空调四通阀端孔及内平面加工专机研制*

2013-09-28吕晓天刘中华应申舜林绿高

制造技术与机床 2013年4期

吕晓天刘中华应申舜林绿高

(①浙江缙云高新机械制造有限公司，浙江缙云 321404;②浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，浙江杭州 310032)

随着人们生活水平的日益提高，空调已成为现代家庭不可缺的家用电器设备。空调四通阀是空调重要部件，用量很大。其性能对空调影响很大，很多文献对此进了研究，如劳特斯空调(江苏)有限公司对多例四通阀损坏(尤其是用涡旋压缩机的空调机组)原因进行剖析，总结了一些四通阀损坏原因，并提出改进设计方案［1］。上海交大设计了一套空调用双稳态四通阀性能匹配测试系统［2］，可对双稳态四通阀的驱动与控制，同时对四通阀线圈电阻、外接电阻、线圈工作电压和电流等匹配参数进行实时测量与分析。结果表明，该测试系统很好地实现了对双稳态四通阀各项性能指标的测量，以及对故障的初步判别，具有结构简单，工作可靠，使用方便，测量精度高等特点。此外，上海交大还研究了四通换向阀对家用热泵空调系统性能的影响［3］，热泵四通换向阀容量实验台的研制［4］，空调四通换向阀封头失效分析［5］。南京理工大学对空调用四通换向阀的工作特性和换向性能分析［6］。天津焊接研究所研制了空调四通换向阀成套焊接专机［7］。

以上研究有效促进了空调四通阀的制造、测试、焊接及加工水平。由于四通阀内与活塞及滑块配合面处的尺寸和表面质量精度要求高，如图1所示，其加工装备和加工工艺的研究非常重要。目前，许多加工厂家通常采用挤光及拉削分离的方法完成，生产中还是采用手工模式，即一人看一台机器，人工送料，这种生产模式生产效率很低，既浪费劳动力也会让工人很疲倦，而且人工送料会产生累积误差，并且整个加工工艺对工人操作熟练程度要求高，且劳动强度大。针对生产现况，本文研发了空调四通阀阀端孔及内平面一体化加工专机，并将人工上下料改为人工喂料，机械手上下料，从而降低工人的劳动强度，并采用一挤光两拉削组合的加工工艺形式，合理分配加工时间，提高了生产效率。

1 四通阀挤光与拉削加工工艺分析

1.1 四通阀工作原理

四通换向的基本条件是活塞两端的压力差F1－F2必须大于摩擦阻力f，否则，四通阀将不会换向。换向所需的最低动作压力差是靠系统流量来保证的。当左右活塞腔的压力差大于摩擦阻力f时，四通阀换向开始，当主滑阀运动到中间位置时，四通阀的三条接管相互导通，压缩机排出的冷媒从四通阀接管直接通出(压缩机回气口)，使压力差快速降低，形成瞬时串气状态(中间流量状态)。此时，若压缩机的排气流量远大于四通阀的中间流量，便可以建立足够大的换向压力差而使四通阀换向到位;反过来，若压缩机的排气量小于四通阀的中间流量，则四通阀换向所需的最低动作压力差便不能建立，即F1－F2＜f，四通阀不能继续换向而停在中间位置，形成串气。

1.2 挤光工艺分析

四通阀两端孔是活塞的配合面，尺寸精度要求高，表面粗糙度Ra的上限值为0.4 μm，要想获得高的表面质量可采用传统的磨削加工工艺，但磨削加工后在工件的表面会留下微细的凹凸不平的刀痕，直接会影响到四通阀装配后的使用后果，影响四通阀的换向效果，而且四通阀零件两端孔壁簿，夹持易变形，不宜采用磨削加工。挤光加工是利用机械挤压的原理，获得光洁如镜的金属表面的一种加工方法，是一种无切屑加工，它可以将工件表面的不平度辗平而达到改变表层结构、机械特性、尺寸的要求，兼融了高效、优质、经济、环保、方便、安全的特点，是别的机加工方式无法做到的。在挤光加工时，只需将工件置于工件定位座上，无需夹紧，两挤光头只需通过两挤光油缸驱动即可完成，整个结构简单、紧凑，制作方便。

1.3 拉削工艺分析

四通阀的内平面是滑块的配合面，加工后的表面粗糙度 Ra的上限值为0.8 μm，平面度要求不大于0.05 mm，尺寸精度和表面质量也对四通阀使用过程中的换向效果起着关键性的作用。为了完成内平面的加工，本专机中采用了拉削加工工艺。拉削加工的特点是运动简单，只有一个主运动，而进给运动是依靠拉刀刃齿的齿升量来完成的，具有生产率高，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质量高的特点，而且也具有加工成本低的特点。

2 挤光拉削一体化加工专机设计

2.1 专机结构设计

专机如图2所示，主要包括:底座部分、挤光部分、拉削部分、机械上下料部分、输送带部分、电气控制系统、气动控制系统、液压控制系统、冷却排屑系统、操纵按钮系统。挤光部分与拉削部分分别安装于底座上表面，并呈品字形排列，机械上下料部分架于挤光部分和送料部分上方，电气控制系统位于底座内部的控制箱内，气动控制系统位于机械上下料部分后侧，液压控制系统位于机床左侧，冷却系统位于机床后侧，人工喂料处在机床的左后侧，操纵按钮安装于机床的右上位，通过操纵按钮系统可进行各种动作循环的操作，机床应用了机、电、液一体化技术，结构紧凑，布局合理。

2.2 挤光拉削一体化工作原理

本专机将挤光、拉削工艺整合于同一台机床上，将挤光、拉削的效能充分地进行了发挥。结合图2对专机的工作循环作一介绍。在操作位1处，操作工将工件置于上料输送带2上，随着电动机驱动，四通阀运行到位，行程开关到位检测，反馈于挤光上料部分3进行夹持工件，夹持的工件通过气动系统指令放入挤光部分9，挤光上料部分3返回原位，此时挤光部分9开始动作，挤光完成后，一组分料部分4上配置的两组气爪将工件分别从挤光位与送料位抓起，向上移动并平移，将一工件放入送料位，另一工件放入下料输送带6位，通过送料部分11，一工件送进拉削部分8导套内，拉削动作开始，另一工件随着下料输送带6流入下道工序，与此同时，挤光上料部分3开始动作，回到初始的动作，如此周而复始，在一台机床上完成一挤光、两拉削的动作循环。

2.3 关键零部件设计

专机加工节拍为每12 s2件，在设置气动部分的动作分配时间时，通常将送料气缸、气爪等用时为0.5 s、0.2 s内。在本专机中共有24组气缸，2组拉削油缸，一对挤光油缸，挤光动作、拉削动作、气缸送料、夹爪夹持工件的动作相互穿叉，由于动作快速、频繁，故应保证整机有足够的刚性，否则会引起整机的振动。作为支承件的底座的合理设计是专机设计的重要环节之一，底座在整台机床中起着关键性的作用，底座的设计既要满足承受动、静载荷的要求，又要满足相关零部件的安装连接要求，同时又要保证排屑通畅，并满足专机占地空间小的需求。

结合图2所示，底座10为一框架式焊接结构，主体采用空管焊接而成，在底座框架上表面铺设一层钢板，为有足够的的刚性，钢板与空管为满焊焊接，以形成一整体式结构;结合生产实际和装配水平，为保证底座的加工精度，降低成本，并便于装配，在钢板上表面焊接有安装平板，平板呈品字形排布，从而减小了加工面积，使安装于其上的挤光部分、拉削部分接触良好，最终保证了装配精度，也即保证各部件间的相互位置精度和运动精度。在底座的正前部，设置了电线柜，将所有的电源线置于电线柜内，一方面将走线布局得更加合理，另一方面节省了整机的占地空间。工件在加工过程中为获得好的加工精度和表面粗糙度，充分地冷却和顺畅地排屑也是非常重要的一个方面，由此须在底座上设置有冲屑管道，在工件进入导套位与拉刀出口上方排布着冲屑管，设有排屑通道，通道采用簿板焊接而成，并成15°倾斜布置，使切屑顺利排出，不至于堆积于拉削位、送料位的导轨上，从而延长了导轨的使用寿命。