CN107321899A - 一种抗疲劳耐冲击减压阀及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗疲劳耐冲击减压阀及其制造方法，减压阀包括减压阀主体、与减压阀主体匹配的压力座和限位结构、抗疲劳耐冲击弹簧、活塞杆以及缓冲装置。本发明的抗疲劳耐冲击减压阀采用本质改性、表面增强和改变材料形制相结合的特种弹簧，使安全性和抗疲劳耐冲击能力获得了质的上升。
Description
技术领域
本发明涉及控水设备领域，尤其涉及一种抗疲劳耐冲击减压阀及其制造方法。
背景技术
减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡，使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。
但现有技术中的减压阀无论采用哪种结构，都会受到弹簧本质性能的影响，因此，弹簧本身的抗疲劳抗冲击性能就尤其重要，现有技术中通常通过材料的本质改性和表面喷丸等方式增加抗疲劳抗冲击性能，没有通过改变材料形制的方式提升其在特定工况下的抗疲劳抗冲击能力。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种采用本质改性、表面增强和改变材料形制相结合弹簧的高安全性抗疲劳耐冲击减压阀及其制造方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种制造抗疲劳耐冲击减压阀的方法，该减压阀包括减压阀主体(1)、与减压阀主体(1)匹配的压力座(2)和限位结构(6)、抗疲劳耐冲击弹簧(3)、活塞杆(4)以及缓冲装置(5)，其特征在于：其中弹簧(3)所用铜丝的制造方法包括以下步骤：
1）预准备
①选用锡磷青铜QSn4-4-4铜坯为铜丝原材料；
②选用设置有液压发生装置、旋转推送装置及风冷装置的锻造设备；选用真空电阻炉为始锻加热设备；
③选用设置有四个按顺序轴线间分别呈90°锻造锤头及配套液压输出装置为终锻及夹持工装；再选用包括有锥形内孔的陶瓷工装主体、减震衬板与设置在减震衬板顶部的支撑杆为旋锻工装；
2）锻造
①将锡磷青铜QSn4-4-4铜坯通过真空电阻炉加热至高于其理论AC3温度值30℃~50℃的温度，保温按铜坯直径计（20d）min/mm~（22d）min/mm的时间，然后出炉，将铜坯底部固定于旋转推送装置上；
②通过液压发生装置推动与旋转推送装置联动的锻造锤头，以每次变形约5%的进给量和55%~65%的最终变形比将铜坯挤压为截面近似方形的锻造坯，以变形铜坯的一次锻造变形长度为一锻造周期，完成一个周期内最后一次锻造后锻造锤头固定在铜坯表面作为夹具使用；
③以0.35mm/s~0.4mm/s的速度将截面近似方形的锻造坯在旋转推送装置与锻造锤头联动旋转的基础上沿旋转轴线向陶瓷工装主体内孔内推进；
④在陶瓷工装主体内孔的出口处设置风冷装置，以3bar~5bar的压力吹出氮气制冷；
⑤重复步骤②~④至整根铜坯锻造完成；
⑥将锻造好的铜坯在锻造完成后10min内采用-85~-75℃，保温1.5h~2h冰冷处理；然后采用280℃~300℃，保温按铜坯直径计（20d）min/mm~（22d）min/mm的时间，进行回火处理，获得所需铜丝。
一种抗疲劳耐冲击减压阀，包括减压阀主体、与减压阀主体匹配的压力座和限位结构、抗疲劳耐冲击弹簧、套装在弹簧内的活塞杆、承载在活塞杆底部限位结构顶部的缓冲装置。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：常规技术中常用弹簧铜丝多采用中碳合金铜（含Cr、Si、Mn、W、V等强化元素）、沉淀硬化不锈钢、奥氏体不锈铜等，从材料上忽视了大中型环保水控设备的使用寿命及耐蚀性，主要采用不断维护更换配件的方式进行功能保持，但随着时代的推衍和发展，原有技术的这种高频率维护及基础性能的欠缺已不再能满足现有中、重型工业节控水领域对减压阀的长寿命、高可靠性要求，锡磷青铜QSn4-4-4正好最有合理的弹性（弹性过高则易于疲劳，弹性过低则无法提供足够的压紧力）从未应用于减压阀的弹簧领域，也从未有人尝试改变其形制以更适用于减压阀领域，本发明通过采用方转圆热挤旋锻的方式使坯料内具有锥形旋转向内收紧的锻造流线，这也是现有技术中未有先例的，尤其是锻造过程中的旋锻部分使本发明具有了应对冲击和疲劳的针对性（常规技术中的高端减压阀一般也仅采用热锻获得直线型流线，对性能有一定改良但不具有应对冲击和疲劳的针对性）；同时本发明突破常规技术中锻造温度要高于材料理论AC3温度值100℃~150℃的温度的理论定势，在长期实践中发现锡磷青铜QSn4-4-4不同于其它铜种，在高于AC3温度值30℃~50℃（一般材料的淬火温度）时已具有相当的塑性，且这时进行热变形，流线改变更为明显和规则，且采用液压装置挤压的形式进行变形也有助于控制内裂纹的产生，同时液压装置挤压也使材料在塑性变形时释放的温度更稳定可控（通过变形，材料会通过自释放热量增温），使始锻温度相较于一般锻造更加稳定和精确，也为后面的旋锻打好了基础；由于热锻时坯料呈方形，易夹紧，当与陶瓷工装主体的圆锥形内孔接触并旋转挤压时，方形棱边的旋转变形远大于圆柱坯料的变形，使得最终获得的弹簧铜丝流线曲度更大、倾斜角度更大。
附图说明
图1 为本发明结构示意图；
图中：减压阀主体1、压力座2、弹簧3、活塞杆4、缓冲装置5、限位结构6。
具体实施方式
实施例1
一种制造抗疲劳耐冲击减压阀的方法，该减压阀包括减压阀主体1、与减压阀主体1匹配的压力座2和限位结构6、抗疲劳耐冲击弹簧3、活塞杆4以及缓冲装置5，其中弹簧3所用铜丝的制造方法包括以下步骤：
1）预准备
①选用锡磷青铜QSn4-4-4铜坯为铜丝原材料；
②选用设置有液压发生装置、旋转推送装置及风冷装置的锻造设备；选用真空电阻炉为始锻加热设备；
③选用设置有四个按顺序轴线间分别呈90°锻造锤头及配套液压输出装置为终锻及夹持工装；再选用包括有锥形内孔的陶瓷工装主体、减震衬板与设置在减震衬板顶部的支撑杆为旋锻工装；
2）锻造
①将锡磷青铜QSn4-4-4铜坯通过真空电阻炉加热至高于其理论AC3温度值40℃的温度，保温按铜坯直径计（21d）min/mm的时间，然后出炉，将铜坯底部固定于旋转推送装置上；
②通过液压发生装置推动与旋转推送装置联动的锻造锤头，以每次变形约5%的进给量和60%的最终变形比将铜坯挤压为截面近似方形的锻造坯，以变形铜坯的一次锻造变形长度为一锻造周期，完成一个周期内最后一次锻造后锻造锤头固定在铜坯表面作为夹具使用；
③以0.38mm/s的速度将截面近似方形的锻造坯在旋转推送装置与锻造锤头联动旋转的基础上沿旋转轴线向陶瓷工装主体内孔内推进；
④在陶瓷工装主体内孔的出口处设置风冷装置，以4bar的压力吹出氮气制冷；
⑤重复步骤②~④至整根铜坯锻造完成；
⑥将锻造好的铜坯在锻造完成后10min内采用-85℃，保温2h冰冷处理；然后采用290℃，保温按铜坯直径计（21d）min/mm的时间，进行回火处理，获得所需铜丝。
根据上述方法制造出的弹簧装配的抗疲劳耐冲击减压阀，包括减压阀主体1、与减压阀主体1匹配的压力座2和限位结构6、抗疲劳耐冲击弹簧3、套装在弹簧3内的活塞杆4、承载在活塞杆4底部限位结构6顶部的缓冲装置5。
实施例2
整体与实施例1一致，差异之处在于：
弹簧3所用铜丝的制造方法包括以下步骤：
①将锡磷青铜QSn4-4-4铜坯通过真空电阻炉加热至高于其理论AC3温度值30℃的温度，保温按铜坯直径计（20d）min/mm的时间，然后出炉，将铜坯底部固定于旋转推送装置上；
②通过液压发生装置推动与旋转推送装置联动的锻造锤头，以每次变形约5%的进给量和55%的最终变形比将铜坯挤压为截面近似方形的锻造坯，以变形铜坯的一次锻造变形长度为一锻造周期，完成一个周期内最后一次锻造后锻造锤头固定在铜坯表面作为夹具使用；
③以0.35mm/s的速度将截面近似方形的锻造坯在旋转推送装置与锻造锤头联动旋转的基础上沿旋转轴线向陶瓷工装主体内孔内推进；
④在陶瓷工装主体内孔的出口处设置风冷装置，以3bar的压力吹出氮气制冷；
⑥将锻造好的铜坯在锻造完成后10min内采用-75℃，保温1.5h冰冷处理；然后采用280℃，保温按铜坯直径计（20d）min/mm的时间，进行回火处理，获得所需铜丝。
实施例3
整体与实施例1一致，差异之处在于：
弹簧3所用铜丝的制造方法包括以下步骤：
①将锡磷青铜QSn4-4-4铜坯通过真空电阻炉加热至高于其理论AC3温度值50℃的温度，保温按铜坯直径计（22d）min/mm的时间，然后出炉，将铜坯底部固定于旋转推送装置上；
②通过液压发生装置推动与旋转推送装置联动的锻造锤头，以每次变形约5%的进给量和65%的最终变形比将铜坯挤压为截面近似方形的锻造坯，以变形铜坯的一次锻造变形长度为一锻造周期，完成一个周期内最后一次锻造后锻造锤头固定在铜坯表面作为夹具使用；
③以0.4mm/s的速度将截面近似方形的锻造坯在旋转推送装置与锻造锤头联动旋转的基础上沿旋转轴线向陶瓷工装主体内孔内推进；
④在陶瓷工装主体内孔的出口处设置风冷装置，以5bar的压力吹出氮气制冷；
⑥将锻造好的铜坯在锻造完成后10min内采用-85℃，保温2h冰冷处理；然后采用300℃，保温按铜坯直径计（22d）min/mm的时间，进行回火处理，获得所需铜丝。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种制造抗疲劳耐冲击减压阀的方法，该减压阀包括减压阀主体(1)、与减压阀主体(1)匹配的压力座(2)和限位结构(6)、抗疲劳耐冲击弹簧(3)、活塞杆(4)以及缓冲装置(5)，其特征在于：其中弹簧(3)所用铜丝的制造方法包括以下步骤：
1）预准备
①选用锡磷青铜QSn4-4-4铜坯为铜丝原材料；
②选用设置有液压发生装置、旋转推送装置及风冷装置的锻造设备；选用真空电阻炉为始锻加热设备；
③选用设置有四个按顺序轴线间分别呈90°锻造锤头及配套液压输出装置为终锻及夹持工装；再选用包括有锥形内孔的陶瓷工装主体、减震衬板与设置在减震衬板顶部的支撑杆为旋锻工装；
2）锻造
①将锡磷青铜QSn4-4-4铜坯通过真空电阻炉加热至高于其理论AC3温度值30℃~50℃的温度，保温按铜坯直径计（20d）min/mm~（22d）min/mm的时间，然后出炉，将铜坯底部固定于旋转推送装置上；
②通过液压发生装置推动与旋转推送装置联动的锻造锤头，以每次变形约5%的进给量和55%~65%的最终变形比将铜坯挤压为截面近似方形的锻造坯，以变形铜坯的一次锻造变形长度为一锻造周期，完成一个周期内最后一次锻造后锻造锤头固定在铜坯表面作为夹具使用；
③以0.35mm/s~0.4mm/s的速度将截面近似方形的锻造坯在旋转推送装置与锻造锤头联动旋转的基础上沿旋转轴线向陶瓷工装主体内孔内推进；
④在陶瓷工装主体内孔的出口处设置风冷装置，以3bar~5bar的压力吹出氮气制冷；
⑤重复步骤②~④至整根铜坯锻造完成；
⑥将锻造好的铜坯在锻造完成后10min内采用-85~-75℃，保温1.5h~2h冰冷处理；然后采用280℃~300℃，保温按铜坯直径计（20d）min/mm~（22d）min/mm的时间，进行回火处理，获得所需铜丝。
2.一种抗疲劳耐冲击减压阀，其特征在于：该减压阀包括减压阀主体(1)、与减压阀主体(1)匹配的压力座(2)和限位结构(6)、抗疲劳耐冲击弹簧(3)、套装在弹簧(3)内的活塞杆(4)、承载在活塞杆(4)底部限位结构(6)顶部的缓冲装置(5)。
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