提高安全阀试验合格率的工艺优化

赵凤鸣　王赫

摘 要：安全阀是气路系统上的重要部件，其性能的可靠性直接影响整个系统的质量。通过对现有产品的分解再装、试验验证、性能分析等来确定和找到影响安全阀的重要因素，从而在装配过程中将其避免。此次工艺优化设定了两种试验方案，采用合理的工艺安排来改进装配质量，提高产品依次合格率，对后续类似产品的装配有一定的借鉴意义。

关键词：安全阀 开启压力 摸索试验 垂直度

中图分类号：U261 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0064-02

安全阀是气路系统上的重要组成部件之一。该产品研制以来，每批生产数量较少，期间各方面人员变化较大，产品装配试验质量情况没有详细记载和总结。在后续安全阀生产过程中，产品交收试验出现不稳定情况，即高温工作打开压力试验过程中，安全阀流量异常不稳定，超出流量范围，并且伴有活门组件与壳体之间摩擦冲击的响声。针对此情况开展工艺攻关工作，对安全阀零组件的加工质量、装配试验过程进行了分析，在采取控制措施后安全阀一次试验合格率有了明显提高，但与工艺优化的预期目标还有一定的差距，还需不断总结经验，优化工艺，以使产品试验合格率得到进一步提升。

1 存在的关键技术和难点

1.1 安全阀结构与难点分析

安全阀为活塞式结构，主要由壳体、弹簧、座盘、活门组件、活门座等组成[1]，该产品结构较简单，但以往生产过程中经常出现质量不稳定的情况，如“漏气量超标”问题、“打开压力不稳定”问题。初始装配时，弹簧自由状态下活门组件与壳体定位面只有0.7 mm，此时活门座与壳体刚刚接触，处于旋入状态，因此活门组件、活门座处于不定位状态。如果弹簧垂直度偏差较大，装入活门座压缩弹簧时，会使弹簧与座盘、活门组件以及壳体之间处于非同轴状态，造成活门组件与壳体之间运动不灵活。轴系零件的尺寸精度以及与壳体之间的匹配是关键技术之一。

1.2 高温工作打开压力及流量的稳定性

经过对高温工作试验不合格的安全阀分解检查，发现活门组件非金属面存在一定深度的压痕，造成配套装配状态的弹簧出现伸长情况，进而造成打开压力的变化。因此控制高温工作试验安全阀打开压力以及流量的稳定性是又一项关键技术[2]。

2 攻关技术方案和措施

2.1 零组件加工质量控制

壳体内孔与活门组件外圆的配合尺寸对安全阀动作的灵活性和工作的稳定性有重要影响，因此需严格控制零件的加工质量，使尺寸满足装配要求。弹簧的垂直度直接影响装配零件的轴向位置关系，垂直度偏差大容易造成座盘以及活门组件与壳体不同轴，影响产品性能。

安全阀性能调试时，打开压力靠活门座旋入旋出进行调解，利用弹簧压缩到一定位置来保证打开压力满足规定要求，控制弹簧的垂直度是必要的。

2.2 装配调试过程控制

测量并记录壳体与活门组件配合部位尺寸，记录实测值，进行必要地选配，保证配合间隙的一致性；对弹簧进行检测，使用塞尺，水平台和直角尺测量弹簧的垂直度。将弹簧紧靠直角尺，测量过程使用塞尺进行检查，要求弹簧的垂直度为0.2 mm，对垂直度不合格的弹簧进行筛选。装配弹簧、座盘时，目视与壳体同轴。

装配活门组件时，壳体竖直放置，使活门组件自由状态与座盘接触，用手轻压活门组件，感觉其灵活引入壳体，此时保持活门组件位置不动，通过活门座压紧活门组件并旋入壳体螺纹1～2扣，然后在台钻上正式通过芯棒压活门组件与活门座脱离，保证活门座旋入到位后再松开活门组件至其与活门座密封面接触。整个操作过程可保证活门组件始终保持竖直状态，保证安全阀内的所有组件处于竖直状态。

高温工作试验的产品，对做试验后的活门组件压痕进行分析和测量。对所有试验更换下的活门组件压痕测量统计，压痕深度均在0.35 mm左右。由于活门组件产生压痕，在活门座位置不变的情况下，活门组件整体向活门座方向移动约0.3 mm，即弹簧相应地伸长，造成弹簧压缩量变小，从而使安全阀打开压力下降。又经过对弹簧进行检测，发现变形位移与力值变化呈线性关系，通过计算初步得出规律：弹簧在工作区域内每变形0.3 mm，打开压力变化0.03 MPa左右。因此为满足高温试验指标下限要求，安全阀常温调试打开压力应控制在中上限。

3 攻关过程、主要工艺试验及取得的效果

3.1 攻关摸索试验情况

此次对已加工完配套零件的安全阀产品进行工艺研究，根据之前安全阀高温试验存在的问题，经研究决定先选取已配套的部分安全阀进行摸索试验。此次摸索试验随机选取3台已配套的安全阀，分别标记为1#、2#、3#，更换了活门组件，对相关零部件进行检测，3台产品装配过程中，弹簧、座盘和活门组件均保持竖直状态装入，进行常温调试。

首次摸索试验3台产品，2台合格，高温试验合格率试验66.7%。试验结束后将3台进行分解检查，发现2#产品的壳体内孔一侧出现磨损现象，3#产品的壳体内孔未出现磨损现象，1#产品的壳体内孔一侧出现轻微的磨损现象，分解下的活门组件均存在明显的压痕。

由于首次摸索试验数量较少，因此继续进行加倍摸索试验。重新随机选取3台已配套的安全阀，共计6台，分别标记为：4#、5#和6#，另外将第1次的3台产品更换磨损件，6台产品装配过程中，弹簧、座盘和活门组件均保持竖直状态装入，对6台进行常温调试，常温调试合格后，验证高温工作试验对安全阀性能的影响，对另外3台产品4#，5#和6#，先进行高温保温，恢复至常温后进行漏气量和打开压力试验，若打开压力偏低，则重新进行调试至0.91～0.92 MPa，合格后进行高温工作试验。

从上述试验情况可以看出，该批安全阀试验不稳定，经分解检查统计分析，发现该批弹簧力值及垂直度存在一定散差[3]；经研究决定对活门组件加工工艺进行改进，采用磨加工的方法重新加工一批；对弹簧垂直度进行加严控制、力值按中上限加工，为后续安全阀配套装配及试验所用。

3.2 产品装配试验情况

经过优化装配安全阀在调试过程进行加严控制，有声响出现的产品同样视为调试不合格，进行分解再装。经统计，产品的一次装调调试合格率为83%。

将调试过程中出现声响的安全阀进行分解，经过分析发现，活门组件外径处润滑脂的涂抹对调试过程中的声响出现存在影响，润滑脂对活门组件与壳体内孔的间隙产生影响。重新装配过程中对润滑脂的涂抹进行加严控制，涂抹均匀的一薄层，涂抹后用手将多余润滑脂擦掉。由于润滑脂的涂抹无法量化要求，要求操作者涂抹后观察活门组件的外端面，润滑脂要求不能产生堆积和突起，保持均匀状态。对剩余7发产品进行再调试，合格率达到100%。

产品一次装调后的高温工作试验合格23台，合格率为56.1%。对安全阀高温试验，低温试验及振动试验不合格的产品陆续进行返修，同样使用以上方法对装配过程进行控制。对常温调试试验进行统计，共返修产品65台次，一次调试合格率均达到100%；每次返修的不同数量产品高温工作试验合格率呈上升趋势，约在60%～80%左右。

4 结语

经过采取措施，常温调试达到了合格率100%的指标要求；交收试验合格率较100%的预期目标还有一定差距，还需不断优化和改进。此次工艺优化工作，历时半年多的时间，期间多次召开专题会进行研究。经过该批产品生产实践证明，确定的零组件加工以及装配过程控制等工艺优化措施是有效的，工艺优化取得了一定的效果，但交收试验合格率较100%的预期目标还有一定差距，后续还需进一步研究和改进。

参考文献

[1] 杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[2] 陈光国.安全阀的使用与维修[M].北京：机械工业出版社，1992.

[3] 赵春岳，吉守军.浅谈弹簧式安全阀的选用和调试[J].阀门，2003（4）：34-36.