CN113446432B - 一种液压比例阀阀芯及其表面织构加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压比例阀阀芯及其表面织构加工工艺，涉及液压阀技术领域，在阀芯与阀套之间的密封面上设有表面织构，表面织构包括若干有序排列在阀芯密封面上的凹坑，凹坑为金字塔结构且金字塔塔尖位于凹坑坑底位置。表面织构采用数控机床压滚加工工艺加工形成，加工工艺包括：S1、设计制造表面织构的织构模具；S2、对阀芯外表面进行精磨外圆；S3、利用数控机床和织构模具对阀芯外表面进行表面织构加工；S4、利用数控珩磨机采用三维气浮夹具对阀芯外表面进行珩磨加工。本发明采用表面织构工艺在液压比例阀阀芯表面形成表面织构，解决阀芯工作油膜保持问题，提高液压比例阀的工作可靠性和使用寿命。

Description

一种液压比例阀阀芯及其表面织构加工工艺

技术领域

本发明涉及液压阀技术领域，尤其涉及一种液压比例阀阀芯及其表面织构加工工艺。

背景技术

液压比例阀相较于其他阀来说有着更高的精度要求，目前阀芯的高精度珩磨加工主要通过数控珩磨机来实现，但是这样不能达到液压比例阀滑动需要的效果状态。原因是传统珩磨工艺方法所产生累计误差大，铰具工装所受外应力波动大，会造成阀芯产生圆柱度变形误差跳动，这样在阀芯与阀孔的配合中，两者之间控制间隙量沿圆周分布不均匀，易造成润滑膜破坏，产生阀芯磨损和运动卡滞力干扰，这个问题在液压加工工艺方面一直没有得到有效解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压比例阀阀芯及其表面织构加工工艺，采用表面织构工艺在液压比例阀阀芯表面形成表面织构，解决阀芯工作油膜保持问题，提高液压比例阀的工作可靠性和使用寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种液压比例阀阀芯，所述阀芯与阀套之间的密封面上设有表面织构，所述表面织构包括若干有序排列在阀芯密封面上的凹坑，所述凹坑为金字塔结构且金字塔塔尖位于凹坑坑底位置。

通过采用上述技术方案，在阀芯的密封面上设置由若干金字塔结构凹坑组成的表面织构，表面织构的凹坑可存储多余的润滑油，当密封面需要时及时补充而不需要重新添加，在阀芯移动过程中其表面很快就可以形成油膜，有效缩短密封面间油膜的形成时间，解决阀芯工作油膜保持问题。同时，表面织构还可以减小摩擦系数，降低摩擦磨损，改善动压润滑性能，降低工作液动力干扰，提高阀芯的使用寿命和可靠性，保证阀芯的工作性能和工作效果。而且，在阀芯外表面设置了凹坑，可以减小阀芯和阀套之间密封面的实际接触面积，从而减少密封面的摩擦和磨损。其中，将凹坑设置为金字塔形状，相较于方形或圆形，其结构较复杂，能够显著提高临界承载能力，进一步提高阀芯的使用寿命。

进一步地，所述表面织构中每个凹坑的深度为1-2μm，开口侧边长为75-120μm，相邻所述凹坑之间的间距为100-200μm，所述表面织构面积占有率为5％-35％。

通过采用上述技术方案，研究表明，凹坑侧边边长及其间距越大，耐磨性越好，且凹坑在深空穴、低密度、小开口条件下的摩擦学性能得到最大程度的提高。结合阀芯的实际使用情况，确定凹坑的深度、开口侧边长、间距及表面织构面积占有率在上述范围内时，阀芯的耐磨效果、使用性能和使用效果都达到较好的状态。

进一步地，所述表面织构采用数控机床压滚加工工艺加工形成。

通过采用上述技术方案，利用数控机床压滚加工工艺在阀芯密封面上压滚成型表面织构，数控加工能够满足常规阀芯表面织构的成型需求，更加安全环保且成本相对较低。

一种液压比例阀阀芯表面织构加工工艺，

S1、设计制造所述表面织构的织构模具；所述织构模具表面设有若干与表面织构中凹坑配合的锥凸，每个所述锥凸的高度为1.2-2.5μm，底边边长为90-145μm，相邻所述锥凸之间的间距为85-165μm；

S2、对所述阀芯外表面进行精磨外圆；表面粗糙度控制在RA＝1-1.5μm；

S3、利用数控机床和所述织构模具对阀芯外表面进行表面织构加工；将所述阀芯定位转动安装在数控机床上，所述织构模具安装在阀芯一侧，数控机床对织构模具施加垂直于阀芯的载荷，在所述阀芯转动过程中织构模具使得阀芯密封面产生变形压痕形成表面织构；

S4、利用数控珩磨机采用三维气浮夹具对阀芯外表面进行珩磨加工；珩磨加工几何公差满足：圆柱度≤0.5-1μm，表面粗糙度RZ＝0.1-0.5μm。

通过采用上述技术方案，首先，根据阀芯所需加工表面织构的密封面长度及外径大小设计织构模具，由于在压滚加工时凹坑周边会被挤压露出材料肩边脊状物，织构模具的平面不能完全与阀芯密封面贴合，所以将织构模具上锥凸的高度和底边边长设计的略大于表面织构中凹坑的高度和开口侧边长，以保证织构模具在阀芯密封面上能够加工出的凹坑满足规格要求。其次，对阀芯表面进行精磨外圆，表面粗糙度控制在RA＝1-1.5μm，在为表面织构加工完成后的珩磨加工留有一定加工余量的同时，避免加工余量过大影响表面织构中凹坑的深度。接着，利用数控机床和设计好的织构模具在阀芯表面加工表面织构，将阀芯定位转动安装在数控机床上，选择和阀芯密封面长度适配的织构模具安装在数控机床上且位于阀芯一侧，数控机床控制阀芯转动，同时驱动织构模具与阀芯密封面抵接并对织构模具施加垂直于阀芯的载荷，这样在阀芯转动过程中，织构模具上的锥凸在阀芯密封面上留下变形压痕形成凹坑，最终在阀芯密封面形成表面织构。其中，可以通过控制对织构模具施加的载荷大小来控制形成的凹坑深度和开口侧边长，满足不同规格的凹坑需求，且保证若干凹坑大小的一致性。最后，数控珩磨机的珩磨精度高且操作方便，利用数控珩磨机采用三维气浮夹具对阀芯外表面进行珩磨加工，满足几何公差要求即可。

进一步地，S3中，所述阀芯的转速n＝1000-4000r/min，数控机床对所述织构模具施加的载荷F＝20-200N。

通过采用上述技术方案，根据阀芯需要加工表面织构的密封面的外径大小选择阀芯合适的转速，根据阀芯需要加工的表面织构中凹坑的大小需求选择数控机床对织构模具施加的载荷大小，在阀芯转速和织构模具所受载荷大小的调整和配合作用下，实现在阀芯密封面上加工出满足规格要求的表面织构，且保证表面织构的成型效果和使用效果。

进一步地，数控机床上设有硬度计，控制数控机床对织构模具施加的载荷大小。

通过采用上述技术方案，在数控机床上设置硬度计可以精确控制数控机床对织构模具施加的载荷大小，有效提高表面织构加工的精度，提高产品合格率和生产效率，降低生产加工成本。

进一步地，S3中，加工过程中在所述织构模具上喷射润滑剂，所述润滑剂的喷射流量q＝0.5-1L/min。

通过采用上述技术方案，在数控机床和织构模具配合压滚加工表面织构的过程中，向织构模具上喷射润滑剂，降低织构模具的磨损，有效提高织构模具的使用寿命，同时可以防止织构模具上粘附杂质影响在阀芯表面加工出的凹坑质量，保证织构模具的使用效果。对润滑剂喷射流量的控制是在保证润滑剂使用效果的同时避免润滑剂的浪费，降低成本。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、利用数控机床压滚加工工艺在阀芯密封面上加工形成包括若干有序排列的金字塔结构凹坑的表面织构，缩短阀芯密封面间油膜的形成时间，解决阀芯工作油膜保持问题，减小摩擦系数，降低摩擦磨损，改善动压润滑性能，降低工作液动力干扰，提高阀芯的使用寿命和可靠性，保证阀芯的工作性能和工作效果；

2、利用数控机床和织构模具压滚加工表面织构，模块化工具组合，可针对不同直径大小的阀芯加工表面织构使用，工艺简单，适用范围广，安全可靠，成本较低，表面织构成型效果好。

附图说明

图1是一种液压比例阀阀芯的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大图；

图3是一种液压比例阀阀芯表面织构加工工艺的流程图；

图4是织构模具的结构示意图；

图5是图4中B部分的放大图；

图6是一种液压比例阀阀芯在数控机床上加工表面织构的安装状态示意图。

图中，1、阀芯；2、表面织构；21、凹坑；3、数控机床；31、硬度计；4、织构模具；41、底板；42、锥凸。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种液压比例阀阀芯，如图1所示，阀芯1外表面有与阀套配合的密封面，在阀芯1的密封面上设有由数控机床3压滚加工工艺加工形成的表面织构2，表面织构2可以减小摩擦系数，降低摩擦磨损，改善动压润滑性能，降低工作液动力干扰，提高阀芯1的使用寿命和可靠性，保证阀芯1的工作性能和工作效果。本实施例中，以阀芯1为圆柱状及其中一个密封面为例。

其中，如图1和图2所示，表面织构2包括若干有序排列在阀芯1密封面上的凹坑21，凹坑21为四棱方锥型的金字塔结构，且金字塔塔尖位于凹坑21坑底位置，这样凹坑21坑底到阀芯1密封面之间各位置的开口边长长度不同，有效提高临界承载能力，进一步提高阀芯1的使用寿命。表面织构2中每个凹坑21的深度为1-2μm，开口侧边长为75-120μm，相邻凹坑21之间的间距为100-200μm，表面织构2面积占有率为5％-35％。在本实施例中，凹坑21的深度为2μm，开口侧边长为为100μm，相邻凹坑21之间的间距为150μm，表面织构2面积占有率为20％。

一种液压比例阀阀芯表面织构加工工艺，如图3所示，包括以下几个步骤：

S1、根据阀芯1所需加工表面织构2的密封面长度及外径大小设计织构模具4，在压滚加工时可以选择合适的织构模具4和数控机床3使用。其中，如图4和图5所示，织构模具4包括一块底板41，在底板41一侧的表面设有若干与表面织构2中凹坑21配合的锥凸42。由于在压滚加工时凹坑21周边会被挤压露出材料肩边脊状物，底板41不能完全与阀芯1密封面贴合，所以设计每个锥凸42的高度为1.2-2.5μm，底边边长为90-145μm，相邻锥凸42之间的间距为85-165μm，这样锥凸42的高度和底边边长设计的略大于表面织构2中凹坑21的高度和开口侧边长，以保证织构模具4在阀芯1密封面上能够加工出的凹坑21满足规格要求。在本实施例中，锥凸42的高度为2.5μm，底边边长为125μm，相邻锥凸42之间的间距为125μm。

S2、利用外圆磨床对阀芯1外表面进行精磨外圆，将阀芯1的表面粗糙度控制在RA＝1-1.5μm，在为表面织构2加工完成后的珩磨加工留有一定加工余量的同时，避免加工余量过大影响表面织构2中凹坑21的深度。

S3、利用数控机床3和设计好的织构模具4在阀芯1表面加工表面织构2。如图6所示，将阀芯1定位转动安装在数控机床3上且其轴线水平设置，将织构模具4安装在阀芯1上方且设有锥凸42一侧向下；数控机床3控制阀芯1转动，同时驱动织构模具4与阀芯1密封面抵接并对织构模具4施加向下垂直于阀芯1的载荷，这样在阀芯1转动过程中，织构模具4上的锥凸42在阀芯1密封面上留下变形压痕形成凹坑21，最终在阀芯1密封面形成表面织构2。

如图6所示，其中，在数控机床3上设有控制其对织构模具4施加的载荷大小的硬度计31，以此来控制阀芯1表面凹坑21的大小和深度，满足不同规格的凹坑21需求，且保证若干凹坑21大小的一致性。另外，数控机床3控制阀芯1的转速n＝1000-4000r/min，对织构模具4施加的载荷F＝20-200N。在压滚加工过程中，还需对织构模具4喷射润滑剂，润滑剂的喷射流量控制在q＝0.5-1L/min，利用润滑剂来降低织构模具4的磨损，提高织构模具4的使用寿命，保证凹坑21的成型质量。在本实施例中，阀芯1的转速为n＝2500r/min，织构模具4所受载荷F＝120N，润滑剂的喷射流量q＝0.5L/min。

S4、织构模具4上的锥凸42挤压阀芯1过程中，每个凹坑21周边都会露出材料肩边脊状物，因此在表面织构2压滚加工完毕后，利用数控珩磨机采用三维气浮夹具对阀芯1外表面进行珩磨加工，保证阀芯1表面的圆柱度和表面粗糙度。其中，珩磨加工几何公差满足圆柱度≤0.5-1μm，表面粗糙度RZ＝0.1-0.5μm即可。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种液压比例阀阀芯，其特征在于：所述阀芯(1)与阀套之间的密封面上设有表面织构(2)，所述表面织构(2)包括若干有序排列在阀芯(1)密封面上的凹坑(21)，所述凹坑(21)为四棱方锥形的金字塔结构且金字塔塔尖位于凹坑(21)坑底位置；所述表面织构(2)中每个凹坑(21)的深度为1-2μm，开口侧边长为75-120μm，相邻所述凹坑(21)之间的间距为100-200μm，所述表面织构(2)面积占有率为5％-35％；所述表面织构(2)采用数控机床(3)压滚加工工艺加工形成。

2.一种液压比例阀阀芯表面织构加工工艺，其特征在于：

S1、设计制造所述表面织构(2)的织构模具(4)；所述织构模具(4)表面设有若干与表面织构(2)中凹坑(21)配合的锥凸(42)，每个所述锥凸(42)的高度为1.2-2.5μm，底边边长为90-145μm，相邻所述锥凸(42)之间的间距为85-165μm；

S2、对所述阀芯(1)外表面进行精磨外圆；表面粗糙度控制在RA＝1-1.5μm；

S3、利用数控机床(3)和所述织构模具(4)对阀芯(1)外表面进行表面织构(2)加工；将所述阀芯(1)定位转动安装在数控机床(3)上，所述织构模具(4)安装在阀芯(1)一侧，数控机床(3)对织构模具(4)施加垂直于阀芯(1)的载荷，在所述阀芯(1)转动过程中织构模具(4)使得阀芯(1)密封面产生变形压痕形成表面织构(2)；所述阀芯(1)的转速n＝1000-4000r/min，数控机床(3)对所述织构模具(4)施加的载荷F＝20-200N；数控机床(3)上设有硬度计(31)，控制数控机床(3)对织构模具(4)施加的载荷大小；

加工过程中在所述织构模具(4)上喷射润滑剂，所述润滑剂的喷射流量q＝0.5-1L/min；

S4、利用数控珩磨机采用三维气浮夹具对阀芯(1)外表面进行珩磨加工；珩磨加工几何公差满足：圆柱度≤0.5-1μm，表面粗糙度RZ＝0.1-0.5μm。

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