阀体机械加工工艺的分析

杨维忠

摘要：本文通过对阀体机械加工工艺过程的分析，从阀体材料、加工工艺、加工质量以及数控技术的应用等方面进一步优化阀体的工艺规程，促进阀体的智能化生产。

关键词：阀体;加工工艺;加工质量;数控技术

0  引言

阀门是流体介质输送系统中的控制部件。阀门的作用由它的种类而定，它具有调节、截止、稳压和导流等功能。因此阀门广泛应用于国民经济的各个生产领域，如石油、天然气、排水、供热等生产过程中。阀门是一个完整的零部件，它的结构形式千差万别，但是它的基本组成部分大致相同，由驱动和执行两大部分组成。阀门最主要的零部件可分为“体、盖、门、杆”四大类。体：即阀体，为阀门的主体部分;盖：即阀盖，起到一个连接作用;门：包括门板和门框，即阀板和阀座，起到一个辅助作用;杆：即阀杆，是阀门的主导部分。阀门的加工与装配是一个完整的制造工艺过程，直接关系到阀门的密封性能、使用寿命及安全生产等问题。它包含阀体加工、阀杆加工、阀盖加工等，其中阀体的加工工艺尤其重要，加工质量受到材料、结构形状、使用环境及加工设备等因素的影响。下面以球阀阀体为例，分析阀体机械加工工艺，探索提高阀体加工质量的措施。

1  阀体材料的选择及应用场合

阀体材料的选择首先应该考虑流体介质的两个性能：物理性能和化学性能。物理性能包括工作压力和环境温度;化学性能涉及到腐蚀性和密封性。常用的材料有：铸铁、铸钢、碳钢、不锈钢，铜等。选择原则：中低压力、工作温度低于300°，结构复杂，规格尺寸较大的阀体通常常用铸造工艺生产阀体;中高压、工作温度高于300°，结构简单，规格尺寸较小的阀体通常常用锻造工艺生产阀体。随着科技的发展，不锈钢阀门得到了广泛的应用，不锈钢阀门成本较高，技术要求更高。

1.1 铸铁阀体

包含灰口铸铁阀体和球墨铸铁阀体。灰口铸铁含碳量较高，有一定的强度，塑性和韧性较低，但是成本低，价格便宜，适用于要求不高的场合;球墨铸铁通过球化和孕育处理得到球状石墨，与灰口铸铁相比，大大提高了铸铁的机械性能，强度更高，塑性和韧性也较好。

1.2 碳钢阀体

包含铸钢阀体和锻钢阀体，因碳钢含碳量较低，与铸铁相比，强度和硬度更高，有较好的可锻性能和焊接性能，为了提高它的综合性能，通常在碳钢中加入一些合金元素，常用的牌号有：WCB、ZG25、16Mn等。

1.3 不锈钢阀体

常用牌号有：316、316L、2520等。不锈钢阀门防腐性能好，密封性能高，广泛应用于化工产品、卫生食品等场合。

2  阀体的加工工艺分析

阀体是一个型腔体的异形件，如图1。在进行阀体加工工艺分析时，更应该注意工件的定位与装夹、振动等工艺。从阀体的加工示意图看，阀体的加工面为三个类似法兰加工及阀体内部的阀座孔等加工。左右两端的法兰与外部管道连接，中间的法兰与阀盖连接，支撑阀杆运动。

2.1 阀体技术要求分析

①阀体内腔的阀座孔精度要求较高，尺寸精度一般为H8级，与法兰端面定位孔的同轴度控制在0.03mm之内。

②法兰端面与基准孔的垂直度控制在0.05mm之内，左右两端法兰的同轴度控制在0.05mm之内。

③各个法兰上的螺纹孔相对于基准轴线的位置度控制在0.05mm之内。

④阀座孔的表面粗糙度Ra值小于1.6？滋m，法兰端面及内孔的表面粗糙度Ra值小于1.6？滋m。

2.2 阀体加工设备的选择

在选择加工设备时，应根据阀体的结构形状、技术要求和生产类型等情况，在保证加工精度的前提下，合理选择加工设备，提高生产效率。阀体虽然是个异形件，但是它的加工面还有以回转体为主。遵循工序集中和粗精加工分开的加工原则：阀体粗加工时还是选择卧式车床为主。首先在卧式车床上加工阀体，它是一个悬臂梁装夹，还应配有专用夹具及相应的配重，以减少工件旋转过程中产生的离心力及位移;其次在加工阀体内部表面时，刀具伸出长度及刀杆本身的刚性产生的振动直接影响阀体的加工质量，所以卧式车床加工只适用于阀体的粗加工。阀体的精加工选用加工中心更为合适。精加工时，加工余量较小，夹紧力也相应减小。在加工过程中，工作台只作直线运动，避免了旋转运动而产生的加工误差，并且加工中心主轴本身的刚性及数控技术的特点，保证了阀体的加工质量。

3  阀体的加工质量分析

阀体的加工质量包含尺寸精度、表面粗糙度及形位公差。其中形位公差大多數由工件定位装夹及机床设备本身的性能来保证。在加工工艺和加工设备确定的情况下，合理选择切削用量是保证阀体尺寸精度及表面粗糙度的重要因素。切削用量是衡量切削运动过程中的主要参数。合理选择切削用量能最大限度发挥机床及刀具的使用性能，在保证工件加工质量的前提下，提高生产效率。

机械加工过程分粗、精加工两部分。粗加工的目的是利用较少的时间把工件大部分的余量去除，留有合适的精加工余量，所以应首先选择尽可能大的切削深度，然后再选取较大的进给量，最后选取合适的切削速度。精加工的目的是以保证工件加工质量为主，所以应首先选择尽可能大的切削速度，然后再选取较小的进给量，最后选取合适的切削深度。综合上述情况，阀体粗加工时，采用“大、快、低”，即大切深、快走刀、低速度;精加工采用“高、慢、小”，即高速度、慢走刀、小切深。

4  数控技术在阀体加工中的应用

随着数控技术的广泛应用，数控自动化操作代替了手工操作，数控车床代替了普通车床，加工中心代替了普通铣床和钻床等。数控技术有着自动化程度高、加工精度高、生产效率高等特点，但是数控设备投资大、加工成本高、对员工的技术要求也高。这些因素在一定程度上制约了数控技术的进一步发展。在实践生产中，阀体的加工采用普通设备与数控设备相结合的方式：粗加工采用普通车床，精加工采用数控设备。不过数控刀具在普通机床上的普遍使用，也大大提高了生产效率。数控刀具要求是湿加工，数控加工是一个封闭的加工环境，而普通设备是开发式加工环境，如冷却不充分，大大降低了刀具的使用寿命。

根据加工工序集中的原则，在阀体精加工中，采用加工中心更能显示数控技术的优势。工件一次装夹，阀体法兰的端面、外圆、内孔及法兰圆周上的螺纹孔都能一次加工完成，俗称“一刀切”。若能使用功能更为强大的数控设备组成自动化生产线，就能完成“一刀落”，即工件从毛坯到产品一次性完成。如果阀体的材料为铸铁材料，在选择加工设备时最好不要使用数控机床。因为铸铁加工环境恶劣、无法冷却、散热慢，刀具磨损快，对数控设备影响较大。在加工余量较大的情况下，可选择耐磨损、耐高温的立方氮化彭（CBN）刀具。

5  总结

阀体加工工艺是阀门机械加工工艺系统中的一部分。通过对阀体机械加工典型工艺过程的分析，进一步优化阀体的工艺规程，及数控技术的应用，既保证阀体的加工质量，又有效提高劳动生产率和降低成本，实现优质、高效、低能。

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