CN101780627A - 一种高温高压截止阀的阀杆的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压截止阀的阀杆的制造方法，包括如下步骤：(1)将高温高压截止阀的阀杆的直径加工到所需的螺纹中径；(2)采用滚压方式将步骤(1)得到的阀杆进行冷挤压、塑性成形、滚压校准，形成所需外螺纹；所述滚压方式采用挤压轮、成型轮和校正轮3个滚压轮。本发明的方法制得的阀杆的螺纹精度可以达到甚至超过世界第一品牌美国SWAGELOK同类阀门的技术水平，增强我国在高端阀门市场上的竞争力。

Description

一种高温高压截止阀的阀杆的制造方法

技术领域

本发明涉及一种阀门阀杆的制造方法，具体涉及一种高温高压截止阀的阀杆的制造方法。

背景技术

目前，高温高压截止阀已经是核工业、火电、石油、化工、输管线、造船、宇航以及海洋采油等行业不可缺少的流体控制设备，上述行业的绝大多数工艺系统均需要设置专门的阀门，特别是一些高端阀门，如耐温600℃以上、耐压30Mpa以上的高温高压截止阀，一般都处于工艺系统的关键部位，如果这些阀门的质量不过关，轻则影响机组运行的经济性，重则影响工艺系统功能的实现，造成上述系统机组降负荷甚至停机。因此，高温高压截止阀的质量好坏，直接影响核工业、火电、石油、化工等行业运行的安全性和经济性。

然而，目前国内高温高压截止阀市场，除了低端阀门达到国际市场能接受的水平之外，高端阀门由于在精密加工技术和高温材料研究上与国外制造商相比仍存在较大差距，仍然需要依靠进口。因此，高温高压截止阀的制造加工技术已经成为制约我国高端阀门产品发展的一个瓶颈。

另一方面，阀门的核心技术是密封性能，而密封性能是通过阀杆螺纹旋转加压阀体达到的，因此阀杆的材料选择和螺纹加工精度是至关重要的。其中，阀杆的材料可以通过选用合适的现有材料来解决，而阀杆的螺纹加工精度却一直无法达到要求。

现有的外螺纹加工方法主要有车削和磨削2种，这两种金属切削工艺的原理都是通过去除一定的材料而形成所需要的螺纹几何形状。其中，车削的精度等级较低，用数控车床加工4件阀杆螺纹，经计量检测得到以下实测数据，见下表：

从上表的数据可见，采用车削方法加工得到的阀杆螺纹的K值一般都在0.175以上，无法达到标准要求的0.125～0.1443。同时，在实际加工中发现，车削刀头损耗严重，需要经常更换，这不仅提高了生产成本，而且需要花费大量的操作时间，生产效率较低。

而对于磨削加工方式，虽然其精度较高，一般都能达到阀杆螺纹的精度要求及性能，但其加工工艺比较复杂，成本较高，经济性不好。因此磨削加工也不是最合适的阀杆螺纹加工方法。

发明内容

本发明目的是提供一种成本较低的高温高压截止阀的阀杆的制造方法，以满足其加工精度要求。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种高温高压截止阀的阀杆的制造方法，包括如下步骤：

(1)将高温高压截止阀的阀杆的直径加工到所需的螺纹中径；

(2)采用滚压方式将步骤(1)得到的阀杆进行冷挤压、塑性成形、滚压校准，形成所需外螺纹；所述滚压方式采用挤压轮、成型轮和校正轮3个滚压轮。

上文中，所述滚压方式采用3个滚压轮对阀杆进行冷挤压、塑性成形、滚压校准得到高精度的阀杆螺纹。

所述滚压方式是一种通过成形滚压模具将工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。它不是一种金属切削过程，不通过去除金属而形成所需要的轮廓，而是按滚轮拉丝模的镜像形成螺纹。阀杆螺纹滚压方法是依赖于阀杆的塑性变形能力(即基材的变形能力)，通过移动母体材料来将螺纹形状压到工件毛坯中，这种移动的一个关键参数是螺纹齿根深度，随着滚轮把将形成根部的材料错位，材料将从径向和轴向由根部流出，以便永久地将滚轮齿形的形状压在阀杆的坯件中。由于滚轮压力的作用，使材料发生塑性变形，产生5％的最小延伸系数以及246000磅/平方英寸(约173kgf/mm²或1698MPa)的拉伸屈服强度，当然这些数据随着阀杆材料、螺纹顶径及低径尺寸不同而不同。螺纹滚压过程会产生额外的拉伸强度并提高表面粗糙度，被滚压的阀杆因金属矩阵的压缩而引起工件硬化，它会在螺纹中产生疲劳阻力，这种硬化的状态是该阀杆冷挤硬化提高强度的一部分。阀杆螺纹滚压在具备自动开合螺纹滚压头的自动滚丝机实现，用于批量、一致、标准的外螺纹加工。滚压螺纹的外径一般不超过25mm，长度不大于100mm，螺纹精度可达IT4～IT8级，阀杆直径大致与被加工螺纹的中径相等。

上述技术方案中，所述步骤(2)中的3个滚压轮的螺纹齿形、中径和螺距均相等，且其中径螺纹升角相等并在同一条展开线上。这3个滚压轮应该具有IT4级以上的制造精度。

三轮滚压法加工阀杆螺纹是非切屑工艺法，当阀杆螺纹中径、滚压轮及机床等组成的工艺系统及相对定位正确时，才会使阀杆加工后的螺纹中径螺旋线在展开时为一条连续、光滑、各点斜率均相同的直线。三个滚压轮参与滚压螺纹时，每一个滚压轮在滚压成形过程中，均形成1/3圈螺纹，完整的螺纹由3个1/3圈段组成，这3段螺纹中径螺旋线展开后，是否均在同一条理想倾斜直线上，以及各段接头是圆滑连续是螺纹滚压的关键，这就要保证如下要求：

(1)要求三滚压轮具有IT4级以上的制造精度，保持三滚压轮螺纹齿形、中径、螺距等尺寸相同；

(2)滚压轮中径螺纹升角必须保证相等，并在同一条展开线上；

(3)三滚压轮安装基准必须准确，相对位置需保证1/3圈位置的螺纹正确连接。

阀杆螺纹滚压过程中，要求阀杆和三滚压轮的相对位置ΔT按λ值进行调整，即(ΔT＝δD_中tgλ/2)，

其中：ΔT---任意两滚压轮错开的螺距；δ---两滚压轮与阀杆中心构成的弧度；D_中---阀杆螺纹中径；λ---阀杆中径螺纹升角。

在滚压过程中，如果工艺系统不按任意两滚压轮错开的螺距调整位置，或者调准滚压轮各方向基准精度不够均会造成不正常螺纹。当各滚压轮均能保证所挤压的那段螺纹为同一λ值时，则给定λ值便可求出相应的ΔT。准确调整三滚压轮的相对位置并锁定，就会得到加工精度较高阀杆螺纹。

上述技术方案中，所述步骤(1)依次采用车削、磨削的加工方法。

上文中，所述所需的螺纹中径是指根据实际螺杆外螺纹的规格加工至螺纹中径，并保证其尺寸精度，以使后续的滚压加工的螺纹尺寸准确、稳定。

所述滚压方式是采用3个滚压轮，滚牙机的滚轮之间以及与阀杆应有正确的加工位置，一般情况下，动轮先用较大进给量与阀杆接触，并迅速挤压至全牙深，只让阀杆转一周多，便形成完整螺纹，然后进入校准过程。自动螺纹滚牙机按力学原理设计，工作时转动平稳，三滚轮轴间可承受极高的安全压力。机械操作容易，滚轮可利用压力进给，材料毛坯即受到均匀适当滚压成型。各种螺纹制造，只需要更换不同滚牙轮，三滚轮间节距的校正，可做最细微的调整，一次成型的成品表面光滑并有极高精度。滚轮轴的转速，可以由变速机或变频器，而做迅速改变，以适合不同材料，不同的外径螺丝的滚制。滚轮的材料，是以高级冷模合金钢DIN/JIS规格1.2379/SDK11制成，经热处理后其耐磨性、耐热性、韧性均极优良，并于瑞士螺纹磨床上作最后的研磨螺纹加工，故表面异常光滑且尺寸精密。

滚压螺纹要求工件材料的硬度一般不超过HRC40；对毛坯尺寸精度要求较高；对滚压模具的精度和硬度要求也高。螺纹滚压前要求外径精度较高，为使冷滚压加工的螺纹尺寸准确、稳定，对滚丝坯料的直径尺寸提出了较高精度要求；因此，对大部分需冷滚压加工螺纹的坯料直径均需进行精密车削、磨削加工，否则滚制出的螺纹尺寸精度低、质量不稳定，且冷滚压加工过程不易控制，机床调整也较困难，有时还会挤坏滚丝轮，降低工具和机床的工作寿命。螺纹滚压另外还要考虑的方面包括毛坯的压延性以及冷流动性等。由于螺纹外径与工件毛坯具有非常密切的关系，因此毛坯直径一定要非常精确；材料流动率是根据指定的毛坯直径及变化率计算的，超出或低于该直径都将加工出不合格的螺纹。材料尺寸过低将无法完全流进滚轮拉丝模，而毛坯尺寸过大将对滚轮和滚轮架施加不必要的压力，从而可能导致螺纹滚压单元损坏。

由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用滚压方式制备阀杆外螺纹，其得到的螺纹精度可以达到IT4～IT8、其表面粗糙度为Ra 0.1～0.8，均优于车削和铣削，且K值能得到保证，可以满足高温高压阀门的阀杆的螺纹加工精度要求。

2.本发明的制造加工方法简单，生产效率较高，易于实现自动化，成本较低，适于推广应用。

3.本发明的滚压方式可使螺纹表面因冷作硬化而能提高强度和硬度，其制备得到的阀杆具有良好的可操作性。

4.与螺纹车削或磨削相比，本发明的方法可以节省15～20％的材料，这在批量生产中，可以节约很大一批原材料。

附图说明

图1是本发明实施例一中三轮滚压法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种高温高压截止阀的阀杆的制造方法，包括如下步骤：

(1)依次采用车削、磨削的加工方法将高温高压截止阀的阀杆的直径加工到所需的螺纹中径；

(2)采用滚压方式将步骤(1)得到的阀杆进行冷挤压、塑性成形、滚压校准，形成所需外螺纹；所述滚压方式采用挤压轮、成型轮和校正轮3个滚压轮。

所述步骤(2)中的3个滚压轮的螺纹齿形、中径和螺距均相等，且其中径螺纹升角相等并在同一条展开线上。这3个滚压轮应该具有IT4级以上的制造精度。

上文中，所述滚压方式采用3个滚压轮对阀杆进行冷挤压、塑性成形、滚压校准得到高精度的阀杆螺纹。三轮滚压法加工阀杆螺纹是非切屑工艺法，当阀杆螺纹中径、滚压轮及机床等组成的工艺系统及相对定位正确时，才会使阀杆加工后的螺纹中径螺旋线在展开时为一条连续、光滑、各点斜率均相同的直线，参见附图1所示。

三个滚压轮参与滚压螺纹时，每一个滚压轮在滚压成形过程中，均形成1/3圈螺纹，完整的螺纹由3个1/3圈段组成，这3段螺纹中径螺旋线展开后，是否均在同一条理想倾斜直线上，以及各段接头是圆滑连续是螺纹滚压的关键。

选购滚牙机一台，滚制螺丝直径范围φ9～30mm，节距范围0.5P～2.5P，滚制长度固定、滚通(长度无限)两用，滚轮转数350～600rpm，滚轮外径φ78(φ90)mm，滚轮内径φ25.4(φ35)，滚轮厚度40mm，滚轮轴行程间距55～90，滚制量4～25pcs/min，滚轮轴倾角±3°，主机马达3HP，油压马达2HP，最高进给压力6TONS。

试验证明，运用本发明的螺纹滚压技术后，阀杆螺纹精度、粗糙度、一致性均得到了保证，阀杆螺纹参数如下：M10X1、螺距＝1.0mm、中径为＝9.268～9.270mm，K＝0.14mm，Ra＝0.8。

阀门在全关的状态下，阀门的高温流体介质将压力施加在密封钢球上，钢球将压力传递给阀杆螺纹，而阀杆螺纹是细牙螺纹，高温高压工况下还要全行程的调整，实际证明用滚压的方法加工阀杆螺纹可以减小应力使阀杆有更大的强度、寿命，尺寸达到规定要求，而且手感旋转轻松不会卡死。

本发明的制造方法可以提升整体阀门精度，达到甚至超过世界第一品牌美国SWAGELOK同类阀门的技术水平，在国内高端阀门市场替代进口产品，增强我国在高端阀门市场上的竞争力。

Claims (3)

1.一种高温高压截止阀的阀杆的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将高温高压截止阀的阀杆的直径加工到所需的螺纹中径；

(2)采用滚压方式将步骤(1)得到的阀杆进行冷挤压、塑性成形、滚压校准，形成所需外螺纹；所述滚压方式采用挤压轮、成型轮和校正轮3个滚压轮。

2.根据权利要求1所述的高温高压截止阀的阀杆的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中的3个滚压轮的螺纹齿形、中径和螺距均相等，且其中径螺纹升角相等并在同一条展开线上。

3.根据权利要求1所述的高温高压截止阀的阀杆的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)依次采用车削、磨削的加工方法。

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