三偏心蝶閥磨削工裝在加工中的應用

2013-06-20 王永東蘭州石油化工機械廠

一、前言

　　三偏心蝶閥是最近幾年在閥門領域內應用越來越廣泛的新型蝶閥。它是在雙偏心蝶閥的基礎上，使蝶板的中心偏置一定的角度，形成三偏心的密封結構。它既保留了雙偏心蝶閥的優點，同時又具備耐高溫、操作輕便、零泄漏、啟閉無摩擦及關閉時隨著傳動機構的力矩增大來補償密封等特點。目前三偏心蝶閥逐漸取代其他類型蝶閥而被廣泛應用。

　　蘭州石油化工機械廠生產的三偏心金屬硬密封蝶閥主要應用于煉油催化裝置，主要特點是閥體和閥座為連體構件，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的使用壽命。密封面大多采用固定形式，即用兩個垂直于圓錐母線的平行平面截切圓錐，取兩平面中間的實體部分，其外表面即為密封面。三偏心蝶閥密封性能取決于對其密封面的加工情況，因此工裝的設計、工裝的應用范圍決定產品的性能和成本。密封面包括閥座密封面和相對應的閥板密封面，加工原理一致，由于閥座密封面加工難度較高，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)的這篇文章主要介紹蘭州石油化工機械廠利用現有常規設備(立車)對閥座密封面的加工。

二、磨削過程分析

　　取圓錐頂角為2α，根據三偏心蝶閥的幾何特性，加工閥體密封面時，將工件固定于一個斜度為α的定位盤上，同時將立車刀架旋轉α角，使圓錐中心與立車回轉中心重合，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，必須磨削才能達到要求。對于這種幾何形狀的曲面，用傳統方法是無法磨削的，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移動，完成密封面的加工(砂輪可根據實際需要調換)。

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)刀架逆時針旋轉α，砂輪磨削面與刀架相對，如圖2所示。

圖2 磨削工裝安裝方式一

　　2)左刀架逆時針旋轉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，砂輪磨削面的軌跡(雙點畫線)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——密封面橢圓長軸尺寸;

　　h——座圈厚度;

　　H——砂輪行程(不計砂輪厚度);

　　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(驗證D電或D砂輪較大者);當H≥H電，閥體法蘭與托架體干涉。

　　第二種安裝方式：對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。

　　由于機床本身的精度問題，蘭州石油化工機械廠在實際加工時，常將刀架旋轉一固定角度，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、實踐加工

　　在實際加工中，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;刀架旋轉角度α=13°;H已知=289。將各數值帶入公式計算可得出ix″>D砂輪·secα，但D砂輪·secα遠小于閥體口徑，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床的回轉中心，故此種方式不能完成磨削。

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

　　如何解決這個問題呢?分析一下第二種方式，當H較小時，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，所以可以改變H電。假設電主軸長度可根據需要調節，厚度為40mm的砂輪在磨削完畢，剛離開密封面時，托架體與閥體法蘭接觸點為E，如圖5所示，可以計算出需要的電主軸長度的具體數值。

圖5 DN500三偏心蝶閥示意圖

　　現有電主軸的長度是500mm，通過計算比需要長度短了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，會降低工裝的剛性;太薄，加工時托架體與法蘭可能碰撞，為了有調整余地，將墊圈厚度設計為70mm。

　　由于增加了長度，工藝系統剛性有所下降，調整加工參數，重新選取磨削用量：工件的線速度過大時，砂輪上每個磨粒負擔加重而易變鈍，工件表面質量下降，易發生振動;工件線速度過低，工件容易燒傷，所以將工作臺轉速調至2.5r/min。經過多次試切，最后將砂輪速度調至14r/s，砂輪在一個來回進給0.02mm。由于斷續磨削，且內孔較小，選用進給速度6.3mm/min。通過這一系列調整，順利完成了DF500E三偏心蝶閥密封面的磨削。經裝配后檢驗，技術指標符合設計要求。