CN110814647B - 一种控制阀芯及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制阀芯及其加工方法，加工方法按照如下流程实施：下料→车加工端面、第一盲孔、外圆→钻加工→钳加工→热处理→表面处理→车加工定位用内、外圆锥面→粗磨外圆→热处理→精磨外圆→钳加工→入库。本发明将粗加工与精加工分开，合理安排热处理，在加工中合理应用了钻夹具、磨夹具，使其加工流程更加合理、经济，操作方法简便，从而确保工件在加工过程中质量稳定，最终成品零件的尺寸和形状公差合格，相比现有的加工方法其加工时间缩短1/3，生产成本降低2/5，本发明可广泛推广应用。

Description

一种控制阀芯及其加工方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及控制阀芯的加工方法及其加工中使用的工艺辅助装置(装备)。

背景技术

控制阀芯是控制阀中的重要件之一，如图1所示，为控制阀芯的结构示意图，该控制阀芯为合金结构钢材质，控制阀芯的壁厚2.5mm～5mm,长径比3～5。为了提高控制阀的稳定性和使用寿命，控制阀芯的硬度提高到HRC63、精度为IT5，并且控制阀芯的重量要尽量小，为此设计了一种高耐磨性控制阀芯，如说明书附图1所示，此种控制阀芯耐磨、重量轻，从而提高控制阀的稳定性和使用寿命，但此种控制阀芯是薄壁管状件，并且精度要求高，加工过程中易产生变形和裂纹。

目前，控制阀芯的加工方法主要有两种：

第一种加工方法：下料→车(车端面、内外圆，内外圆留余量)→钻(钻孔)→钳(去除毛刺)→热处理(渗碳、淬火、回火)→表面处理(去除氧化物)→磨(磨内孔)→磨(磨外孔，分二次磨)→入库；

第二种加工方法：下料→车(一料制两件，车外圆、两端内孔，外圆留余量)→热处理(渗碳)→钻(钻孔)→车(按一料制两件的中间处车槽，去除渗碳层)→热处理(淬火、回火)→表面处理(去除氧化物)→磨(磨外圆)→车(切断、车凸台外圆)→钻(钻孔)→钳(去除毛刺)→入库。

这两种方法加工的零件都易产生变形和裂纹，并且尺寸不稳定，入库件领出装配时尺寸变化，第一种加工方法中磨内孔作装夹定位，由于磨小孔工艺性差，增加了工作量和难度，第二种加工方法是精磨外圆后车加工、钻孔，易产生装夹变形和划伤。为此，亟需一种保质、稳定、经济的加工方法来满足生产的要求。

发明内容

为解决背景技术中提到的技术问题，本发明旨在提供一种控制阀芯及其加工方法，从而确保短时间内加工合格的控制阀芯，保证产品按时完成，同时确保控制阀芯的尺寸精度要求和形状位置公差要求，并提高控制阀的稳定性和使用寿命。

本发明加工过程中配合多个专用的工艺装置，包括钻夹具、磨夹具和钻孔定位座，加工时按照下述流程实施：下料→车→钻→钳→热处理→表面处理→车→磨→热处理→磨→钳→入库。

本发明通过以下技术方案予以实现。

控制阀芯的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：下料，按零件的外圆和长度放加工余量下料。

步骤二：车加工，车控制阀芯的端面、第一盲孔(内圆柱孔部分)、外圆(外圆柱面部分)，其中外圆留余量。

步骤三：钻加工，分别用钻夹具和钻孔定位座装夹工件，钻第二盲孔和通孔。

步骤四：钳加工，去除毛刺。

步骤五：热处理，包括依次进行的渗碳、淬火、回火。

步骤六：表面处理，去除氧化物，并表面发蓝。

步骤七：车加工，修正顶针定位用内圆锥面和外圆锥面。

步骤八：磨加工，用双顶针定位工件，粗磨外圆。

步骤九：热处理，时效处理。

步骤十：磨加工，用双顶针定位工件，精磨外圆。

步骤十一：钳加工，去除毛刺。

步骤十二：入库。

所述步骤二车加工中，车所有端面、第一盲孔、外圆、内圆锥面和外圆锥面，其中表面粗糙度有要求的外圆留余量、外圆锥面和内圆锥面留余量。

所述步骤三钻加工中，先用钻夹具装夹工件，加长锪钻钻第二盲孔，再用钻孔定位座定位工件，钻通孔。

所述步骤三中，钻夹具包括底座、定位夹紧套和钻套，底座与定位夹紧套螺纹连接，底座和定位夹紧套外圆上有网纹滚花，底座内有一阶梯孔，定位夹紧套上有一盲孔，盲孔端面有一贯穿定位夹紧套端面的第二通孔，钻套置于第二通孔内，沿其轴线方向有一内孔。工件装于底座上，用定位夹紧套定位并夹紧工件，定位夹紧套与工件为间隙配合，定位夹紧套与钻套为过盈配合，钻套内孔与加长锪钻柄部外圆为间隙配合，底座与定位夹紧套是螺纹连接，二者用于夹紧工件。

所述加长锪钻的刃部外圆直径由工件第二盲孔直径确定。

所述钻孔定位座钻孔定位座包括定位工件中心的定位底座和定位通孔钻孔中心的定位轴，定位底座上有一定位槽，定位槽底面有一安装孔，安装孔内为定位轴，定位轴包括用于通孔定位的棱形结构，定位轴端面有一个用于确定钻孔位置的定位孔，定位孔的孔径根据标准钻头直径确定，定位底座确定工件中心位置，定位轴确定钻孔位置，定位底座与工件外圆为间隙配合，定位轴与工件通孔为间隙配合，并且定位轴的定位部分设计为棱形结构。

所述步骤五热处理中，渗碳温度860℃±10℃，随炉冷到820℃±10℃油淬火，回火160℃±10℃。

所述步骤六表面处理，是去除氧化物，并表面发蓝，防在生产过程中生锈。

所述步骤八磨加工，是用专用双顶针定位，顶磨外圆，并留精磨余量。

所述专用双顶针双顶针包括外锥顶针、拨动轴和内锥顶针，外锥顶针端面有一条外圆锥面和一个与拨动轴配合的盲孔，内锥顶针端面有一条内圆锥面，外锥顶针与拨动轴为过盈配合，拨动轴为阶梯轴，其一端置于外锥顶针端面的盲孔中，另一端置于工件的第二盲孔内，外锥顶针和内锥顶针的锥柄分别由磨床主轴锥孔和尾座锥孔确定,外锥顶针与拨动轴为过盈配合。

所述步骤九热处理中，人工时效，温度120℃±10℃，保温10h，防止工件精磨后变形及产生磨削裂纹，保证尺寸、形状公差要求。

所述步骤十磨加工中，是用专用双顶针定位，顶磨外圆，尺寸、形状公差达到要求。

所述步骤十中专用双顶针与步骤八磨加工用的顶针相同。

本发明最大的难点体现在整个阀芯的加工过程设计，整个加工过程需围绕控制阀芯的材质(合金结构钢)、尺寸(控制阀芯的壁厚2.5mm～5mm,长径比3～5)、精度(控制阀芯的硬度提高到HRC63、精度为IT5)做出考虑，特别是钻孔加工和磨加工，对于本发明的控制阀芯最终成品质量稳定(包括尺寸和形状公差)起到关键作用，另一方面，还涉及到加工效率和加工成本的控制。

与现有的加工方法相比：通过本发明的实施，工件在加工过程中质量稳定，最终成品零件的尺寸和形状公差合格，加工时间缩短1/3，生产成本降低2/5。

附图说明

图1是成品控制阀芯的结构示意图；

图2是本发明的加长锪钻结构示意图；

图3是本发明的钻夹具结构示意图；

图4是本发明的钻孔定位座结构示意图；

图5是图4的A向视图；

图6是本发明用的专用双顶针结构示意图；

图中：31-底座、32-定位夹紧套、33-钻套；41-定位底座、42-定位轴；61-外锥顶针、62-拨动轴、63-内锥顶针。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，为板实施例中加工的控制阀芯，包括芯体，芯体的一侧端面开有第一盲孔，第一盲孔的底端面为锥形面，锥形面上开有第二盲孔

H13，第二盲孔

H13的底端面开有贯穿芯体另一侧端面的通孔

且第一盲孔与芯体同轴，第二盲孔

H13与通孔

同轴且轴线与第一盲孔平行并有一间隔。第一盲孔的敞口端有一60°内圆锥面，芯体表面且靠近通孔端圆柱台阶状，其台阶处有一60°外圆锥面，控制阀芯的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：下料，按零件的外圆和长度放加工余量下料；

步骤二：车加工，车端面、内外圆，其中外圆留余量；

步骤三：钻加工，分别用钻夹具和钻孔定位座装夹工件，钻两个小孔；

步骤四：钳加工，去除毛刺；

步骤五：热处理，渗碳、淬火、回火；

步骤六：表面处理，去除氧化物，并表面发蓝；

步骤七：车加工，修正顶针定位用圆锥面；

步骤八：磨加工，用双顶针定位工件，粗磨外圆；

步骤九：热处理，时效处理；

步骤十：磨加工，用双顶针定位工件，精磨外圆；

步骤十一：钳加工，去除毛刺；

步骤十二：入库。

步骤二车加工，车所有端面、第一盲孔、外圆、60°锥面，其中表面粗糙度Ra0.4外圆留余量0.20mm～0.35mm(公差为e10)、60°锥面留余量0.15mm～0.30mm。

步骤三钻加工，先用钻夹具装夹工件，加长锪钻钻孔

H13；再用钻孔定位座定位工件，钻孔

钻夹具由底座31、定位夹紧套32、钻套33组成，工件装于底座31上，用定位夹紧套32定位并夹紧工件，定位夹紧套32与工件为间隙配合H8/e10，定位夹紧套32与钻套33为过盈配合H7/p6，钻套33内孔与加长锪钻柄部外圆为间隙配合H8/f7，底座31与定位夹紧套32是螺纹连接夹紧工件。

加长锪钻的刃部外圆直径

由工件孔

确定。

钻孔定位座由定位底座41和定位轴42组成，定位底座41确定工件中心位置，定位轴42确定钻孔位置，定位底座41与工件外圆为间隙配合H8/e10，定位轴42与工件小孔为间隙配合H13/c11，并且定位轴42的定位部分设计为棱形结构(如图4和图5，棱形结构即图中的棱柱结构，其中两条棱边连接位置采用圆弧过渡，棱形结构的目的是防止过定位)，孔

根据标准钻头直径确定，用于确定钻孔位置。

步骤五热处理，渗碳温度860℃±10℃，随炉冷到820℃±10℃油淬火，回火160℃±10℃。

步骤六表面处理，是去除氧化物，并表面发蓝，防在生产过程中生锈。

步骤八磨加工，是用专用双顶针定位，顶磨外圆，并留精磨余量0.10mm～0.15mm。

专用双顶针由外锥顶针61、拨动轴62和内锥顶针63组成，外锥顶针61和内锥顶针63的锥柄分别由磨床主轴锥孔和尾座锥孔确定,外锥顶针61与拨动轴62为过盈配合H7/p6。

步骤九热处理，人工时效，温度120℃±10℃，保温10h，防止工件精磨后变形及产生磨削裂纹，保证尺寸、形状公差要求。

步骤十磨加工，是用专用双顶针定位，顶磨外圆，尺寸、形状公差达到要求。

以下针对各步骤进行详细解释：

步骤一.下料：按零件的外圆和长度放加工余量下料。

步骤二.车加工：加工图见说明书附图1。

(1)夹坯料外圆，车端面、外圆，外圆留步骤(4)加工余量0.5mm，割断；

(2)夹外圆，车端面，总长尺寸至要求；

(3)夹外圆，钻、扩内孔到要求，车60°内锥面，内锥面留余量0.15mm～0.30mm；

(4)夹外圆(台阶外圆段)，并用标准顶针顶内锥面，车表面粗糙度Ra0.4外圆，留余量0.20mm～0.35mm(公差为e10)；

(5)夹外圆(夹紧点靠近台阶外圆处)，车台阶外圆至要求，车60°外锥面，外锥面留余量0.15mm～0.30mm。

步骤三.钻加工：加工图见说明书附图3、4。

(1)见附图3，工件装于底座31孔中，用定位夹紧套32定位工件并夹紧，用加长锪钻钻孔

(2)见附图4，安装钻孔定位座，把与

相同直径的钻头装于台钻主轴上，用钻头对准定位轴42的孔

固定钻孔定位座，换上钻

孔的钻头，装工件于钻孔定位座上，钻孔

步骤四.钳加工：去除钻孔产生的毛刺。

步骤五.热处理：渗碳、淬火、回火。渗碳温度860℃±10℃，随炉冷到820℃±10℃油淬火，回火温度160℃±10℃。

步骤六.表面处理：去除氧化物，并表面发蓝。

步骤七.车加工：按夹持工件外圆直径尺寸车正车床软爪。

(1)夹工件外圆，车60°内锥面至要求；

(2)夹工件外圆，车60°外锥面至要求。

步骤八.磨加工：见说明书附图6，把专用双顶针装于磨床上(带拨动轴62的外锥顶针61装于磨床主轴，内锥顶针63装于尾座)，用双顶针定位工件，磨外圆

留精磨余量0.10mm～0.15mm。

步骤九.热处理：人工时效，温度120℃±10℃，保温10h。

步骤十.磨加工：见说明书附图6，把专用双顶针装于磨床上(带拨动轴62的外锥顶针61装于磨床主轴，内锥顶针63装于尾座)，用双顶针定位工件，精磨外圆

至要求。

步骤十一.钳加工：用砂纸去除磨后产生的毛刺。

步骤十二.入库。

其中，钻夹具(说明书附图3)由底座31、定位夹紧套32、钻套33组成，工件装于底座31上，用定位夹紧套32定位并夹紧工件，定位夹紧套32与工件外圆为间隙配合H8/e10，定位夹紧套32与钻套33为过盈配合H7/p6，钻套33内孔与加长锪钻夹持外圆为间隙配合H8/f7，底座31与定位夹紧套32是螺纹连接，底座31和定位夹紧套32外圆上有网纹滚花，手动即可夹紧工件。

其中，加长锪钻(说明书附图2)的刃部外圆直径

由工件孔

确定。

其中，钻孔定位座(说明书附图4)由定位底座41和定位轴42组成，定位底座41定位工件中心，定位轴42定位钻孔

中心，定位底座41内孔与工件外圆为间隙配合H8/e10，定位轴42定位外圆与工件孔

为间隙配合H13/c11，并且定位轴42的定位部分设计为棱形结构，孔

根据标准钻头直径确定，用于确定钻孔位置。

其中，专用双顶针(说明书附图6)由外锥顶针61、拨动轴62和内锥顶针63组成，外锥顶针61和内锥顶针63的锥柄分别由磨床主轴锥孔和尾座锥孔确定,外锥顶针61与拨动轴62为过盈配合H7/p6。

Claims (3)

1.一种控制阀芯的加工方法，其特征在于，所述控制阀芯包括芯体，所述芯体的一侧端面开有第一盲孔，第一盲孔的底端面为锥形面，锥形面上开有第二盲孔，第二盲孔的底端面开有贯穿芯体另一侧端面的通孔，且第一盲孔与芯体同轴，第二盲孔与通孔同轴且轴线与第一盲孔平行并有一间隔；所述第一盲孔的敞口端有一内圆锥面，所述芯体表面且靠近通孔端圆柱台阶状，其台阶处有一外圆锥面，加工方法包括以下步骤:

步骤一，下料：按控制阀芯的外圆和长度放加工余量下料；

步骤二，车加工：车控制阀芯端面、第一盲孔、外圆，其中外圆留余量；

步骤三，钻加工：先用钻夹具装夹工件，加长锪钻钻第二盲孔，再用钻孔定位座定位工件，钻通孔；

所述钻夹具包括底座(31)、定位夹紧套(32)和钻套(33)，底座（31）与定位夹紧套(32)螺纹连接，底座(31)和定位夹紧套(32)外圆上有网纹滚花，底座（31）内有一阶梯孔，定位夹紧套(32)上有一盲孔，盲孔端面有一贯穿定位夹紧套(32)端面的第二通孔，钻套(33)置于第二通孔内，沿其轴线方向有一内孔；

所述钻孔定位座包括定位工件中心的定位底座(41)和定位通孔钻孔中心的定位轴(42)，定位底座(41)上有一定位槽，定位槽底面有一安装孔，安装孔内为定位轴（42），定位轴（42）包括用于通孔定位的棱形结构，定位轴（42）端面有一个用于确定钻孔位置的定位孔，定位孔的孔径根据标准钻头直径确定；

步骤四，钳加工：去除毛刺；

步骤五，热处理：包括依次进行的渗碳、淬火、回火；

步骤六，表面处理：去除氧化物，并表面发蓝；

步骤七，车加工：修正顶针定位用内圆锥面和外圆锥面；

步骤八，磨加工：用双顶针定位工件，粗磨外圆；

步骤九，热处理：时效处理；

步骤十，磨加工：用双顶针定位工件，精磨外圆；

所述步骤八磨加工和步骤十磨加工中，双顶针包括外锥顶针(61)、拨动轴(62)和内锥顶针(63)，外锥顶针(61)端面有一条外圆锥面和一个与拨动轴（62）配合的盲孔，内锥顶针(63)端面有一条内圆锥面，外锥顶针(61)与拨动轴(62)为过盈配合，拨动轴(62)为阶梯轴，其一端置于外锥顶针(61)端面的盲孔中，另一端置于工件的第二盲孔内；

步骤十一，钳加工：去除毛刺。

2.根据权利要求1所述的一种控制阀芯的加工方法，其特征在于：所述定位夹紧套(32)与工件外圆为间隙配合，定位夹紧套(32)与钻套(33)为过盈配合，钻套(33)内孔与加长锪钻柄部外圆为间隙配合。

3.根据权利要求1所述的一种控制阀芯的加工方法，其特征在于：所述定位底座(41)内孔与工件外圆为间隙配合，定位轴(42)定位外圆与工件上第二盲孔为间隙配合。

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