CN111941014B - 一种阀座部件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阀座部件加工领域，具体涉及一种阀座部件的加工方法，包括以下步骤：A、准备多个零件；B、部件组装及整体装夹：将多个零件组装成阀座部件，使用夹持工装对阀座部件进行轴向夹持；C、整体加工：使用机床对夹持工装进行夹持，然后在机床上对阀座部件进行加工；D、阀座部件表面处理：对阀座部件的表面进行处理，使阀座部件表面粗糙度达到要求。本方案提高了阀座部件的加工质量。

Description

一种阀座部件的加工方法

技术领域

本发明涉及阀座部件加工领域，具体涉及一种阀座部件的加工方法。

背景技术

随着液化天然气运用领域的增多，我国近几年才开始对LNG超低温阀门结构进行研究。但低温关键材料及零部件制造工艺方法掌握不足，特别是非金属材料及组合部件，其品质及各项工艺达不到要求，往往使得制造的阀门泄漏超标、使用寿命短、难以满足国内外相关标准，如：GB/T12237-2007，API598，BS6364，ISO15848-1或-2，SHELL77/306或77/312等标准。其中，影响阀门泄漏的关键因素之一是球芯与阀座部件的贴合的吻合程度，也就意味着贴合面与阀座部件密封程度、各导向位置及阀座部件制造精度(尺寸及形位公差)要求极高，且各密封部位粗糙度均为0.2微米以内，因此阀座部件加工过程中的制造精度要求是非常高的。

该阀座部件通常由阀座支撑套、聚三氟乙烯阀座环和阀座导向环等组装而成，在组装之前，需要对这三个零件分别进行加工，使它们均达到相应的精度要求后，然后再将它们进行组装。但是这种加工方式存在以下的缺点：

该类阀座部件组成基材类别为：316L不锈钢(或316L不锈钢+硬质合金)+聚三氟乙烯，它属于典型的金属与非金属复合部件。对于金属基材316L不锈钢加工存在切削热大、线膨胀系数大、在一定夹持力方式下易产生塑性变形、同时切削刀具易产生粘刀、易磨损等工艺特点；对于聚三氟乙烯阀座环基材存在切削力小、导热性和耐热性差、热膨胀系数大、塑料膨胀系数是金属的3-4倍的特点，并且聚三氟乙烯阀座环的加工切屑呈带状而容易缠绕在刀具上，加工切屑、刀具以及零件本身三者相互挤压，从而影响加工质量尺寸。因此根据上述材料的自身特点以及加工的方法可知，在组装之前由于需要对单个零件分别进行加工，因此加工过程中需要采用机床自身附件如三爪、四爪、以及自制扇形夹具或者开缝夹套等对相应的三个零件分别进行夹持，这样零件在整个加工过程中会被重复或者多次夹持，零件在夹持力的作用下容易发生形变，从而导致尺寸精度、粗糙度及形位公差难以控制，以及零件的加工表面质量不受控，加工制造成本高等缺点。

另外，对于单个零件加工完成之后，虽然对于单个零件来说，在各自加工之后均能够达到相应的精度、尺寸等要求，但是当多个零件装配之后，由于装配误差的存在，从而容易导致最终装配而成的整个阀座部件的尺寸精度、形位公差等方面达不到阀座部件的整体要求，而最终阀座部件是否符合要求的判断标准是针对阀座部件整体而言的，并不是针对各个零件而言的，故通过上述方法加工出来的阀座部件的质量难以满足相关要求。

发明内容

本发明意在提供一种阀座部件的加工方法，以提高阀座部件的加工质量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种阀座部件的加工方法，包括以下步骤：

A、准备多个零件；

B、部件组装及整体装夹：将多个零件组装成阀座部件，使用夹持工装对阀座部件进行轴向夹持；

C、整体加工：使用机床对夹持工装进行夹持，然后在机床上对阀座部件进行加工。

本方案的原理及优点是：1、本方法先对各个零件组装成阀座部件，再按照阀座部件的尺寸精度、形位公差等要求，对阀座部件整体进行加工，使得加工出来的阀座部件能够满足相关的要求。与先对各个零件进行加工再进行组装相比，能够在一定程度上避免装配的误差，有利于提高阀座部件的加工质量。

2、本方案将各个零件组装成阀座部件整体后，再对阀座部件进行加工，这样无需先对各个零件逐一加工，相比现有技术，无需对单个零件进行装夹，避免了零件被机床多次装夹而发生形变，使得阀座部件在加工过程中，尺寸精度、粗糙度及形位公差较好控制，利于提高阀座部件的加工的质量。

3、本方案中在对阀座部件整体加工过程中，夹持工装对阀座部件进行轴向夹持，由于阀座部件的轴向的厚度远远大于阀座部件的径向侧壁厚度，因此夹持工装在对阀座部件夹持过程中，相比现有技术中对阀座部件径向夹持，阀座部件在轴向方向上的形变可忽略不计，从而减少了因阀座部件在夹持工装的夹持下而发生形变对加工精度产生影响，进而提高了加工的质量。另外，本方案中的机床不对阀座部件进行夹持，机床的机爪是对工装进行夹持，这样可避免阀座部件受到机床机爪的夹持而发生形变，从而提高了阀座部件的加工精度，保证了加工的质量。

4、综上所述，本加工方法工序安排合理，不仅有效的减少装夹次数，提高了工作效率，同时也提高了加工尺寸及精度，提高了阀座部件的加工质量。整个加工方法无需其他先进设备，能够提高加工质量的同时，成本较低。

优选的，作为一种改进，步骤B中以阀座部件的一端作为夹持工装的装夹基准，步骤C中机床夹持位于阀座部件的装夹基准一端上的夹持工装，并以该端作为加工基准。由此，阀座部件的加工基准和阀座部件的装夹基准位于阀座部件的同一端，这样装夹基准和加工基准位于同一个基准点，使得阀座部件在加工时精度能够得到保证。

优选的，作为一种改进，阀座部件的一端直径大于另一端直径；还包括D、阀座部件表面处理：使用机床夹持阀座部件大端的夹持工装，并按照从阀座部件的大端到小端的方向进行阀座部件表面处理。由此，在对阀座部件表面处理时，机床的机爪是对工装进行夹持，这样可避免阀座部件受到机床机爪的夹持而发生形变，有利于保证了阀座部件的质量。由于机床夹持的为阀座部件大端的夹持工装，表面处理时是按照从阀座部件的大端到小端的方向进行处理，相比从阀座部件的小端到大端的方向进行处理，可避免阀座部件的表面对表面处理器产生机械干涉，便于表面处理器移动。

优选的，作为一种改进，夹持工装包括第一夹块和第二夹块，第一夹块和第二夹块之间可拆卸连接有连接件。第一夹块和第二夹块分别对阀座部件的两端进行夹持。连接件用于将第一夹块和第二夹块连接在一起，使得第一夹块和第二夹块将阀座部件夹紧。由于连接件可拆卸连接在第一夹块和第二夹块之间，这样便于夹持工装和阀座部件之间的拆卸和安装。

优选的，作为一种改进，多个零件包括阀座支撑套、阀座导向环和阀座环，阀座支撑套上设有环槽；步骤B中，将阀座环嵌入至阀座支撑套的环槽内，并用阀座导向环压在阀座环上做机械限位。由此，环槽用于放置阀座环，阀座导向环用于对阀座环进行限位，避免阀座环从阀座支撑套上掉出。

优选的，作为一种改进，阀座导向环和阀座支撑套之间通过螺纹固定件进行固定，并使用力矩扳手对螺纹固定件进行紧固。通过螺纹固定件实现了阀座导向环和阀座支撑套之间的固定，通过力矩扳手对螺纹固定件进行固定，能够使得螺纹固定件的拧紧力相等，从而保证了阀座导向环的受力均匀。

优选的，作为一种改进，阀座支撑套的内壁上设有工艺台阶。通过设置工艺台阶，便于阀座支撑套与夹持工装相抵。

优选的，作为一种改进，步骤C中，包括对座部件的外圆的半精车、精车削加工和滚压加工，还包括对阀座环内弧面加工。由此，能够将阀座部件加工到规定的要求。

优选的，作为一种改进，连接件为双头螺杆，双头螺杆的一端拧入第一夹块内，双头螺杆的另一端与第二夹块之间紧固有螺母。由此，将双头螺杆的一端拧入到第一夹块内，双头螺杆的另一端与第二夹块通过螺母连接，实现了第一夹块和第二夹块的连接。采用本方案的连接方式，连接方式比较简单，便于第一夹块和第二夹块之间的拆装，操作简单方便。

优选的，作为一种改进，步骤C和步骤D中均可采用百分表检测机床的装夹精度情况，以及步骤C中采用百分表检测已加工的阀座部件的直线度、圆度、垂直度或者同心度等形位公差。由此，通过检测机床的装夹精度情况，能够使机床在对工装进行夹持时，根据百分表的检测情况，便于对装夹的位置进行校正，保正装夹径向、轴向精度控制在规定的范围内。通过百分表检测已加工的阀座部件的直线度、圆度、垂直度或者同心度等形位公差，便于判断加工的阀座部件是否符合要求。

附图说明

图1为阀座支撑套的全剖视图。

图2为阀座导向环的全剖视图。

图3为阀座环的全剖视图。

图4为阀座部件整体加工时的示意图。

图5为图4中阀座部件上阀座导向环、阀座支撑套、阀座环三者之间的连接部位的放大图。

图6为实施例2中阀座部件表面处理时的示意图。

图7为表面处理器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：定位套100、阀座支撑套101、螺纹固定件102、第一弹簧垫103、阀座导向环105、阀座环106、轴向压板107、第二垫圈108、第二弹簧垫109、螺母110、双头螺杆111、工艺台阶112、环槽113、螺纹孔114、通孔115、表面处理器116。

实施例1

本实施例基本如附图1-图5所示。

一种阀座部件的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、准备多个零件：本实施例中准备如图1所示的阀座支撑套101、图2所示的阀座导向环105以及图3所示的阀座环106三个零件，本实施例中的阀座环106为聚三氟乙烯阀座环。阀座支撑套101的外圆呈阶梯状，阀座支撑套101的左端为小端，右端为大端，阀座支撑套101的右端面上设有环形的环槽113和多个圆周均匀分布的螺纹孔114。阀座导向环105的形状呈环状，阀座导向环105的外壁向外凸出而形成环形的连接部，连接部上设有多个圆周均匀分布的通孔115。阀座环106的形状呈环状，阀座环106的外壁上设有与阀座导向环105相抵的卡台。

B、部件组装及整体装夹：将上述三个零件组装成如图4所示的阀座部件，使用夹持工装对阀座部件进行轴向夹持。本实施例中的夹持工装包括第一夹块和第二夹块，第一夹块和第二夹块之间可拆卸连接有连接件，具体的，第一夹块为定位套100，定位套100的右端设有与阀座支撑套101左端相抵的台阶，第二夹块为轴向压板107，定位套100的左端和轴向压板107的右端均设有用于使机床机爪夹持的夹持部。定位套100的内部设有螺纹孔，轴向压板107上设有使双头螺杆111穿过的孔。本实施例中的连接件为双头螺杆111，当然也可为其他类型的连接件，如螺栓。

本步骤中部件组装及整体装夹的具体方式为：将聚三氟乙烯阀座环106嵌入至阀座支撑套101的环槽113内，并用阀座导向环105套在阀座环106的外侧，阀座导向环105的左端与阀座环106的卡台相抵，从而使得阀座导向环105对阀座环106具有限位作用。然后使用螺纹固定件102(内六角螺钉或者螺栓等)穿过阀座导向环105上的通孔115和阀座支撑套101上的螺纹孔114对阀座导向环105进行固定，同时辅助定力矩扳手做紧固，以形成如图4所示的阀座部件的半成品，当然，为了保证螺纹固定件102的固定效果，结合图5所示，螺纹固定件102和阀座导向环105之间配合使用第一弹簧垫103以及第一垫圈。

以阀座支撑套101的左端的端面和内孔作为装夹基准，将阀座部件的左端端面与定位套100的右端配合，定位套100的右端台阶与阀座部件的左端相抵。为了便于轴向压板107对阀座支撑套101进行夹持，本实施例中的阀座支撑套101上设有工艺台阶112，然后将轴向压板107放入阀座支撑套101工艺台阶112上，双头螺杆111拧入定位套100的螺纹孔内，并用第二垫圈108、第二弹簧垫109、螺母110对双头螺杆111的右端进行紧固，从而形成阀座部件整体待加工。

C、整体加工：图4中使用机床的机爪对定位套100左端的夹持部进行夹持，然后在机床上对阀座部件进行加工。

本步骤中具体的整体加工方法如下：加工前，机床的机爪直接夹持装夹定位套100左端的夹持部，采用百分表J01和J02检测径、轴向装夹精度情况，为确定加工富余量做提前预测。再对刀具T01#、T02#、T03#与机床参数(零点坐标)进行校核，依据设计尺寸信息再编制或制定加工信息。

加工中，以阀座部件的左端为加工基准点，阀座部件外圆各台阶采用T01#反手刀具，从阀座部件的左端的根部起刀，并沿图4刀路径从左至右并执行半精车、精车削加工，其中半精加工，刀尖半径R0.8mm，并时适当加大背吃刀量ap＝0.4mm和进给量f＝0.15mm，切削速度V＝(180～220)m/min；精加工时选择刀尖半径R0.4mm,背吃刀量ap＝0.05mm和进给量f＝(0.03～0.05)mm，切削速度V＝(100～150)m/min。聚三氟乙烯阀座环106内弧面加工，换T02#刀具执行精加工并按照上述精加工参数进行。已对阀座部件各外圆进行精密加工后，采用T03#进行滚压，参数设置：ap＝0.02mm和进给量f＝0.02mm，切削速度V＝(60～80)m/min，以细化精密加工表面不平整度，为进一步各外圆表面处理做基础。

加工后，采用外径百分表J01、J02和J03分别检测并直接或间接判定已加工的直线度、圆度、垂直度和同心度等形位公差。

本步骤中，由于加工基准和装夹基准为同一基准，且刀具起刀的方向为从左到右，这样能够保证阀座部件外圆上各个台阶的加工精度保持一致，从而提高了加工质量。

通过上述步骤可知，本实施例中与现有技术最大的不同之处是，将三个零件组装成阀座部件之后整体进行加工，无需对单个零件进行加工之后再进行组装，并且加工过程中采用夹持工装对阀座部件进行的轴向夹持，机床只需要对夹持工装进行夹持即可，机床无需对阀座部件进行夹持。由此可知，本实施例中工序安排合理，不仅有效的减少装夹次数，提高了工作效率，同时也避免了多次装夹而对使阀座部件产生形变，有利于提高加工尺寸及精度，提高了阀座部件的加工质量。整个加工方法无需其他先进设备，能够提高加工质量的同时，成本较低。

实施例2

在步骤C后面还包括D、阀座部件表面处理：对阀座部件的表面进行处理，使阀座部件表面粗糙度达到要求。

本步骤中具体的表面处理方法为：如图6所示，表面处理前，将已装夹工件整体调换方向，即机床夹持轴向压板107上的夹持部，并采用百分表J01”和J02”辅助装夹校正，保持装夹径向、轴向精度控制在规定范围内。将表面处理器116置于机床刀架上，并将置于相应的表面处理器116对应的耗材：羊毛轮、白洁布轮并均匀浸润有机润滑剂和辅助精抛剂。

表面处理中，待处理阀座部件做转速(8r/min)旋转，移动机床刀架X向或Z向，安全靠近待处理的部件表面并围绕待处理件产生反作用力做低速旋转，使之有机润滑剂和精抛剂均匀附着于待处理表面(时间：5～8min)。在阀座部件的转速以及有机润滑剂和精抛剂均匀附着于待处理表面时间不变的前提下，并夹持安装复核完毕后，再开启表面处理器116的电机(交流电机～220V.AC)，旋转方向必须与机床运动相反(注意配套电机旋转方向)，以转速3500r/min，电流峰值(17～19)A，表面处理运行周期(8～10)min/循环，周期间隔添加适量有机润滑剂和辅助精抛剂，以直到要求表面粗糙度0.2微米以内要求。另外，如图6所示，本步骤中机床的夹持的为轴向压板107，表面处理器116的移动方向为从左向右移动，相比机床夹持定位套100，这样可避免因阀座部件的外圆呈阶梯状而对表面处理器116的移动产生机械干涉。如图7所示，本实施例中的表面处理器116属于现有技术，不是本实施例的发明点所在，在本实施例中不再进行赘述。

实施例3

容易理解，在步骤C或者步骤D中，还可根据实际情况作出改动，例如装夹基准、加工基准的确定，刀具的移动方向、夹持工装的具体结构、加工过程中的参数设计等，如在对阀座支撑套101进行装夹时，可以阀座支撑套101的大端作为装夹基准进行夹持，同时在整体加工过程中使用机床对阀座支撑套101大端的阀座压板进行夹持，在表面处理过程中使用机床对阀座支撑套101大端的阀座压板进行夹持等等；步骤C中，刀具可以从右向左移动等等。这些细小的改动均不会影响本方案的主要发明点，均应落在本发明的保护范围内。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种阀座部件的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、准备多个零件；

B、部件组装及整体装夹：多个零件包括阀座支撑套、阀座导向环和阀座环，所述阀座支撑套上设有环槽，将多个零件组装成阀座部件，所述阀座部件的一端直径大于另一端直径；将阀座环嵌入至阀座支撑套的环槽内，并用阀座导向环压在阀座环上做机械限位，所述阀座导向环和阀座支撑套之间通过螺纹固定件进行固定，并使用力矩扳手对螺纹固定件进行紧固；使用夹持工装对阀座部件进行轴向夹持；所述夹持工装包括第一夹块和第二夹块，所述第一夹块和第二夹块之间可拆卸连接有连接件；所述连接件为双头螺杆，所述双头螺杆的一端拧入第一夹块内，双头螺杆的另一端与第二夹块之间紧固有螺母；

C、整体加工：使用机床对夹持工装进行夹持，然后在机床上对阀座部件进行加工；

D、阀座部件表面处理：使用机床夹持阀座部件大端的夹持工装，并按照从阀座部件的大端到小端的方向进行阀座部件表面处理。

2.根据权利要求1所述的一种阀座部件的加工方法，其特征在于：步骤B中以阀座部件的一端作为夹持工装的装夹基准，步骤 C中机床夹持位于阀座部件的装夹基准一端上的夹持工装，并以该端作为加工基准。

3.根据权利要求1所述的一种阀座部件的加工方法，其特征在于：所述阀座支撑套的内壁上设有工艺台阶。

4.根据权利要求1所述的一种阀座部件的加工方法，其特征在于：步骤C中，包括对座部件的外圆的半精车、精车削加工和滚压加工，还包括对阀座环内弧面加工。

5.根据权利要求1所述的一种阀座部件的加工方法，其特征在于：步骤C和步骤D中均可采用百分表检测机床的装夹精度情况，以及步骤C中采用百分表检测已加工的阀座部件的直线度、圆度、垂直度或者同心度。

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