行研磨。

2 零件密封面結構工藝分析

通過對閥體密封面處結構（見圖1）分析，發現其存在如下特征：①密封面表面粗糙度值要求Ra＝0.2μm，需進行研磨方能達到技術要求。②密封面位置處于閥腔中下部，且呈2.5°斜度對稱分布于閥腔兩側，密封面底部允許1～2mm落虛。③閥腔密封面部位空間尺寸較?。?0.7mm×55mm×53mm）。

圖1 密封面結構

3 工裝設計

3.1 工裝工作原理

結合零件結構特征和研磨工藝要求設計工裝工作原理，如圖2所示，研具在一定作用力F下與密封面貼合，同時在偏心凸輪轉動下，通過導向桿帶動在一定范圍內的上、下往復運動，從而實現對密封面微切削，達到研磨效果[1]。

圖2 工裝工作原理

3.2 工裝具體設計

根據原理圖，設計研磨工裝結構（見圖3），其中h為偏心凸輪行程；α為底板斜度；e為底板與研磨板間隙，H為彈簧孔深度；S為研磨板面積。主要由以下3部分組成。

圖3 研磨工裝結構

（1）研磨部分 該單元位于工裝下部，為保證研具與密封面平行，底板斜度α為2.5°，同時選用灰口鑄鐵材質作為研磨板，并在其與底板之間圓周放置一定數量圓柱支撐彈簧，為研磨過程提供足夠的微切削力[2]。其中單個彈簧所需力為

式中，Fn是圓柱彈簧提供最大工作載荷（N）；P是研磨壓強（MPa）；S是研磨板與被研密封面接觸面積（mm2）；n是圓柱彈簧數量。

支撐彈簧選用參照GB/T 2089—2009《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數》[3]，為避免底板與研磨板接觸時彈簧未能提供足夠切削力情況發生，應滿足

式中，Hn是彈簧最大工作載荷長度（mm）；H是彈簧孔深度（mm）；e是底板與研磨板間隙（1.5～2.0mm）。

為保證間隙e均勻一致，對式中H深度公差控制在±0.05mm內，支撐彈簧精度滿足GB/T 23934—2015《熱卷圓柱螺旋壓縮彈簧 技術條件》中2級要求[4]。

結合密封面斜度為2.5°和研磨板研磨行程較短要求，支撐彈簧選擇剛度F′較小規格即可減低研磨過程中上、下極限位置時支撐力變化，從而滿足研磨工藝要求。

在研磨板和底板配合部位使用球頭結構，使得研磨板在研磨過程中具有浮動功能，保證研磨板和被研磨密封面之間具有良好的貼合性，從而彌補密封面和底板之間的斜度誤差。

（2）上、下往復傳動部分 該單元位于工裝上部，由往復彈簧、偏心凸輪、傳動鍵、導向桿和傳動軸等組成，往復彈簧提高向上動力，偏心凸輪在傳動軸旋轉帶動下壓迫導向桿產生向下動力，從而實現上、下往復運動。

研磨行程由偏心凸輪控制，即最高點和最低點之差H，行程需控制在一定范圍內，以避免與基座發生干涉，同時保證最低點時研磨板與密封面底部有2mm間隙。其中往復彈簧選用參照GB/T 2089—2009《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數》，為保證最高點時往復彈簧力須具有足夠彈性，最高點時彈力滿足

式中，F是往復彈簧最高點提供工作載荷（N）；P是研磨壓強（MPa）；S是研磨板與被研密封面接觸面積（mm2）；α是密封面斜度（°）；μ是研磨板和密封面間動摩擦因數。

為避免因研磨板磨損而出現支撐彈簧無力的情況發生，在偏心凸輪和導向桿之間增加調整桿進行微調，調整桿頭部采用圓頭結構與偏心凸輪高副接觸，以降低摩擦力。

（3）支架連接部分 為保證工裝與閥體零件裝配適應性，利用閥體中腔結構設計與之匹配的基座，并在其上端兩側設置支架以滿足傳動軸旋轉傳動需要。因偏心凸輪與調整桿高副接觸點隨著偏心凸輪轉動而擺動（見圖4），故需在導向桿中部增加導向，以避免卡死的情況發生。

圖4 高副接擺動觸點

4 工裝使用

將本工裝安裝于閥體中腔部位，同時用螺柱、螺母緊固，向閥腔內添加一定量的研磨劑后，通過外界驅動傳動軸旋轉后帶動偏心凸輪轉動，轉速控制在50～60r/min，從而帶動研磨板在一定范圍內做上、下往復運動，在支撐彈簧作用下，使得研磨板與密封面之間產生研磨作用，從而實現研磨運動（見圖5），完成研磨后，松開螺柱、螺母，即可取出本工裝。

5 結束語

通過分析小口徑上裝式閥體密封面結構，設計結構簡單、易于操作的專用研磨工裝，從而實現對密封面的研磨，以達到技術要求。