三偏心蝶閥磨削工裝在加工中的應(yīng)用

2013-06-20 王永東蘭州石油化工機(jī)械廠

一、前言

　　三偏心蝶閥是最近幾年在閥門領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用越來(lái)越廣泛的新型蝶閥。它是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上，使蝶板的中心偏置一定的角度，形成三偏心的密封結(jié)構(gòu)。它既保留了雙偏心蝶閥的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具備耐高溫、操作輕便、零泄漏、啟閉無(wú)摩擦及關(guān)閉時(shí)隨著傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩增大來(lái)補(bǔ)償密封等特點(diǎn)。目前三偏心蝶閥逐漸取代其他類型蝶閥而被廣泛應(yīng)用。

　　蘭州石油化工機(jī)械廠生產(chǎn)的三偏心金屬硬密封蝶閥主要應(yīng)用于煉油催化裝置，主要特點(diǎn)是閥體和閥座為連體構(gòu)件，閥座密封表面層堆焊耐溫、耐蝕合金材料。多層軟疊式密封圈固定在閥板上，具有良好的密封性能和較長(zhǎng)的使用壽命。密封面大多采用固定形式，即用兩個(gè)垂直于圓錐母線的平行平面截切圓錐，取兩平面中間的實(shí)體部分，其外表面即為密封面。三偏心蝶閥密封性能取決于對(duì)其密封面的加工情況，因此工裝的設(shè)計(jì)、工裝的應(yīng)用范圍決定產(chǎn)品的性能和成本。密封面包括閥座密封面和相對(duì)應(yīng)的閥板密封面，加工原理一致，由于閥座密封面加工難度較高，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)的這篇文章主要介紹蘭州石油化工機(jī)械廠利用現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備(立車)對(duì)閥座密封面的加工。

二、磨削過(guò)程分析

　　取圓錐頂角為2α，根據(jù)三偏心蝶閥的幾何特性，加工閥體密封面時(shí)，將工件固定于一個(gè)斜度為α的定位盤上，同時(shí)將立車刀架旋轉(zhuǎn)α角，使圓錐中心與立車回轉(zhuǎn)中心重合，沿圓錐母線方向走刀。但三偏心蝶閥密封性能要求高，其密封面的表面粗糙度Ra為1.6m，必須磨削才能達(dá)到要求。對(duì)于這種幾何形狀的曲面，用傳統(tǒng)方法是無(wú)法磨削的，利用如圖1所示工裝，托架與電主軸組裝后，將托架端固定在立車刀架上，滑枕沿圓錐母線往復(fù)移動(dòng)，完成密封面的加工(砂輪可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)換)。

圖1 工裝示意圖

1.托架體 2.電主軸 3.砂輪

　　磨削工裝在立車上有兩種安裝方式：

　　1)左(或右)刀架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α，砂輪磨削面與刀架相對(duì)，如圖2所示。

圖2 磨削工裝安裝方式一

　　2)左刀架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α，砂輪磨削面與刀架相背，如圖3所示。

圖3 磨削工裝安裝方式二

　　磨削密封面時(shí)，砂輪磨削面的軌跡(雙點(diǎn)畫線)如圖4所示。

圖4 砂輪磨削軌跡示意圖

　　x'=(L+h/2·tan2α)/cosα

　　H=H已知+x'sinα+h/2

　　x″=x'-2Hsinα

　　d’=x″/[sin(90°-2α)·sin(90°+α)]

　　式中

　　L——密封面橢圓長(zhǎng)軸尺寸;

　　h——座圈厚度;

　　H——砂輪行程(不計(jì)砂輪厚度);

　　H已知——閥體法蘭平面到密封面中心線的距離。

　　第一種安裝方式：當(dāng)H<H電，只要滿足ix″>D電(或D砂輪)·secα，即可完成密封面的磨削(驗(yàn)證D電或D砂輪較大者);當(dāng)H≥H電，閥體法蘭與托架體干涉。

　　第二種安裝方式：對(duì)H無(wú)要求，只要滿足x″>(R砂輪+R托)·secα，即可完成密封面的磨削。此種方式常用于加工大口徑蝶閥。

　　由于機(jī)床本身的精度問(wèn)題，蘭州石油化工機(jī)械廠在實(shí)際加工時(shí)，常將刀架旋轉(zhuǎn)一固定角度，先后加工閥座密封面和閥板密封面，從而保證兩者角度一致。

三、實(shí)踐加工

　　在實(shí)際加工中，由于定位盤已確定，有些密封面的加工這兩種方式均不適用，以DN500三偏心蝶閥為例具體分析其磨削過(guò)程。

　　電主軸的直徑D電=190mm，H電=500mm;L=460mm;h=20mm;D砂輪=350mm;刀架旋轉(zhuǎn)角度α=13°;H已知=289。將各數(shù)值帶入公式計(jì)算可得出ix″>D砂輪·secα，但D砂輪·secα遠(yuǎn)小于閥體口徑，滿足H<H電，因此可采用第一種安裝方式。但刀架旋轉(zhuǎn)13°后，在密封面的高度上砂輪能磨削的口徑比DF500E小，而2.5m立車的刀架又不能超越機(jī)床的回轉(zhuǎn)中心，故此種方式不能完成磨削。

　　又經(jīng)計(jì)算得x″>(R砂輪+R托)·secα，閥體法蘭與托架體產(chǎn)生干涉，所以第二種方式也不適用。

　　如何解決這個(gè)問(wèn)題呢?分析一下第二種方式，當(dāng)H較小時(shí)，若D砂輪·secα<ix<(R砂輪+R托)·secα也可加工。所以可以改變定位盤或H電，但定位盤的加工成本高且工期較長(zhǎng)，所以可以改變H電。假設(shè)電主軸長(zhǎng)度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，厚度為40mm的砂輪在磨削完畢，剛離開(kāi)密封面時(shí)，托架體與閥體法蘭接觸點(diǎn)為E，如圖5所示，可以計(jì)算出需要的電主軸長(zhǎng)度的具體數(shù)值。

圖5 DN500三偏心蝶閥示意圖

　　現(xiàn)有電主軸的長(zhǎng)度是500mm，通過(guò)計(jì)算比需要長(zhǎng)度短了62.68mm，在托架體與電主軸之間加一墊圈，使電主軸滿足加工。墊圈太厚，會(huì)降低工裝的剛性;太薄，加工時(shí)托架體與法蘭可能碰撞，為了有調(diào)整余地，將墊圈厚度設(shè)計(jì)為70mm。

　　由于增加了長(zhǎng)度，工藝系統(tǒng)剛性有所下降，調(diào)整加工參數(shù)，重新選取磨削用量：工件的線速度過(guò)大時(shí)，砂輪上每個(gè)磨粒負(fù)擔(dān)加重而易變鈍，工件表面質(zhì)量下降，易發(fā)生振動(dòng);工件線速度過(guò)低，工件容易燒傷，所以將工作臺(tái)轉(zhuǎn)速調(diào)至2.5r/min。經(jīng)過(guò)多次試切，最后將砂輪速度調(diào)至14r/s，砂輪在一個(gè)來(lái)回進(jìn)給0.02mm。由于斷續(xù)磨削，且內(nèi)孔較小，選用進(jìn)給速度6.3mm/min。通過(guò)這一系列調(diào)整，順利完成了DF500E三偏心蝶閥密封面的磨削。經(jīng)裝配后檢驗(yàn)，技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。