膨胀堵头在液压阀块上的应用

王佃武

（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

随着现代装备制造技术的发展，液压系统越来越多的采用液压阀块连接，采用液压阀块可以减少管路连接和接头，具有结构紧凑、安装维护方便、泄露小、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等优点。液压阀块内部有大量的孔道：包括通油孔、阀孔、安装孔、工艺孔等，构成纵横交错、错综复杂的孔道网络。设计完成后，工艺孔要进行封堵，工艺孔能否可靠封堵在很大程度上影响着液压阀块的整体性能。

1 常用密封方式特点

在液压系统中，当液体或者气体介质流过孔等各种通道，有时候这些通道要密封备压，不允许任何泄露。常用密封方式有三种，螺堵配合密封圈或密封胶密封，销子密封或者直接焊接密封，但是工艺复杂而且装配后难以保证密封一致性。

1.1 螺堵密封

此方式在液压阀块设计中最为常见，其最大优点是便于拆卸，耐压高，但其缺点也非常明显：（1）需要额外的加工螺纹工序，浪费人工；（2）安装扭矩要求严格，一致性较差；（3）本质上是采用螺纹连接紧固配合密封圈或密封胶密封，密封圈或密封胶在长期使用后容易腐蚀，造成系统的污染；（4）占用空间较大，在空间要求高的场合使用受限。

1.2 钢球密封

以其成本低，容易压入，安装快捷及通用性高等优点在行业中普遍应用。其有以下缺点：（1）苛刻公差范围；（2）粗糙度要求高，增加加工成本；（3）密封带非常窄，容易造成工艺孔微观开裂或钢球碎裂。

1.3 直接焊接密封

需要额外的焊接工序，在焊接时容易出现热变形，并且孔道内产生的焊渣难以清理，因此此种方式已逐渐被弃用。

上述工艺孔封堵方式均有缺点，这些缺点已经严重阻碍了液压阀块的设计发展，由此，膨胀堵头逐渐在液压阀块设计中被大量采用。与上述封堵方式相比，膨胀堵头具有明显的优势：对孔的公差、精度要求比较低、钻孔后可以直接装配；无需绞孔、攻螺纹、涂胶、垫密封圈等任何辅助工艺；可实现装配的半自动、全自动，保证了产品性能的一致性；占用空间小，可实现阀块的结构紧凑化、轻量化、降低成本的需求。

2 膨胀堵头设计原理

膨胀堵头主要由钢球和套筒组成，通过纵向挤压钢球进入套筒，使套筒产生径向膨胀，套筒外围环形尖齿压入相对低硬度工艺孔材质中或套筒本身被挤入相对高硬度工艺孔粗糙表面的间隙中，达到与工件的金属间咬合密封（图1）。

图1 结构与密封剖面图

3 膨胀堵头的使用要求

目前，膨胀堵头技术发展迅速，通径范围覆盖3～22 mm，压力可达50MPa。膨胀堵头对安装孔要求很低，直径公差范围0～0.1mm即可。

为了确保密封堵头能安全可靠的应对压力和防止泄露，安装孔的圆度公差为t＜0.05mm（图2）。

图2 圆度图

安装孔对粗糙度要求也不高，使用麻花钻或螺旋锥口钻加工即可获得粗糙度咬合密封所需的良好粗糙层形状，粗糙度满足10～30微米（图3）。打磨抛光反而会导致工艺孔形成光滑表面，形成封堵所不期望的表面粗糙层形状（图4）。

图3 理想表面形状

图4 不良表面形状

4 结 语

膨胀堵头由于其鲜明的优点已经广泛应用于液压阀块的设计，使液压阀块更为紧凑、合理，提高了液压阀块的性能，推动了液压阀块技术的发展。