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2017年阀门生产最新工艺||长知识了   发布时间:17-04-17

2017年阀门生产最新工艺||长知识了



(一)阀门零件工艺规程典型化

(1)阀门零件工艺规程典型化的意义

阀门的规格品种繁多,尺寸相差悬殊,零件材料的种类也较多,加之各阀门厂的生产条件和工艺人员的经验和习惯不同,编制阀门零件加工过程也不尽一致。合理的工艺过程不仅能保证产品的质量,还能提高劳动生产率并降低产品成本。编制合理的工艺规程是一项较复杂的工作,因为除了要在满足产品图纸要求,确定毛坯种类、加工方法及选用设备和工装外,还要作多种工艺方案的对比分析。此外,编制工艺规程是否合理往往取决于工艺人员的技术水平和经验。

 由于阀门零件的结构、形状及其工艺过程具有明显的相似性,阀门零件的数量也不多,这是实现阀门零件工艺规程典型化的有利条件。工艺现程的典型化是将阀门零件依其形状相似、尺寸相近、工艺相同,将另件的加工过程编制成典型的工艺规程。

 典型工艺规程可以作为工艺人员编制具体零件的工艺规程的依据,从而能够缩短生产技术准备工作的周期和保证工艺规程的合理性。此外,工艺规程的典型化还可为工艺装备的通用化、标准化以及组织同类型零件的加工流水线、采用专用高效设备创造有利的条件。

目前,我国阀门行业大多数的制造厂,在单件、小批生产时,都会采用典型工艺规程和成组加工技术,这种方法有助于简化生产组织,安排工艺流程,对于保证生产现场的实际需要和满足各种质量认证均起着重要的指导作用.

(2)典型的工艺流程图:


(3)阀门零件的分类

编制典型工艺规程必须事先对阀门零件进行分类,任何机械零件的形体都是由若干个表面(平面、圆拄面、圆锥面、特形面等)所构成。不同形状和不同部位的表面,组合成为各种零件不同的形状,各种同形状表面的加工方法—般是相同的。例如:外圆柱表面通常采用车削或磨削的方法来加工;内圆柱表面是通过钻、铰、镗和磨削等加工方法获得。因此,就有一种按零件的主要加工表面的形状来进行分类的方法,如:直筒阀体、三通阀体、框架阀盖、盘形阀板等。同类零件具有相似的几何形状,往往具备有相近的工艺路线和相似的加工过程,可以使用典型工艺规程和成组加工技术组织生产。

由于阀门的零件品种规格繁多,下边仅以三通阀体、框架和球帽阀盖以及阀芯关闭件三大类零件作为代表,介绍一些典型的加工工艺方法。

(二) 阀体类零件的加工

法兰直通式三通阀体是闸阀、截止阀、止回阀、减压阀及节流阀阀体最常用的一种结构形式,这种结构的阀体量大面广,应用非常广泛,所以以法兰直通式闸阀阀体作为典型介绍。

  (1)闸阀类阀体的结构和工艺分析:阀体是中空、壁薄的壳体零件,多为三通管状,用于直线管路上。该阀体的进口通道与出口通道同轴,故称直通式(见下图)。两通道端部为圆形法兰,法兰上有均匀分布的螺栓孔,以便与管道上的法兰连接。阀体上端亦有中法兰,用以连接阀盖。

阀体的形体是由圆柱面、圆锥面、球面和特形表面组成的,其外部和内腔的表面大部分不需要加工,因此零件毛坯一般都选用铸件。阀体内腔左、右设计有精度较高的圆柱形阀座孔,对于镶阀座结构的还有精度较高的螺纹孔,堆焊密封面的阀体具有楔形角度(多为5°)和光洁度很高的楔形密封部位。为引导闸板准确地与阀体密封面相吻合,在体腔内有两条对称的导向筋。由于阀体是承压薄壁壳体,故对毛坯的强度、刚度及铸件的内在质量要求很高。


闸阀阀体密封面不仅具有很高的角度精度的要求,为了保证闸板的正常配合位置,要求两密封面中心的距离(通称为开档宽度)的精度有很高的要求。对于中心线相对称的两个密封面与导向筋的对称度也有—定要求。


阀体的主要加工表面大多是旋转表面,因此.除导向筋部位在插或刨床上加工外,其余表面均采用车削。由于密封面部位的精度和光洁度要求很高,而铸件毛坯的加工余量又较大,所以。闸阀阀体可以分粗、精加工两个阶段。在粗加工时,先把三法兰加工好,然后以法兰为基准,采用带有角度的斜胎精车密封面。精车后,密封面仍达不到图纸的几何形状精度和光洁度要求,必须经过光整加工—研磨。在此期间,可以安排三个法兰的钻孔工序。

(2)闸阀类阀体的典型工艺:

根据阀门口径的大小,闸阀类阀体的加工工艺可以有以下两种方案:

1)较小口径的加工方案:以阀体三个颈部外园(锥)面毛坯为粗基准定位,先加工中法兰及止口,再以中法兰和止口定位为精基准加工两端法兰、导向筋和密封面部位。三个法兰螺栓孔的加工,以端法兰为自身基准。

两个密封面的加工,—般采用回转夹具在车床上进行,使用中法兰同—个定位基准,使两密封面的加工在—次安装下完成。阀座孔或密封面角度的精度由夹具保证、密封面的对称度和开裆尺寸由机床挡块配合卡板量具来控制。这个方案由于要使用带斜度底盘的180°回转夹具,阀门只适用于DN≤100的较小口径的阀门。(回转夹具见下图)

典型的工艺过程:

1

序号

工 序 内 容

定 位 基 准

夹 具 特 点

车中法兰端面、外圆、止口

三颈部外圆(锥)面

下部三个V形定位座

车两端法兰面、外圆、密封面

中法兰端面、止口

下部为平盘回转夹具

刨导向筋

中法兰端面、止口

中法兰定位弯板胎

车两密封面部位

中法兰端面、止口

下部为斜盘回转夹具

钻中法兰孔

中法兰端面、止口

钻模板

钻两端法兰孔

两端法兰面、外圆

钻模板

2)中、大口径的加工方案:先加工两端法兰,再以端法兰为精基准,依次加工中法兰、导向筋、密封面部位及法兰螺栓孔等。

   以上两密封面的角度加工主要由夹具来保证、为了达到此目的,通常在制造斜胎夹具时采用同—个角度母板。即用与阀体密封面角度完全相同的两块母板,其中一块用作制造加工阀体密封面夹具的母板。将两块母板重叠(等于两倍阀体密封面的斜角),即可作为制造加工闸板密封面夹具的母板。用这种方法制造的夹具加工,可以保证阀体密封面与闸板密封面的角度完全—致。为了保证两密封面的对称性和开裆宽度尺寸精度,需提高阀体全长的制造精度,以便控制半长尺寸,全开档尺寸用专用的开挡量具来控制。

   这种方案的优点是:工艺装备相对比较简单,有利于夹具的标准化和通用化。其缺点是:两密封面加工需要两次装夹完成,而两次装夹的定位基准不统—,因此必然产生定位误差。这种加工方案若没有相应的工艺措施,就很难加工出能满足互换装配要求的阀体,这种方案由于采用的是各自独立的单个夹具,适用于大、中口径阀体的加工,在阀门行业应用比较广泛。

典型的工艺过程:

序号

工 序 内 容

定 位 基 准

夹 具 特 点

车一端法兰端面、外圆

端法兰外圆

四爪卡盘

车另一法兰端面、外圆

已车法兰端面、外圆

止口定位盘

车中法兰端面、外圆、止口

两端法兰端面、外圆

两端V形定位及压板

划导向筋加工线

中法兰止口


刨(插)导向筋

中法兰端面、止口

止口定位盘

车两密封面部位

端法兰端面、止口

斜胎止口定位盘

钻中法兰孔

中法兰端面、止口

钻模板

钻两端法兰孔

端法兰端面、止口

钻模板

下面介绍几种阀体的加工夹具:




(三)阀盖类零件的加工;

阀盖是支撑阀杆和传动机构并与阀体组成密封承压腔的重要零件,与法兰直通式阀体配套的阀盖结构主要有框架式和球帽式等。


(1)框架式阀盖的结构和典型工艺过程:

框架式阀盖由于结构复杂,—般采用与阀体材料相同的铸件。其主要加工面为旋转面,多用车削方法加工。由于阀盖的法兰大,而小端外圆小,加工法兰时若以小端的外圆定位则夹压点离加工表面比较远,刚性差,因而影响加工质量和效率。加工时可先粗车小端,然后以小端内孔和大法兰背面定位,用套筒胎加工大端法兰外圆。端面和上密封部位。

以下为采用通用设备进行批量生产时经常采用的典型工艺过程:

序号

工 序 内 容

定 位 基 准

夹具特点

粗车小端平面、内孔、法兰背面

大端法兰外圆、找正

四爪卡盘

车大法兰外圆、端面、中孔

小端内孔、法兰背面

套筒胎具

精车小端端面、内孔各部

大法兰端面、止口

止口定位盘

划线确定铰链螺钉槽及销轴孔

大法兰端及中心线


铣铰链螺钉槽

大法兰端面、止口

止口定位盘

钻销轴孔

大法兰端面、止口

止口定位盘

钻大法兰孔

大法兰端面、止口

钻模板

(2)球帽式阀盖的工艺分析和典型工艺过程:

球帽式阀盖的上、下端均带法兰,分别与支架和阀体相连接。由于其结构复杂,

毛坯均采用和阀体材料相同的铸件。

主要的结构特点是各主要的加工面为旋转面,但大小法兰的尺寸差

距较大,小法兰往往呈长方形,加工有一定的困难。


以下为采用通用设备进行批量生产时经常采用的典型工艺过程:

序号

工 序 内 容

定位基准

夹具特点

粗车小平面、内孔、法兰背面

大端法兰外圆、找正

四爪卡盘

车大法兰外圆、端面、中孔

小端法兰、止口

止口定位盘

精车小端端面、内孔各部

大法兰端面、止口

止口定位盘

划线确定铰链螺钉槽及销轴孔

大法兰端及中心线


铣铰链螺钉槽

大法兰端面、止口

止口定位盘

钻销轴孔

大法兰端面、止口

止口定位盘

钻小法兰孔

小端法兰止口

钻模板

8

钻大法兰孔

大法兰端面止口

钻模板

(四)阀芯关闭件的加工

  阀芯关闭件是指在阀门中起关闭作用的运动零件,它用来切断、调节或改变介质的流向。不同的阀类其关闭件的结构、形状都有很大差异,常见的有闸阀的闸板、截止阀的阀瓣、球阀的球体、蝶阀的阀板和旋塞阀的锥塞等。所有的关闭件上都有要与阀体密封面相吻合的精度和光洁度都很高的密封面,其重要程度和加工难度比相同形状的其他机械零件难度较大。其中又以闸阀的楔式闸板的难度尤为复杂,球阀的球体加工比较典型。下边就闸板和球体的加工工艺做代表性的介绍。


(1)楔式闸板的加工

1)楔式闸板的结构特点:闸板是外缘带凸块的圆盘,两端面为对称于中心面的倾斜密封面(多为5°),在其上端凸出部位有与阀杆连接的T形槽或螺纹。为使闸板能在阀体中顺利地开启和关闭,在闸板外缘的两侧面上有导向槽或导向筋。

由于阀门的用途不同,闸板密封面采用的堆焊材料也不—样,常用的材料有铜、不锈钢、钴铬钨硬质合金等。 闸板密封面的形成方法有三种: 从本体上直接车出、堆焊后车出、镶嵌密封圈。

闸板的结构形式又可分为弹性闸板和非弹性的刚性闸板两大类,小规格的多用锻造整体毛坯,中、大规格的闸板多采用铸造的空心弹性闸板结构。

2)楔式闸板的典型工艺过程:

序号

工序内容

定位基准

工装特点

1

划中心线和导向槽、T型槽线


三个划线千斤顶、90度弯尺

2

铣两边导向槽

按划线找正下部斜胎垫平

双面铣床、单角度斜胎

3

铣上端T形槽

两边导向槽

两边导向槽定位、夹紧

4

车一端密封堆焊基面

T形槽端面、两边导向槽

单角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧

5

车另一端密封堆焊基面

堆焊基面、工艺止口

双角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧

6

堆焊密封面(热处理)



7

车一端密封面(留磨量)

导向槽、T形槽

单角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧

8

车另一端密封面(留磨量)

密封面及内止口

双角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧

9

铣切弹性槽

密封面及内止口

单角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧

10

磨削两密封面

密封面

双角度斜胎、T形槽端面定心、导向槽压紧

11

研磨两密封面

密封面

研磨机(震动、行星)

下面是几种加工闸板的夹具:




(2)球阀球体的加工:球体的球面是主要的加工表面,其基本的加工顺序是:先按工艺要求车出通道孔,再以通道孔为定位基准加工球面。

   带柄球体除球面外,还有精度较高的上、下轴的外圆拄面。这些圆拄面可采用顶尖孔为定位基准进行加工。由于这种球体的通孔垂直于两端轴颈,加工球面时有一定困难,所以在加工时须采取必要的措施,以保证球面质量。

球面的加工方法:加工球面的方法通常有以下两种:

   1)铣削法:下图是铣削球面的示意图。这种方法是在铣头前端装一个带两把车刀的刀盘,刀盘由电机带动旋转。两刀的刀尖应在同一旋转平面内。旋转平面必须垂直于铣头的轴线,并与工件的旋转轴线平行,刀盘轴线应通过球心,两刀尖之间的距离可根据被加工球体的直径来决定。

铣球可以在普通车床或立式铣床上进行。铣球时刀盘的转速一般为900~1200转/分,工件的转速为1~10转/分。

铣削法效率高,表面光洁度较好(一般达Ra3.2),适用于各种球体直径。加工小的球体时,刀盘只需径向进给就可一次成型。加工大直径球体时,小的刀盘需要沿回转刀架做半回转运动,刀盘才能铣出大的球面。注意刀盘的轴线应垂直于球的回转轴线并通过球心。如果刀盘轴线高于或低于球的回转轴线,加工出来的球体会呈椭圆形。

2)车削法:这是应用最广的一种球面加工方法,车球法是在普通车床上安装车球装置或在专用机床上用普通车刀来加工球面。

单件小批生产多在普通车床上加工球面,下图为车球装置。该装置直接安装在床身导轨上,使转盘做回转运动,安装在小刀夹上的车刀就可进行球面的车削。

这种车球装置的特点是:结构简单,操作方便。它直接固定在机床的床身导轨上,故刚性较好,工作平稳、可靠,且齿条与齿轮的间隙可通过斜块进行调整,因而可避免切削过程中产生振动。



为减少工件安装次数,提高加工效率,可在回转盘上安装两个刀架(如上图所示)。后刀架安装粗车刀,前刀架安装精车刀。

右图为加工球面用的弹簧心轴。使用时将球坯套穿心轴上,使其一端紧靠定位垫,拧动右端的螺母,把球体撑紧,然后松开另一端,取下定位垫。将心轴安装在机床顶尖之间,摇动大溜板,回转盘中心与球心在垂直向上重合,通过试切后可将大溜板的位置固定。

   带支承轴的大尺寸球体,其中部通孔是预先铸出的。这就增加了加工的难度。为避免加工过程中的断续切削,在轴颈、球面粗加工之后便将通孔车好。

然后用堵盖(其材料与阀体相同)把孔

封堵后再进行球面的精加工。右图为球

体通道孔的堵盖。球面精车后可在该机

床上进行砂带磨,磨好后再把堵盖拆除。

  中大批量的球体生产时,球面加工多在专用机床上进行.

3)球面的磨削:球面可在普通车床或专用机床上用平形砂轮的外圆或碗形砂轮的内侧磨削球面。


  ①用平形砂轮外圆可在普通车床上用砂轮外圆磨削,通常需将磨头安装在回转刀架上,砂轮外圆回转磨削形成球面。

  ②用碗形砂轮内侧磨削球面适用于小直径的球面磨削。一般用于球径小于100毫米的球面。磨削时可将磨头安装在普通车床的中溜板上,或安装在专用机床上。磨削时,碗形砂轮的轴线必须通过球心。如果砂轮轴线不通过球心,磨出的球面将呈椭圆形。下图为用碗形砂轮磨削球面的情形。

  利用砂轮内侧磨削时,砂轮与球面是环形接触。磨削不锈钢球体时,砂轮工作面很容易被切屑堵塞而失去磨削作用,并常常烧伤球面。为避免上述现象,除选用组织琉松的砂轮外,还在碗形砂轮的工作部分开几条沟槽或采用镶砂条的方法做砂轮。为了保证磨削球面质量,磨削时需大量乳化液作润滑冷却用,同时必须及时修整砂轮,每次修整后,要用刷子将砂轮表面残留的砂粒刷净,以免残砂划伤球面。

第七章 阀门密封面的研磨工艺:


研磨是常用的光整加工方法,在阀门制造过程中研磨占有相当重要的地位,阀门的金属密封面大多是通过研磨来达到其光洁度和平整度要求的,它对阀门的密封质量有着决定性作用。

(一)阀门密封面的研磨

(1)研磨的基本原理:研磨时,研具与工件表面贴合在一起,研具沿贴合表面作复杂的研磨运动。研具与工件表面间注入研磨剂,研磨剂中的部分磨粒在两表面间滑动或滚动,另一部分磨粒则嵌入或固着在研具的表面层,当研具与工件相对运动时,磨粒就在工件表面上切去很薄的一层金属。工件上的凸峰部分首先被磨去,然后被研表面渐渐达到要求的几何平整度。

    由于部分磨粒在研具与工件表面间滑动和滚动,研具表面也被磨料所磨耗,研具本身的几何形状精度直接影响到工件的几何形状精度。因此,除要求研具的材料耐磨和组织均匀外,研具的磨耗也应均匀,以使它尽可能长久地保特其平面准确性。研磨不仅是磨料对金属的机械加工过程,同时还有化学作用,研磨剂中的油脂能使被加工表面形成氧化膜,从而加速了研磨过程。

 (2)研磨运动:为使工件表面上各点磨削均匀和研具的磨耗均匀,研具与工件相对运动时,工件表面上每一点对研具的相对滑动路程都不应该相同。研具与工件相对运动的方向应不断变更,运动方向的不断变化使每一磨粒不会在工件表面上重复自己运动的轨迹,而应该是网纹状轨迹(如下图),以免造成明显的磨痕而降低工件的光洁度。研磨运动尽管复杂,运动方向尽管在变化,但研磨运动始终是沿着研具与工件的贴合表面进行的。研具运动时不能离开贴合表面,也不应再有别的强制性引导,工件的几何形状精度主要受研具的几何形状精度及研磨运动的影响。


(3)研磨速度:研磨运动的速度愈快,研磨的效率也愈高。研磨的速度过快会引起工件发热现象,使其尺寸精度及几何形状精度降低。

研磨精度要求高时,研磨速度一般为30米/分。阀门密封面研磨速度与密封面材料有关。铜及铸铁密封面的研磨速度约10~45米/分,淬硬钢及硬质合金密封面约25~80米/分,奥氏体不锈钢密封面约10~25米/分。

(4)研磨压力:研磨效率随研磨压力的增大而提高,通常使用配重、弹簧或液压装置来施加研磨压力。研磨压力一般为1~4㎏/㎝2,研磨铸铁、铜及奥氏体不锈钢材料的密封面时,研磨压力为1~3㎏/㎝2,淬硬钢和硬质合金密封面为1.5~4㎏/㎝2,粗研时可取较大值,精研时取较小值。

(5)研磨余量:研磨是光整加工,磨削量很小,研磨余量的大小取决于上道工序的加工精度和表面光洁度。在保证去除上道工序加工痕迹和修正工件几何形状误差的前提下,研磨余量愈小愈好。

精车后的密封面平面余量为0.01~0.05㎜。经磨削后的密封面可直接研磨,其最小研磨余量为0.006-0.015㎜。手工研磨或材料硬度较高时取小值,机械研磨或材料硬度较低时取大值。

 (6)研具材料:对研具材料的要求有两条:一是要容易嵌入磨粒,二是要能较长久地保持研具的几何形状精度。研具材料需具有较好的耐磨性,它的组织也应均匀。组织均匀的材料磨耗也较均匀,有利于研具的几何形状精度。

灰铸铁研具适合研磨各种金属材料的密封面,它能获得较好的研磨质量和较高的生产效率,常用的灰铸铁牌号为HT250及HT300。研具的工作表面上开有浅槽,研磨时浅槽内可容纳较多的研磨剂。当研磨剂稀少时,沟槽内的研磨剂能自动添加在研磨面上,从而提高了研磨效率。由于使用时会产生几何形状误差,从而影响工件的几何形状精度,故研具应经常进行修整。

现在有些阀门厂家也有用硬质钢平面进行研磨或在研磨板上压、贴砂纸、砂布条进行光整加工的做法,生产效率提高、生产条件改善,也取得了良好的使用效果。

(7)研磨剂: 研磨剂是由磨料和研磨液组成的一种混合剂,正确选用研磨剂可提高研磨的效率与质量。

①磨料:常用磨料有下列几种:

氧化铝Al2O3:又称刚玉,有人造及天然两种。颜色有棕、白及浅紫色等。氧化铝硬度较高,价格便宜,使用很普遍。一般用来研磨铸铁、铜、钢及不锈钢等材料的工件。

碳化硅SiC:硬度比氧化铝高,有绿色及黑色两种。绿色碳化硅适用于研磨硬质合金,黑色碳化硅用于研磨脆性材料及软材料的工件,如铸铁、黄铜等。碳化硅的应用也很广泛。

氧化铬Cr2O3:深绿色,是一种硬度高和极细的磨料,淬硬钢精研时常常使用氧化铬,一般也用它来进行密封面的抛光。

   磨料的颗粒尺寸大小叫做粒度,用筛选法获得的磨粒粒度号是用每英寸长度上的筛网孔数来表示的,例如20#粒度是指一英寸长度上有20个筛网孔。由于太细的筛网难以制造,一般采用沉淀法来分选磨粒,这时粒度就以磨粒的实际尺寸来表示,如W20粒度表示微粉磨粒的实际尺寸为14~20微米。

磨料粒度的粗细对研磨效率及研后表面光洁度有显著的影响。粗研时,工件表面光洁度要求不高,为提高研磨效率宜选用粗粒度的磨料。精研时研磨余量小,工件表面光洁度的要求高,可采用细粒度的磨料。密封面粗研时磨料的粒度一般为120#~240#;精研时为W40~14。

   ②研磨液:研磨液是用来调和磨料的,在研磨过程中起润滑和冷却的作用。有的研磨液(如氧化作用较强的硬脂酸、油酸、工业甘油等)还起化学作用,它附着于工件表面并使被加工表面很快形成一层氧化膜。研磨时,工件凸起处的氧化膜首先被磨去,而露出的金属表面又再次被氧化,新形成的氧化膜极易再次被磨去,如此继续下去,凸峰就逐渐地被磨平。工件表面凹处的氧化膜由于没有被磨掉而防止了凹处金属被继续氧化,研磨液的这种化学作用,提高了研磨的效率。

   工厂可以使用外购的研磨膏,研磨时将少量研磨膏放在容器里,用稀释剂(水、甘油、煤油等)调合均匀后使用。

(二)阀门密封面的手工研磨:手工研磨时一般采用湿研磨。在湿研磨的过程中要经常添加稀薄的研磨剂,以便把磨钝了的磨粒从工作面上冲去,并不断地加入新的磨粒,从而得到较高的研磨效率。对于精度和光洁度要求特别高的密封面,有时也使用压砂布(纸)的平板进行干研磨。

 (1)阀体密封平面的研磨:阀体密封平面位于阀体内腔,研磨比较困难。通常使用带方孔的圆盘状研具,放在内腔的密封面上,再用带方头的长柄手把来带动研磨盘作研磨运动。研磨盘上有圆柱凸台或引导垫片,以防止在研磨过程中研具局部离开环状密封面而造成研磨不匀的现象。

研磨的压力要均匀,粗研时压力可大些,精研时应较小。应注意不要因施加压力而使研具局部脱开密封平面。研磨一段时间后,要检查工件的不平度。当环状密封面上均匀地显出接触痕迹,而径向最小接触宽度与密封面宽度之比(即密封面与检验平盘的吻合度)达到工艺规定的数值时,不平度就可认为合格。

(2)闸板密封平面的研磨:闸板和阀座的密封平面可使用研磨平板来手工研磨。工作前先在于净的平板上均匀地徐上一层研磨剂,将工件贴合在平板上后可用手一边旋转一边作直线运动或作8字形运动。由于研磨运动方向的不断变更使磨粒不断地在新的方向起磨削作用,故可提高研磨效率。

 (3)锥形密封面的研磨:锥形密封面的制造和修理比较困难,但因锥面形成的密封力较大,密封性能也较好,故在高压小口径的截止阀、旋塞阀及蝶阀上普遍采用锥面密封。

    研磨锥形密封面需使用带有锥度的研杆或研套。研杆与研套的锥度应分别与阀体密封面或阀瓣密封面的锥度相一致。研磨旋塞体和塞子的研杆及研套的锥面上还要开有螺旋状的浅槽,以积存多余的研磨剂。研磨截止阀阀体时,由于密封锥面太短,稳定性差,故通常在阀体中法兰止口处增加导向盘,使研杆保持垂直、稳定。

研旋塞体的研杆与研塞子的研套锥度应该一致,否则研后锥形密封面间将容易发生渗漏。有的工厂在研磨旋塞时,先将旋塞体研好,然后直接将塞体与旋塞阀体配研。


(4)球面的研磨:球面的研磨多采用铸铁的碗型研磨盘,盘面开有浅槽,涂上研磨膏,用手工在慢速旋转的球面上摆动推研。还有很多厂家用碗型金属盘上固定砂条的办法代替研磨盘进行球面研磨(见上图),也取得良好的效果。

(三)阀门密封面的机械研磨:多数阀门厂使用机械设备来研磨密封面,机械研磨的效率高、质量稳定。研磨机大多数是自制的专用设备,型式繁多,研磨效果也有很大的差异。在选用阀门研磨机时,至关重要的是首先要考虑研磨轨迹复杂、运动合理的问题,其次才是研磨效率。

  (1)摆轴式研磨机:摆轴式研磨机是为研磨阀体内部密封平面而设计的,多采用旧的立式钻床改装,也可用来研磨闸板、阀座、阀瓣的密封平面。它有研磨轨迹比较合理和适用范围广等优点,故特别适合中、小型阀门使用。 

立钻的主轴带动偏心套的转动,使研盘作旋转运动的同时还作偏摆运动,故研盘上每一磨粒的轨迹均为网纹状。因此,工件的研磨和研具的磨耗都较均匀,效率也较高。

研磨压力是依靠立钻向下进给的手把上挂以重物来获得的,改变重物可调节研磨压力的大小。

 (2)行星式研磨机

   行星式研磨机适用于研磨阀瓣、阀座和闸板等零件的外部密封平面。

该研磨机的结构简单,便用方便,可同时研磨多个工件因而效率较高,研磨后工件的儿何形状精度及表面光洁度的质量较好。

   其工作原理是当电机通过蜗轮减速器带动研盘旋转。由于沿研磨盘直径方向各点的线速度不等,置于研磨盘上的带外齿圈的圆环受中心滚柱的带动被迫绕定点旋转,这样就得到了比较复杂的研磨轨迹。当圆环内同时放几个圆形工件时,由于工件间相互碰撞和干扰,研磨轨迹更为复杂。

    研磨压力一般是靠工件的自重获得的。楔式闸阀闸板的重量在密封面圆周上分布不均,可使用配重工具。


(3)振动研磨机:

  振动研磨机适合研磨中、小型截止阀止回阀阀瓣的密封平面。该设备的结构简单,工作可靠,可一次同时研磨几十个阀瓣零件,故具有较高的生产效率。由于研磨盘振动频率高、振幅小,工件与研磨盘之间相对运动的方向在不断变化,因而不仅工件研磨后的几何形状精度及光沽度好,研磨盘的磨损也比较均匀。

   当固定在研磨盘上的电机转动时,由于电机轴上偏心轮的甩动作用,使安装在几组弹簧上的研磨盘产生振动。自由放置在研磨盘上的工件因其自身的惯性与振动的研磨盘之间产生了短促的相对滑动。工件在研盘上的相对滑动是没有规律的,加之工件间常常发生碰撞而使研磨运动更加复杂,故工件的研磨和研磨盘的磨耗都比较均匀。 


(四)研磨中常见质量问题及其修正办法:研磨是切削量极小的光整加工方法,一般很少出现研磨废品。常见的研磨质量问题是容易发生因研磨不均而造成被研磨面的几何形状误差,例如在研磨阀体密封平面时,常常会出现密封面中间突起,而内、外边缘较低的现象。这时可以采用两个办法来修正:①是用一块特制的中间稍稍突起的研盘来精研,以增加对密封面中间突起部分的研磨切削作用,从而纠正密封面中心高、两边缘低的现象。②另一种办法是将研具及密封面清洗干净后,在密封面的突起处局部涂敷研磨剂,再进行研磨,也是为了增加对密封面中间突起部分的研磨切削作用,同样可以起到纠正密封面中心高、两边缘低的现象。

在密封面精研后还应该用毛毡加氧化铬磨料进行抛光,以提高密封面的光洁度及去除个别嵌留在表面上的磨粒,否则,在阀门性能试验时还是易于出现密封渗漏。

第八章 阀门的装配工艺


阀门装配是制造过程中的最后阶段。阀门装配是根据规定的技术条件,将阀门的各个零、部件组合在一起,使其成为产品的过程。

零件是阀门装配最基本的单位,若干个零件组成阀门的部件(如阀盖、阀瓣部件等)。将若干个零件组成部件的装配过程称为部件装配,将若干个零件和部件组成阀门的装配过程称为总装配。

装配工作对产品质量有很大影响,即使设计正确,零件合格,如果装配不当,阀门也达不到规定的要求,甚至发生密封渗漏。因此,应该特别注意采用合理的装配方法,以保证阀门的最后成品质量。

    在生产中以文件形式规定的装配工艺过程称为装配工艺规程。

(一)阀门常用的装配方法

  阀门常用的装配方法可有三种,即完全互换法、修配法及选配法。

(1)完全互换法:阀门采用完全互换法装配时,阀门的每个零件不须经过任何修整和选择就能进行装配,装配后的产品即能达到规定的技术要求。此时,阀门零件要完全按照设计要求加工,以满足尺寸精度和形位公差的要求。

    完全互换法的优点是:装配工作简单、经济,工人不需很高的技术水平,装配过程的生产效率较高,易于组织装配流水线和组织专业化生产。但是相对来说,采用完全互换装配时,对于零件的加工精度要求较高。适用于截止阀、止回阀等结构相对简单的阀类以及中、小口径的阀门。

(2)选配法:阀门采用选配法装配,零件可按经济精度加工,装配时再对某一个有调节、补偿功能的尺寸进行选配,以达到规定的装配精度。选配法的原理与修配法相同,只是在改变补偿环尺寸的方法上有所不同。前者是用选择配件的方法来改变补偿环尺寸,后者是用修整配件的方法来改变补偿环尺寸。例如:双闸板楔式闸阀的顶芯和调整垫片、对开球阀两体之间的调整垫片等,就是在与装配精度有关的尺寸链中选择专用零件作为补偿件,通过调整垫片的厚度尺寸,来达到要求的装配精度。为保证在不同情况下都能以固定补偿件进行选配,故需预先制作一套不同厚度尺寸的垫圈、轴套补偿件,供装配时选用。

(3)修配法:阀门采用修配法装配,零件可按经济精度加工,装配时再对某一个有调节、补偿功能的尺寸进行修配,以达到规定的装配目的。如楔式闸阀的闸板和阀体,由于实现互换要求的加工代价太高,多数生产厂家都采用修配法工艺。即在最后磨削闸板密封面控制开档尺寸时要和阀体密封面的开档尺寸进行照配的方法进行“配板”,以实现最终的密封要求。这种方法虽然增加了“配板”工序,但大大简化了前面加工工序的尺寸精度要求,“配板”工序的专人操作熟练,总体来说并不会影响生产效率。

(二)阀门的装配过程

    阀门一般采用固定式场地装配,阀门的零、部件装配和总装配是在装配车间进行的,所需要的零件和部件全部运到该装配工作地。通常部件装配和总装配分别由几组工人同时进行,这样既缩短了装配周期,又便于使用专用的装配工具,对工人技术等级的要求也比较低。国外有些厂家或高技术档次的阀门也有采用装配吊挂线或装配回转台的模式。

(1)装配前的准备工作:阀门零件在装配前需要去除机械加工形成的毛刺和焊接残留的焊渣,清洗及切制填料和垫片。

(2)阀门零件的清洗:作为流体管路控制装置的阀门,内腔必须清洁。特别是核电、医药、食品工业用阀门,为保证介质的纯度和避免介质污染,对阀门内腔清洁度的要求更为严格。装配前应对阀门零件进行清洗,将零件上的切屑碎末、残留的润滑油、冷却液和毛刺、焊渣以及其他污物洗除干净。

   阀门的清洗通常用加碱的清水或热水进行喷刷(也可用煤油进行刷洗)或在超声波清洗机里清洗。零件经研磨、抛光后需进行最后清洗,最后清洗通常是将密封面部位用汽油刷净,然后用压缩空气吹干并用布擦拭干净。

(3)填料和垫片制备:石墨填料因具有耐腐蚀、密封性好及摩擦系数小等优点,得到广泛的应用。填料和垫片用以防止介质经阀杆和阀盖以及法兰结合面间渗漏。这些配件都要在阀门装配前做好切制和领用的准备。                   

(4)阀门的装配:阀门通常是以阀体作为基准零件按工艺规定的顺序和方法进行装配。装配前要对零、部件进行检查,防止未去毛刺和没有清洗的零件进入总装。装配过程中,零件要轻拿轻放,避免磕碰、划伤已加工表面。对阀门的运动部位(如阀杆、轴承等)应涂以工业用黄油。

阀盖与阀体中法兰多采用螺栓连接,紧固螺栓时,应对称、交错、多次、均匀地拧紧,否则阀体、阀盖的结合面会因圆周受力不均而发生渗漏。紧固时使用的搬手不宜过长,避免预紧力过大而影响螺栓强度。对预紧力有严格要求的阀门,应该使用扭矩搬手,按规定的扭矩要求柠紧螺栓。

  总装完成后,应旋转操纵机构,以便检查阀门启闭件的运动是否灵活,有无卡阻现象。阀盖、支架等零件的安装方向是否符合图纸要求,各项检查都合格后的阀门方能进行试验。

 

第九章 阀门的试验与检验


(一)概述

阀门的试验在总装完成后进行,是控制阀门质量的最重要也是最后的一道工序,以检验产品是否符合设计要求和达到质量标准。在试验过程中,阀门的材料、毛坯、热处理、机械加工和装配的缺陷一般都能暴露出来。

   阀门性能试验的项目很多,除强度和密封试验外,还有流量特性、压力特性、模拟寿命、耐火试验、高温及低温试验、驱动装置试验、灵敏性试验等。核电阀门还要按照ANSI B16.41的要求,进行抗震试验、热、冷态循环试验及端部加载试验等。

   在阀门制造过程中,没有必要也不可能对逐台阀门进行所有项目的试验。在研制新产品或有特殊要求时,全面的试验属于产品的型式试验。正常生产中只对阀门技术条件中所规定的项目进行逐台试验,如:强度试验和密封试验,就是通常被称为阀门出厂的压力试验。

(1)试验介质:阀门的试验介质一般为水、空气或其他惰性气体。强度试验通常采用水作介质,故习惯称为“水压强度试验”。用气体进行强度试验时,如果阀门出现破裂,容易造成人员伤害,故必须加强安全防护措施。在阀门标准中通常规定“气密试验”的气体压力为0.4~0.7Mpa。

(2)试验压力:阀门强度试验的压力一般规定为公称压力PN的1.5倍;阀门密封试验压力一般规定为公称压力PN的1.1倍。对于有特殊要求的阀门,在技术条件里会有专门的数值规定。

(3)试验压力持续时间:阀门试验时,压力应逐渐提高至规定的数值,不允许急剧地、突然地增加。在达到规定的压力后,应持续保压一定时间,此时系统中的压力应保持不变。在试验压力持续时间内,强度试验的阀门未出现渗漏;密封试验的阀门如未出现渗漏或渗漏率在允许的标准范围内,则可以认为其强度或密封试验合格。试验中如有怀疑,可以延长试验时间。

   试验压力的持续时间,一般工业用阀的试验压力持续时间按GB/T13927或JB/T9092的规定。用户有特殊要求或真空、低温等特殊用途阀门的压力持续时间应按有关技术条件来执行。

(4)渗漏率:渗漏率即阀门单位时间内的渗漏量。阀门强度试验时不得出现任何渗漏,密封试验一般亦不允许渗漏。密封试验允许渗漏的阀门或低压水用闸阀、旋启式止回阀的允许渗漏率稍大,在技术标准中均有允许渗漏率的数值。   

(5)检漏方法

1)气体试验检漏方法;

    用气体进行密封试验时,最简便的检漏方法是在阀门被检表面涂上一层肥皂液,如有漏隙即会出现肥皂气泡。这种方法能迅速捡定阀门是否渗漏及渗漏的部位,并可根据气泡的数目来确定渗漏量。由于生成的气泡大小不一,故此法得出的渗漏量是不够精确的。

   另一种检漏方法是浸水法。浸水法是将阀门浸入水内,如有泄漏即有气泡产生。这时可采用简单的装置把渗漏的气体收集起来,并度量出较精确的渗漏量。这种方法比较简单易行,而且容易判断渗漏部位,以便采取返修措施。现在很多阀门厂家使用的翻转式浸水试压台都可以实现这种功能。

(2)液体检漏方法:

 用液体进行强度试验时,可直接用目视观察,如被检表面发现渗漏,就会出现水滴或水流。这样不仅能找到渗漏部位,也能根据水滴来确定渗漏量。强度试验时不但不允许出现水珠,甚至不得出现潮湿“冒汗”的现象。

   用液体进行密封试验时,阀门密封面边缘上出现不滴落的水珠,经擦干后,在规定的压力持续时间内不再出现,即可视为未出现渗漏。反之,经擦干后在规定的试验压力持续时间内再出现水珠,则无论水珠的多少与大小,均认为该阀有渗漏。测量其渗漏量,就可以计算出渗漏率,对照标准可以验证阀门是否合格。

( 二 )阀门的试验方法

(1)强度试验:

   阀门是受压容器,需要满足承受介质压力而不渗漏的要求。故阀体、阀盖及其连接件等不应存在影响强度的裂纹、缩松、气孔、夹渣等缺陷。阀门制造厂除对毛坯进行外表及内在质量的严格检验外,还逐台进行强度试验,以保证阀门的使用性能。

   试验通常在常温下以公称压力PN的1.5倍进行。试验时阀门关闭件处于开启状态,用盲板封闭阀门一端,从另一端注入介质并施加试验压力。检查阀体、阀盖和连接部位的外表面,在规定的试验持续时间内未发现渗漏就认为该阀门强度试验合格。

为保证试验的可靠性,强度试验应在阀门涂漆前进行,以水为介质时应将内腔的空气排净。

填料试验一般和强度试验同时进行,观察填料处是否有渗漏。上密封试验通常也在强度试验时一并进行。试验时将阀杆升高到极限位置,使阀杆上部锥面与阀盖的上密封面紧密接触,将填料放松后检查其密封性。

   试验时如发现阀体铸件有渗漏的,在技术条件允许的范围内,可以按技术规范进行补焊,但补焊后必须重新进行强度试验。

(2)密封试验:

    所有切断用阀均应具有关闭的密封性能,故阀门出厂前需逐台进行密封试验。带上密封的阀门还要进行上密封试验。



试验通常是在常温下以公称压力PN的1.1倍进行的。有的阀门密封试验压力有特殊要求的,按技术要求执行。    
闸阀和球阀由于有两个密封副,故需进行双向密封试验。试验时,先将阀门开启,把法兰一端封堵,压力从另一端引入,待压力升高到规定数值时将阀门关闭,然后将封堵端的压力逐渐卸去,并进行检查。另一端也应重复上述试验(见上图)。闸阀的另一种试验方法是在体腔内保持试验压力,从通路两端同时检查阀门的双向密封性。不过有些国外标准不允许这种试法,因为当铸造闸板芯部有穿透性缺陷时,这种试验可能会难以发现。
 截止阀试验时,阀瓣关闭后从入口端引入介质并施加试验压力,在出口端进行检查(见右图)。不过也有高压截止阀是采取上进下出的设计,试验时也要从入口端引入介质并施加试验压力。
  试验止回阀时,压力应从出口端引入,在入口端进行检查。  
密封试验时,手动阀门的关闭力按公称压力与公称通径决定。阀门通常只允许用正常体力关闭,而不得借助于其他辅助器械,过去老标准(JB790-65)规定当手轮直径φ≥φ320毫米时允许用两人关闭。而有些标准规定手动阀门的关闭力不能大于360N。
有驱动装置的阀门,应在使用驱动装置的情况下进行试验,当附带有手动装置时,还应在手动情况下试验其密封性。
阀门的密封试验应在总装后进行,因为试验不仅要检验阀门关闭件的密封性能,还要检验填料及法兰垫片的密封性能。
另外在阀门密封试验合格后,要进行带压开启的动作试验,以考验阀门启闭件在工况带压情况下的开启性能。
 (3)低温密封试验:
   随着现代技术的发展,液氧、液氮、液氢以及液化天然气等得到广泛的应用,从而对低温阀门的需求也愈来愈大。
低温阀门在常温强度试验和密封性试验合格后,再在低温状态下进行密封试验,以检验阀门在低温工况时的密封性能。
低温阀门的密封试验在日本阀门行业常用的有两种方法:浸渍法和保冷法。我国标准JB/T7749《低温阀门技术条件》里推荐的试验方法就是浸渍法,所以这里重点介绍这种方法。
浸渍法:阀门进行低温密封试验的方法和装置如右图所示。试验温度为-196℃,冷却剂为液氮,试验介质用氮气或氦气。
具体的试验操作在相应的技术规范里都有明确的规定。
在规定的压力持续时间内,渗漏量不大于允许数值,即可认为该阀门合格。
   试验温度是采用温度传感器来测定的。传感器贴在4~6个测温点上。阀门内腔各测温点的导线由阀门的填料处引出。
低温试验冷却介质可参照下表选用:

试验温度 ℃

-46

-101

-120

-160

-196

冷却介质

酒精+干冰

乙醚+液氮

酒精+液氮

乙戊烷+液氮

液氮

(4)真空密封试验:
   真空密封试验,是一种灵敏度很高的密封试验方法。航天及核工业用阀及密封性要求极高的阀门一般均进行真空密封试验。真空试验通常在阀门常温强度、密封试验合格后进行。为了保证试验的准确性,被试阀门应具有很高的清洁度和加工精细的密封面。

试验时,先把被测阀门在开启状态下抽至规定的真空度,再关闭被测阀门并使真空泵停泵放气,开始检测,直至测出在规定时间内的增压△P为止,然后计算阀门的漏气数率。                  
下图为真空密封试验的系统图:   

众所周知,所有金属材料在真空中都有放气现象。试验中测得的漏气率是气体渗漏和材料放气两种因素的结果。因此,静态升压法的灵敏度往往受材料放气率和计算准确性的影响。
更精确的真空密封性试验方法是氦质谱检漏。其方法是:将被测阀门用真空泵抽至规定的真空度后,在阀门被测部分外施加含氦的混合气体(氦罩或用氦气喷吹),如有漏隙,氮气便进入阀门的被测部分,系统中的氮质谱检漏仪就可显示出来,据此计算漏气数率。
真空阀门漏率的测试和计算可见JB/T6446《真空阀门》标准,该标准适用于高真空度要求的阀门。而火电厂汽轮机抽汽系统的真空度一般要求不高,其阀门的真空试验规定在要求的真空度下保压若干小时内,以表不升压为准。
(三 )阀门的试验设备:
阀门试验时使用的压力源,主要是由高压和中压泵以及气体压缩机供给的,这些设备可以满足常温时强度和密封试验的需要。高温蒸汽试验时,则用试验锅炉来供给具有一定压力和温度要求的高温蒸汽。
改革开放以来,随着阀门工业的发展和技术水平的提高,阀门行业的试验装备也有了很大的发展。各种机械、液压、机电一体化的试验设备不断得到推广应用,夹压式、翻转式、浸水式、内压平衡式的试验设备不断出现,使得阀门的试压工序从过去装卸盲板、紧固螺栓等繁杂的体力劳动转化为简单的机械操作,检漏的方法和精度也得到了明显的提高。
  
    
第十章 阀门制造工艺的发展方向
  
经过阀门行业几十年的努力,我国阀门制造工艺水平已经有了很大的提高。铸造生产从原始状态的一个人、一把铁锨、一堆土(砂),发展到现在多种铸造工艺、造型材料以及推广、应用树脂砂无箱造型自动生产线。机加工生产也从一个人、一把刀、一个活(工件)发展到推广、应用组合机床、加工流水线、数控机床和加工中心。
在毛坯制造方面,精密铸造和模锻的应用日益广泛,铸造和锻造的机械化水平也有大幅度的提高。不少工厂已采用造型、制芯、落砂、清理机械化。我国一些阀门厂利用精铸、模锻、冲压、滚压和镦头的方法来制造阀体、阀盖、阀杆等零件,大大减少了材料消耗和机械加工工时,取得了良好的效果。扩大无切屑和少切屑加工工艺的应用范围,减少金属切削量,是阀门制造工艺的一个发展趋向。
    密封面的堆焊普遍采用埋弧自动焊、氩弧焊、等离子喷焊等新工艺,推广和应用新型的焊接材料,既提高了生产效率,又保证了焊接质量。
    我国组合机床、自动生产线在计划经济时期应用较为普遍,适应于当时产品分工和专业化集中生产的计划经济模式。但由于专用组合机床和自动线的可调整、可变性、机动性较差,仅局限于加工几个规格批量大的产品,加上工装、刀具的调整时间较长的缺陷,使得设备的利用率不高。国外对批量较小、要求较高的阀门加工,也从专用组合机床逐步发展到使用多品种、可调变的数控机床和加工中心上来。在数控机床和加工中心上使用机械装夹不重磨的硬质合金刀具,硬质合金刀片上还涂敷碳化钛或氮化钛,刀具的寿命提高三倍以上。
   目前大多数阀门厂的生产模式都属于多品种、单件、小批轮番生产。在这种情况下使用专用组合机床、自动生产线等高效专机设备可能是不适宜的。采用数控机床或由普通机床增加数显装置的经济数控机床加工阀门,是提高生产效率和保证加工质量,适应多品种、小批量生产方式的灵活模式。
    为了减少辅助时间,我国阀门工业已部分使用电动、气动和液动的快速夹具。以气液增压机构为动力源的液动夹具,由于结构简单、休积小、成本低而适于推广应用。此外,通用调整夹具、标准夹具及组合夹具等也被广泛采用。
   阀门装配长期以来都是由人工用简单的工具来完成的,是最不易实现机械化和自动化的工序。我国近几年在发展阀门试验台架、清洗机械、装配机械等方面已作了大量工作,减轻了工人的劳动强度,提高了装配质量和效率。国外阀门制造业装配台架、装配生产线、装配自动线的应用较为广泛,机械手和机器人亦有所采用。
涂漆工序是影响阀门外观质量和防锈性能的重要环节。我国不少阀门厂已建立了红外喷漆、静电喷粉(塑)自动线,是阀门涂漆工序的一个新发展。
总之,我国在阀门铸造、锻造、焊接、热处理和机加工方面,虽然取得了长足的进步,但是由于市场竞争、利益驱动、只求眼前利益和短期行为的影响,使我们与国外先进水平仍存在一定的差距。尤其是在装配手段、试验条件、无损检测和基础理论研究方面的差距较大。国际上知名的阀门公司拥有自己的高温高压、低温深冷、真空、寿命、流阻、耐火等试验设备和齐全的无损检测手段。这些方面的改进还有待我国阀门行业的同仁们继续努力,共同提高。


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