用于小口径上装式阀体研磨工装的设计与应用

陈尚书

中核苏阀科技实业股份有限公司 江苏苏州 215129

1 序言

小口径上装式球阀有着广阔的市场前景，其主要零件阀体密封面，因表面粗糙度要求高，且呈一定斜度对称分布于空间小、结构紧凑的阀腔两侧，无法采用传统的研磨方式对其进行研磨。本文介绍了一种针对该密封面结构的专用研磨工装，从而实现对其进行研磨。

2 零件密封面结构工艺分析

通过对阀体密封面处结构（见图1）分析，发现其存在如下特征：①密封面表面粗糙度值要求Ra＝0.2μm，需进行研磨方能达到技术要求。②密封面位置处于阀腔中下部，且呈2.5°斜度对称分布于阀腔两侧，密封面底部允许1～2mm落虚。③阀腔密封面部位空间尺寸较小（60.7mm×55mm×53mm）。

图1 密封面结构

3 工装设计

3.1 工装工作原理

结合零件结构特征和研磨工艺要求设计工装工作原理，如图2所示，研具在一定作用力F下与密封面贴合，同时在偏心凸轮转动下，通过导向杆带动在一定范围内的上、下往复运动，从而实现对密封面微切削，达到研磨效果[1]。

图2 工装工作原理

3.2 工装具体设计

根据原理图，设计研磨工装结构（见图3），其中h为偏心凸轮行程；α为底板斜度；e为底板与研磨板间隙，H为弹簧孔深度；S为研磨板面积。主要由以下3部分组成。

图3 研磨工装结构

（1）研磨部分 该单元位于工装下部，为保证研具与密封面平行，底板斜度α为2.5°，同时选用灰口铸铁材质作为研磨板，并在其与底板之间圆周放置一定数量圆柱支撑弹簧，为研磨过程提供足够的微切削力[2]。其中单个弹簧所需力为

式中，Fn是圆柱弹簧提供最大工作载荷（N）；P是研磨压强（MPa）；S是研磨板与被研密封面接触面积（mm2）；n是圆柱弹簧数量。

支撑弹簧选用参照GB/T 2089—2009《普通圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数》[3]，为避免底板与研磨板接触时弹簧未能提供足够切削力情况发生，应满足

式中，Hn是弹簧最大工作载荷长度（mm）；H是弹簧孔深度（mm）；e是底板与研磨板间隙（1.5～2.0mm）。

为保证间隙e均匀一致，对式中H深度公差控制在±0.05mm内，支撑弹簧精度满足GB/T 23934—2015《热卷圆柱螺旋压缩弹簧 技术条件》中2级要求[4]。

结合密封面斜度为2.5°和研磨板研磨行程较短要求，支撑弹簧选择刚度F′较小规格即可减低研磨过程中上、下极限位置时支撑力变化，从而满足研磨工艺要求。

在研磨板和底板配合部位使用球头结构，使得研磨板在研磨过程中具有浮动功能，保证研磨板和被研磨密封面之间具有良好的贴合性，从而弥补密封面和底板之间的斜度误差。

（2）上、下往复传动部分 该单元位于工装上部，由往复弹簧、偏心凸轮、传动键、导向杆和传动轴等组成，往复弹簧提高向上动力，偏心凸轮在传动轴旋转带动下压迫导向杆产生向下动力，从而实现上、下往复运动。

研磨行程由偏心凸轮控制，即最高点和最低点之差H，行程需控制在一定范围内，以避免与基座发生干涉，同时保证最低点时研磨板与密封面底部有2mm间隙。其中往复弹簧选用参照GB/T 2089—2009《普通圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数》，为保证最高点时往复弹簧力须具有足够弹性，最高点时弹力满足

式中，F是往复弹簧最高点提供工作载荷（N）；P是研磨压强（MPa）；S是研磨板与被研密封面接触面积（mm2）；α是密封面斜度（°）；μ是研磨板和密封面间动摩擦因数。

为避免因研磨板磨损而出现支撑弹簧无力的情况发生，在偏心凸轮和导向杆之间增加调整杆进行微调，调整杆头部采用圆头结构与偏心凸轮高副接触，以降低摩擦力。

（3）支架连接部分 为保证工装与阀体零件装配适应性，利用阀体中腔结构设计与之匹配的基座，并在其上端两侧设置支架以满足传动轴旋转传动需要。因偏心凸轮与调整杆高副接触点随着偏心凸轮转动而摆动（见图4），故需在导向杆中部增加导向，以避免卡死的情况发生。

图4 高副接摆动触点

4 工装使用

将本工装安装于阀体中腔部位，同时用螺柱、螺母紧固，向阀腔内添加一定量的研磨剂后，通过外界驱动传动轴旋转后带动偏心凸轮转动，转速控制在50～60r/min，从而带动研磨板在一定范围内做上、下往复运动，在支撑弹簧作用下，使得研磨板与密封面之间产生研磨作用，从而实现研磨运动（见图5），完成研磨后，松开螺柱、螺母，即可取出本工装。

5 结束语

通过分析小口径上装式阀体密封面结构，设计结构简单、易于操作的专用研磨工装，从而实现对密封面的研磨，以达到技术要求。