三偏心蝶閥磨削工裝在加工中的應(yīng)用
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、啟閉無摩擦及關(guān)閉時(shí)隨著傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩增大來補(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://m.genius-power.com/)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)過多次試切,最后將砂輪速度調(diào)至14r/s,砂輪在一個(gè)來回進(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。
四、結(jié)語
通過對(duì)工裝應(yīng)用的分析,介紹了用普通立車來完成對(duì)三偏心蝶閥密封面的加工,明確了工裝的使用范圍,可以通過較小的改動(dòng)來適應(yīng)不同的加工要求,對(duì)降低生產(chǎn)成本,縮短加工周期具有借鑒意義。