CN111318858B - 一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法 - Google Patents

一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，属于球阀的加工领域，能够实现对硬密封的双偏心球阀球体的加工，其原始坯料选用棒料，相对于常规的球形坯料，能够避免加工过程中的废料量，节约成本；且借助辅助工装，将球体固定安装在机床上，且使得机床的主轴和尾座的顶尖的连线和球面同心，从而保证了球面精车的精度。

Description

一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法
技术领域
本发明涉及球阀球体的加工领域，尤其是涉及一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法。
背景技术
球阀(ball valve)，启闭件(球体)由阀杆带动，并绕球阀轴线作旋转运动的阀门。亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等的介质。
在球阀球体的生产过程中，球体按类型分有浮动球，固定球，双柄球等，常规球体是指球面、孔、柄等一般都是在一个中心的，所以加工时相对容易；而对于偏心球体，有的是柄和球面不同心，有的是内孔和球面不同心，球体的加工难度相对更难，而对于柄与球面不同心同时内孔与球面也不同心的双偏心球体的加工则更加困难，对于这种双偏心球体的加工，常规的方法是先加工柄，然后在两柄上钻需要偏心的工艺孔，再顶住偏心的工艺孔加工球面，加工后的球面是与柄偏心的，这种方法需要特地加大外圆余量，从而增加了成本。
此外，对于硬密封球体，还需要喷涂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法。
本发明的主要内容包括：
一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，所述球阀包括球体，所述球体具有内孔以及长柄和短柄，且所述内孔的圆心与球体球心不同心，所述长柄和所述短柄的中心点与球体球心不同心；该加工方法包括如下步骤：
S1.获取坯料，并对坯料进行热处理，所述坯料为棒料；
S2.对坯料进行粗加工，得到粗料件，所述粗料件包括球体部以及球体部两端的柄部坯件，所述柄部坯件包括第一柄和第二柄，所述第一柄和所述第二柄的圆心与所述球体部的球心同心；
S3.粗车内孔：钻铣与所述球体部同心的基准孔，并车基准孔的两端，使得所述基准孔的长度符合成品的球体的内孔的长度，所述基准孔的直径小于成品的球体的内孔的直径；
S4.粗车长柄和短柄：将S3完成的工件固定至加工中心，在第一柄的端面上，确定成品的球体的长柄的中心，以此为圆心粗车所述第一柄，使第一柄成为圆心与球体部的球心偏心的圆柱状结构，且所述第一柄的直径、其根部距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离以及其端面距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离均相对于成品保有余量；
随后，在第二柄的端面上，确定成品的球体的短柄的中心，以此为圆心粗车所述第二柄，并使其与成品相比保有余量；
S5.精车短柄：精车第二柄以及第二柄端面上的凸起，使其与成品的尺寸相符；
S6.精车长柄，精车第一柄，使其与成品的尺寸相符；
S7.使用加工中心，精镗基准孔，得到内孔；
S8.精车球面：使用辅助工装固定长柄和短柄，以将工件固定在机床上，使得机床主轴与尾座的顶尖的连线与球体球心同心，对球面进行精车；
S9.后工序处理：对球体进行修磨棱角、孔口R角、去毛刺、与阀座配磨、喷涂碳化钨，所述碳化钨的厚度不小于0.3mm。
优选的，在S9中喷涂碳化钨之前还包括喷涂前处理，所述喷涂前处理包括如下步骤：
S91.使用辅助工装将工件固定在机床上，使得机床主轴与尾座的顶尖的连线与球体球心同心；
S92.沿所述长柄和所述短柄所在的圆形平面的边缘均加工出喷涂环形槽，所述喷涂环形槽的深度为0.3mm至0.5mm，所述喷涂环形槽的内圆的半径大于所述喷涂环形槽的宽度。
优选的，S2的加工过程如下：
在棒料的一端的中心开设工艺孔，所述工艺孔呈喇叭状，通过所述工艺孔将棒料安装至数控机床上，使用数控机床对棒料进行粗加工，得到粗料件。
优选的，S3的加工过程如下：使用普车，夹住球体部外圆，校正后钻镗出基准孔；随后使用孔内撑夹具固定基准孔，以球面为中心，分别车基准孔的两个孔口，使得基准孔的长度等于球体内孔的长度。
优选的，S5的加工过程如下：
首先在第二柄的端面按照成品尺寸，车出凸起；随后精车第二柄的直径以及第二柄柄端的倒角；接着按照成品的尺寸，在所述第二柄的端面车出第二柄根部台阶，最后使用细砂纸抛光第二柄的直径。
优选的，S6的加工过程如下：
其中，所述长柄由其所在的圆形平面向上依次包括第一柄根部台阶、第一级柱体和第二级柱体；加工过程如下：
S61.在第一柄的中心开设呈喇叭状的参考孔；
S62.根据成品的尺寸精车所述第一柄，使其直径等于成品的第一级柱体，并使得所述第一柄的根部与通过球体球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离等于第一级柱体的根部与通过球体球心且与所述长柄的端面平行的平面的距离；
S63.由所述第一柄的端面的边缘向下加工出环形槽，该环形槽的深度等于所述第二级柱体的高度；
S64.加工第一级柱体和第二级柱体的边缘倒角；
S65.沿所述长柄由其所在的圆形平面开设出台阶环形槽，所述台阶环形槽内圆直径等于所述第一柄根部台阶的直径，所述台阶环形槽的深度为1mm；
S66.在第一柄的端面铣槽、钻螺纹孔和两个销孔；
S67.在第二柄的端面钻螺纹孔和两个销孔。
优选的，S8的加工过程如下：所述辅助工装包括适配在长柄上的第一工装和适配在短柄上的第二工装，所述第一工装包括第一本体以及开设在所述第一本体上的第一同心孔以及两个第一连接孔，当将所述第一工装放置在所述长柄上时，所述第一同心孔与球体球心同心，两个所述第一连接孔与所述长柄上的两个销孔对应设置；所述第二工装包括第二本体以及开设在第二本体上的第二同心孔以及两个第二连接孔，当将所述第二工装放置在所述短柄上时，所述第二同心孔与球体球心同心，两个所述第二连接孔与所述短柄上的两个销孔对应设置；
将工件安装在机床上时，机床的主轴和尾座的顶尖分别与所述第一同心孔和第二同心孔相适配；且精车后的球面的光洁度为1.6。
本发明提出了一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，具有如下有益效果：
(1)选用棒料，相对于常规的球形坯料，能够避免加工过程中的废料量，节约成本；
(2)借助辅助工装，将球体固定安装在机床上，且使得机床的主轴和尾座的顶尖的连线和球面同心，从而保证了球面精车的精度。
附图说明
图1为本实施例中球阀成品的一个角度的结构示意图；
图2为本实施例中球阀成品的另一个角度的结构示意图；
图3为本实施例中球阀成品由第一柄侧观察的结构示意图；
图4为本实施例中球阀成品由第二柄侧观察的结构示意图；
图5为本实施例中粗料件的结构示意图；
图6为第一工装的结构示意图；
图7为第二工装的结构示意图；
图8为包含喷涂台阶的球体的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。
本发明提出了一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，不仅能够避免过多废料的产生，且借助辅助工装能够实现高精度的球面精车。
请参阅图1至图8，下面将以型号为M90020的双偏心球体为例详细阐述本发明的技术方案。
图1给出了本实施例的双偏心球体的结构，如图1所示，所述球体1具有内孔10以及长柄20和短柄30，且所述内孔10的圆心与球体1球心不同心，所述长柄20和所述短柄30的中心点与球体1球心不同心，即所述长柄20和所述短柄30的中心轴线PLp与垂直于所述长柄20和短柄30端面的球体直径所在的直线PLs不重合，且内孔10的中心点与球体的球心不重合；具体地，所述球体1的直径SD为135mm，所述内孔10的直径D1为75.1mm，其长度L1为104mm；所述长柄20由其所在的平面向上依次包括第一柄根部台阶210、第一级柱体220以及第二级柱体230，其中，所述长柄20的高度L2(由所述第一柄根部台阶210的根部至所述第二级主体230的端面之间的距离)为25.98mm，第一柄根部台阶210的高度H2为1mm，所述第一柄根部台阶210的根部至通过球体球心且与所述第一柄根部台阶210的端面平行的平面之间的距离HS2为52mm，所述第一级柱体的直径D22为51.98mm，第二级柱体的直径D21为50.7mm；而所述短柄同样具有第二柄根部台阶，且其高度H3为1mm，其根部至通过球体球心且与所述短柄端面平行的平面的距离HS3为52mm；所述短柄30的直径D3为51.98mm；同时，所述长柄20和所述短柄30所在的平面的直径均为60mm。
上述数据为合格的双偏心球体的参数，图3和图4分别给出了由长柄侧和短柄侧观察的球体的示意图，下面将详细阐述加工该双偏心球体的加工步骤，具体如下：
S1.获取坯料，并对坯料进行热处理，所述坯料为棒料，在本实施例中，选择的棒料的直径为140mm。
S2.对坯料进行粗加工，得到粗料件，如图5所示，所述粗料件包括球体部1’以及球体部两端的柄部坯件，所述柄部坯件包括第一柄20’和第二柄30’，此步骤得到的所述第一柄20’和所述第二柄30’的圆心与所述球体部1’的球心是同心的。
具体地，首先在棒料的一端的中心开设3×60°(mm)的工艺孔100，所述工艺孔100呈喇叭状，且工艺孔的深度为5mm；通过所述工艺孔100将棒料安装至数控机床上，使用数控机床对棒料进行粗加工，使得所述第一柄20’的直径D2’大于所述长柄20的第一柄根部台阶210的直径D22，所述第二柄30’直径D3’大于所述短柄30的直径D3；且所述球体部1’的直径SD’大于球体1的直径SD，即保有一定的余量；在本实施例中，所述第一柄20’的直径D2’和第二柄30’的直径D3’均为65mm，而所述第一柄20’的高度L2’为25mm；所述第二柄30’的高度L3’为17.5mm；同时，所述第一柄20’所在的平面直径D200和所述第二柄30’所在的平面310的D310均为82.28mm。
通过S2的粗加工，即可由原棒料得到粗料件，相对于传统的球体加工方式，节约了原料。
S3.粗车内孔：本步骤用于钻镗出内孔的雏形，具体地，使用普车，使用现有的球体夹具，夹住球体部1’的外圆，校正后钻镗出基准孔10’；随后使用孔内撑夹具固定基准孔10’，然后以球面为中心，分别车出基准孔10’的两个孔口，使得基准孔10’的长度等于球体1内孔10的长度L1，即为104mm,此时，所述基准孔10’的直径为65mm，其小于成品的球体的内孔10的直径。
S4.粗车长柄和短柄：将S3完成的工件使用定位夹具定位住所述第二柄30’以将工件固定至加工中心，然后在第一柄的端面上，根据成品的球体的长柄的中心，将其做为圆心，对所述第一柄20’进行粗车，也即向平行于基准孔100的方向偏4mm，使第一柄20’成为其圆心与球体部1’的球心偏心的圆柱状结构，且所述第一柄的直径D2’、其根部距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离(相当于对图5中的HS2’的长度进行加工)以及其端面距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离(相对于对图5中(HS2’+L2’)的长度进行加工)均相对于成品保有余量；此时，所述第一柄的直径D2’为55mm；其根部距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离为53.5mm，其端面距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离为78.5mm。
在实际加工中，上述参数均允许一定的误差，得到与球体偏心的长柄的雏形。
随后，在第二柄20’的端面上，确定成品的球体的短柄的中心，以此为圆心粗车所述第二柄，并使其与成品相比保有余量。
S5.精车短柄：精车第二柄以及第二柄端面上的凸起，使其与成品的尺寸相符；具体地，使得经过本步骤后的第二柄20’的端面至与其平行的且通过球心的平面的距离在70.5mm，并车出气端面上的凸起300，该凸起300的规格为3×45°，且使得所述凸起300的根部至与其平行的且通过球心的平面的距离在69mm，并车出所述第二柄30’的直径在51.98mm，同时车出端面的倒角，使得所述第二柄30’的根部至与其平行的且通过球心的平面的距离在53mm，并车出所述第二柄根部台阶310，且所述第二柄根部台阶的边缘具有60°的倒角，同时，其外圆直径为60mm；且所述第二柄根部台阶310的深度H3为1mm，并使用细砂纸抛光柄直径。
S6.精车长柄，精车第一柄20’，使其与成品的尺寸相符；具体步骤如下：
S61.在第一柄20’的中心开设呈喇叭状的参考孔,规格为Φ3x60°(mm)，深5。
S62.根据成品的尺寸精车所述第一柄20’，使其直径等于成品的第一级柱体，即此时所述第一柄20’的直径为51.98mm，且所述第一柄20’的根部与通过球体球心且与所述第一柄20’的端面平行的平面的距离为53mm，即等于第一级柱体220的根部与通过球体1球心且与所述长柄的端面平行的平面的距离(相当于图2中的(H2+HS2)之间的距离)；而所述第一柄20’的端面与通过球体球心且与所述第一柄20’的端面平行的平面的距离为78mm，也即相当于图2中的HS减去(HS3+L3)；
S63.由所述第一柄20’的端面的边缘向下加工出环形槽，该环形槽的深度等于所述第二级柱体230的高度9mm；而该环形槽的内圆直径则等于第二级柱体230的直径D21，即50.7mm；也即在S62加工后的基础上加工出所述第二级柱体230；
S64.加工第一级柱体和第二级柱体的边缘倒角；
S65.沿所述长柄由其所在的圆形平面开设出台阶环形槽，所述台阶环形槽内圆直径等于所述第一柄根部台阶210的直径，即60mm，所述台阶环形槽210的深度为1mm，且加工出气边缘的45°倒角；并用细砂纸抛光柄直径；
S66.将球体放置在加工中心，在第一柄20’的端面铣槽、钻螺纹孔和两个销孔,以待后续精加工球面之用，槽宽20mm，槽底至内孔10的中心的距离为69mm，同时找正柄中心钻BSW5/16"螺纹，且底孔的直径为6.5mm，且钻深13mm，攻深10mm；两个销孔的中心距37mm，直径为2mm，且孔深10mm；
S67.将工件旋转180°，在第二柄的端面钻螺纹孔和两个销孔，该螺纹孔的规格为2-BSW1/4"，其钻深13mm，攻深10mm；两个销孔中心距28mm，直径2mm，孔深10mm。
S7.使用加工中心，使用现有的工件固定球体，以偏离基准孔100的中心4mm处，使用铣刀精镗基准孔，得到内孔，此时，内孔直径为75.1mm。
S8.精车球面：使用辅助工装固定长柄20和短柄30，以将工件固定在机床上，使得机床主轴与尾座的顶尖的连线与球体球心同心，对球面进行精车。
S8的加工过程如下：请结合图6和图7，所述辅助工装包括适配在长,20上的第一工装和适配在短柄30上的第二工装，所述第一工装包括第一本体40以及开设在所述第一本体40上的第一同心孔41以及两个第一连接孔42，当将所述第一工装放置在所述长柄20上时，所述第一同心孔41与球体球心同心，两个所述第一连接孔42与所述长柄20上的两个销孔对应设置；而所述第二工装包括第二本体50以及开设在第二本体50上的第二同心孔51以及两个第二连接孔52，当将所述第二工装放置在所述短柄30上时，所述第二同心孔51与球体球心同心，两个所述第二连接孔52与所述短柄上的两个销孔对应设置；而将工件安装在机床上时，机床的主轴和尾座的顶尖分别与所述第一同心孔41和第二同心孔51相适配，从而能够准确地对球面进行精车，得到球体的直径SD为135mm，且精车后的球面的光洁度为1.6。
S9.喷涂前处理：包括如下步骤：
S91.使用辅助工装(即第一工装和第二工装)将工件固定在机床上，使得机床主轴与尾座的顶尖的连线与球体球心同心；
S92.沿所述长柄20和所述短柄30所在的圆形平面的边缘均加工出喷涂环形槽200，如图8所示，所述喷涂环形槽的深度L200为0.3mm，所述喷涂环形槽200的内圆的半径大于所述喷涂环形槽的宽度，具体地，所述喷涂环形槽200的内圆直径为76mm，通过此步骤，能够使得在后续的喷涂碳化钨时，保证球面与柄根部交汇处喷涂层的整体结合率，还能够减轻因需要保证尺寸需要过多的加工操作。
喷涂之后再进行后工序处理即可完成加工。具体包括对球体进行修磨棱角、孔口R角，使其由大到小圆滑过渡；然后去毛刺、刻字、与阀座配磨、喷涂碳化钨，所述碳化钨的厚度不小于0.3mm，最终经检验合格后即可装箱，标识入成品库。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，所述球阀包括球体，所述球体具有内孔以及长柄和短柄，且所述内孔的圆心与球体球心不同心，所述长柄和所述短柄的中心点与球体球心不同心；其特征在于，该加工方法包括如下步骤：
S1.获取坯料，并对坯料进行热处理，所述坯料为棒料；
S2.对坯料进行粗加工，得到粗料件，所述粗料件包括球体部以及球体部两端的柄部坯件，所述柄部坯件包括第一柄和第二柄，所述第一柄和所述第二柄的圆心与所述球体部的球心同心；
S3.粗车内孔：钻铣与所述球体部同心的基准孔，并车基准孔的两端，使得所述基准孔的长度符合成品的球体的内孔的长度，所述基准孔的直径小于成品的球体的内孔的直径；
S4.粗车长柄和短柄：将S3完成的工件固定至加工中心，在第一柄的端面上，确定成品的球体的长柄的中心，以此为圆心粗车所述第一柄，使第一柄成为圆心与球体部的球心偏心的圆柱状结构，且所述第一柄的直径、其根部距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离以及其端面距离经过球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离均相对于成品保有余量；
随后，在第二柄的端面上，确定成品的球体的短柄的中心，以此为圆心粗车所述第二柄，并使其与成品相比保有余量；
S5.精车短柄：精车第二柄以及第二柄端面上的凸起，使其与成品的尺寸相符；
S6.精车长柄，精车第一柄，使其与成品的尺寸相符；
S7.使用加工中心，精镗基准孔，得到内孔；
S8.精车球面：使用辅助工装固定长柄和短柄，以将工件固定在机床上，使得机床主轴与尾座的顶尖的连线与球体球心同心，对球面进行精车；
S9.后工序处理：对球体进行修磨棱角、孔口R角、去毛刺、与阀座配磨、喷涂碳化钨，所述碳化钨的厚度不小于0.3mm。
2.根据权利要求1所述的一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，其特征在于，在S9中喷涂碳化钨之前还包括喷涂前处理，所述喷涂前处理包括如下步骤：
S91.使用辅助工装将工件固定在机床上，使得机床主轴与尾座的顶尖的连线与球体球心同心；
S92.沿所述长柄和所述短柄所在的圆形平面的边缘均加工出喷涂环形槽，所述喷涂环形槽的深度为0.3至0.5mm，所述喷涂环形槽的内圆的半径大于所述喷涂环形槽的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，其特征在于，S2的加工过程如下：
在棒料的一端的中心开设工艺孔，所述工艺孔呈喇叭状，通过所述工艺孔将棒料安装至数控机床上，使用数控机床对棒料进行粗加工，得到粗料件。
4.根据权利要求1所述的一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，其特征在于，S3的加工过程如下：使用普车，夹住球体部外圆，校正后钻镗出基准孔；随后使用孔内撑夹具固定基准孔，以球面为中心，分别车基准孔的两个孔口，使得基准孔的长度等于球体内孔的长度。
5.根据权利要求1所述的一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，其特征在于，S5的加工过程如下：
首先在第二柄的端面按照成品尺寸，车出凸起；随后精车第二柄的直径以及第二柄柄端的倒角；接着按照成品的尺寸，在所述第二柄的端面车出第二柄根部台阶，最后使用细砂纸抛光第二柄的直径。
6.根据权利要求1所述的一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，其特征在于，S6的加工过程如下：
其中，所述长柄由其所在的圆形平面向上依次包括第一柄根部台阶、第一级柱体和第二级柱体；加工过程如下：
S61.在第一柄的中心开设呈喇叭状的参考孔；
S62.根据成品的尺寸精车所述第一柄，使其直径等于成品的第一级柱体，并使得所述第一柄的根部与通过球体球心且与所述第一柄的端面平行的平面的距离等于第一级柱体的根部与通过球体球心且与所述长柄的端面平行的平面的距离；
S63.由所述第一柄的端面的边缘向下加工出环形槽，该环形槽的深度等于所述第二级柱体的高度；
S64.加工第一级柱体和第二级柱体的边缘倒角；
S65.沿所述长柄由其所在的圆形平面开设出台阶环形槽，所述台阶环形槽内圆直径等于所述第一柄根部台阶的直径，所述台阶环形槽的深度为1mm；
S66.在第一柄的端面铣槽、钻螺纹孔和两个销孔；
S67.在第二柄的端面钻螺纹孔和两个销孔。
7.根据权利要求6所述的一种硬密封双偏心球阀球体的加工方法，其特征在于，S8的加工过程如下：所述辅助工装包括适配在长柄上的第一工装和适配在短柄上的第二工装，所述第一工装包括第一本体以及开设在所述第一本体上的第一同心孔以及两个第一连接孔，当将所述第一工装放置在所述长柄上时，所述第一同心孔与球体球心同心，两个所述第一连接孔与所述长柄上的两个销孔对应设置；所述第二工装包括第二本体以及开设在第二本体上的第二同心孔以及两个第二连接孔，当将所述第二工装放置在所述短柄上时，所述第二同心孔与球体球心同心，两个所述第二连接孔与所述短柄上的两个销孔对应设置；
将工件安装在机床上时，机床的主轴和尾座的顶尖分别与所述第一同心孔和第二同心孔相适配；且精车后的球面的光洁度为1.6。
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