三偏心蝶閥密封面的形狀尺寸和表面質(zhì)量是影響其密封性能的關(guān)鍵要素，密封面的高質(zhì)量加工一直也是各廠家的難點(diǎn)。在傳統(tǒng)的空間幾何理論分析基礎(chǔ)上以閥體密封面的聯(lián)動(dòng)磨削為研究對(duì)象，闡述了砂輪與工件的運(yùn)動(dòng)特性關(guān)系。

一、前言

　　三偏心蝶閥作為一種高性能閥門，在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用越來越廣，對(duì)其密封面的質(zhì)量要求也越來越高，密封面的高質(zhì)量加工一直是國內(nèi)行業(yè)中的難點(diǎn)，各企業(yè)對(duì)三偏心蝶閥密封面的磨削方式基本上還處于摸索階段，尤其是聯(lián)動(dòng)磨削在國內(nèi)基本上沒有成功的案例。

二、密封面成形分析

　　由于三偏心蝶閥密封面形狀的特殊性，密封面為一個(gè)圓錐的斜截面，傳統(tǒng)的研磨方法在其上都不易實(shí)現(xiàn)，對(duì)密封面的最終成形國內(nèi)的廠家基本上都是采取的車削方式。車削加工的局限性致使了產(chǎn)品性能無法進(jìn)一步提高，研究新的磨削設(shè)備與磨削方式，提高產(chǎn)品的密封性能一直是各個(gè)廠家正在研究的課題。

　　以下列舉了四種密封面成形的磨削方式，如圖1所示。從圖中可以看出四種磨削運(yùn)動(dòng)過程各有特點(diǎn)。圖1a為采取成形砂輪，砂輪面完全覆蓋磨削軌跡，磨削過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行橫向進(jìn)給。圖1b同樣為采取成形砂輪，砂輪面略大于閥體密封面寬度，磨削過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沿密封面圓錐母線進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)(角度插補(bǔ))，并進(jìn)行橫向進(jìn)給。圖1c為采取傳統(tǒng)平行砂輪，砂輪主軸旋轉(zhuǎn)一定角度(密封面圓錐母線平行)，砂輪面覆蓋磨削軌跡，磨削過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行橫向進(jìn)給。圖1d為同樣采取傳統(tǒng)的平行砂輪，砂輪主軸旋轉(zhuǎn)一定角度(密封面圓錐母線平行)，砂輪面略大于閥體密封面寬度，運(yùn)動(dòng)過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)砂輪沿圓錐母線上下運(yùn)動(dòng)并與密封面同步(即運(yùn)動(dòng)過程中砂輪面不脫離閥體密封面)，并進(jìn)行橫向進(jìn)給，即砂輪與工件進(jìn)行聯(lián)動(dòng)磨削。四種磨削方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)機(jī)床的要求也各不相同。圖1a到圖1c的運(yùn)動(dòng)過程相對(duì)比較簡(jiǎn)單。圖1a與圖1c密封面的最后成形完全取決于砂輪面本身的形狀，同時(shí)在磨削過程中工件對(duì)砂輪的反作用力的著力點(diǎn)時(shí)刻在變化，砂輪主軸容易疲勞破壞。圖1b在磨削過程中為斷續(xù)磨削，存在沖擊，砂輪主軸容易疲勞的同時(shí)閥體密封面的成形也不是很好。圖1d為砂輪與工件進(jìn)行聯(lián)動(dòng)磨削，沒有圖1a到圖1c的影響，砂輪主軸受力恒定且不存在沖擊。但是要完成此聯(lián)動(dòng)磨削，并不容易，一是對(duì)機(jī)床的要求比圖1a到圖1c的要高，機(jī)床c軸(工作臺(tái)主軸)能準(zhǔn)確定位，且能與z軸能建立聯(lián)動(dòng)關(guān)系，同時(shí)機(jī)床b軸(主軸的旋轉(zhuǎn)軸，即形成β角)定位準(zhǔn)確。二是聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜，完成聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程必須要有明確的幾何數(shù)學(xué)關(guān)系。所以求解砂輪移動(dòng)速度v與工件的旋轉(zhuǎn)角度θ的幾何數(shù)學(xué)關(guān)系是完成聯(lián)動(dòng)磨削的必要條件。所以以下著重對(duì)圖1d的聯(lián)動(dòng)磨削運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析研究。

(a)磨削方式1 (b)磨削方式2

(c)磨削方式3 (d)磨削方式4

圖1 密封面成形的磨削方式

1.斜模2.工裝定位板3.閥體4.砂輪

三、砂輪與閥體密封面聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性分析

　　取圖1d中的密封面最低點(diǎn)為研究起始點(diǎn)，為了便于研究砂輪的運(yùn)動(dòng)方程，以圓錐中心線為z軸，密封面的最低點(diǎn)所在的平面為xy平面，且最低點(diǎn)在x軸上，建立坐標(biāo)系，如圖2所示。H為圓錐的高度，R為圓錐的底半徑，即密封面最低點(diǎn)到工件旋轉(zhuǎn)軸z軸的距離。△ACC1為斜模平面，∠OAC=α(斜模角)，∠AMO=β(圓錐半錐角)，弧ABC為斜模平面與圓錐面的交線，即為砂輪運(yùn)動(dòng)軌跡(也為閥體密封面)。△MOB1為工件(或C軸)從初始點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度q時(shí)所在的位置。旋轉(zhuǎn)角度q所用時(shí)間為t，則動(dòng)點(diǎn)b為此時(shí)的砂輪位置。假定動(dòng)點(diǎn)B在z軸上的投影為B2，則B點(diǎn)到z軸的動(dòng)半徑R(θ)=BB2，B點(diǎn)在z軸上的投影高度z(θ)=OB2。令B點(diǎn)在x與y軸方向的坐標(biāo)分別為x(θ)與y(θ)，則R(θ)=[x(θ)2+y(θ)2]。令M(θ)為砂輪在圓錐母線B1M方向位移，v為砂輪在圓錐母線B1M方向上的速度，ω為工件旋轉(zhuǎn)角速度，由幾何關(guān)系可知：

　　實(shí)際的加工過程中，R、ω、α和β均為已知常數(shù)，所以v=v(θ)，對(duì)其用MATLAB進(jìn)行計(jì)算分析得出其v—θ曲線如圖3所示，從v—θ曲線圖中可以看出，v與θ是非線性關(guān)系，而是速度v相對(duì)工件旋轉(zhuǎn)角度θ成正弦規(guī)律變化。明確了兩者之間的真實(shí)關(guān)系之后，便可為數(shù)控編程提供正確聯(lián)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，使聯(lián)動(dòng)磨削得以實(shí)施。

圖2 運(yùn)動(dòng)特性幾何分析

圖3 v-θ曲線

四、結(jié)語

　　通過對(duì)砂輪的運(yùn)動(dòng)特性研究分析，對(duì)數(shù)控編程進(jìn)行數(shù)學(xué)幾何關(guān)系指導(dǎo)，使三偏心蝶閥密封面的聯(lián)動(dòng)磨削成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)砂輪的不間斷磨削不僅將使磨削效率明顯提高，并且聯(lián)動(dòng)磨削過程中砂輪受力恒定，對(duì)密封面的最后成形精度非常有利，新的磨削方式對(duì)研究純金屬硬密封三偏心蝶閥的零泄漏具有重要的意義。