ITTO960690A1

ITTO960690A1 - Elemento per valvola a sfera e metodo per la sua fabbricazione.

Info

Publication number: ITTO960690A1
Application number: IT96TO000690A
Authority: IT
Inventors: Seiji Shiokawa
Original assignee: Kohshin Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 1998-02-09
Also published as: JPH0953732A; JP3113180B2; US5988590A; KR970011519A; IT1284742B1; TW353627B

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale avente per titolo:

"Elemento per valvola a sfera e metodo per la sua fabbricazione "

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un elemento per una valvola a sfera prevista in un circuito di fluido per commutare tra una stato in cui il fluido può scorrere ed uno stato in cui si impedisce al fluido di scorrere, e ad un metodo per fabbricare un elemento per valvola a sfera.

Un elemento per valvola a sfera è un elemento a forma di sfera che ha un foro passante per il passaggio di un fluido idraulico. L'elemento ha inoltre una cavità formata sulla superficie esterna dell'elemento in cui si inserisce un gambo per far ruotare l'elemento. Un elemento per valvola a sfera viene prodotto di solito tranciando un pezzo di barra rotonda, lavorando a macchina il pezzo tranciato nella forma a sfera richiesta, e ricavando un foro attraverso l'elemento per valvola. In alternativa, l'elemento per valvola può essere gettato o forgiato, e quindi conformato alla macchina e perforato.

Negli anni recenti, sono stati proposti metodi per ridurre il tempo che occorre per fabbricare elementi per valvole a sfera, e per realizzare gli elementi a costo inferiore. In uno di questi metodi descritto nel documento JP-B-6-21670, si utilizza uno stampo di pressa per formare un tubo a forma di sfera. Questo metodo convenzionale comprende una fase in cui si forma una cavità per l'alberino della valvola, che è seguita da una fase in cui si forma la superficie esterna in forma sferica. Tuttavia, nella seconda fase, il tubo deve essere formato nella forma sferica con un distanziatore inserito nella cavità. Per questo, il pezzo (il tubo) da conformare deve essere allineato con precisione nella direzione da cui si inserisce il distanziatore nella cavità. Questo posizionamento del pezzo è un compito lungo che rende difficile aumentare l'efficienza operativa. Un altro problema è che la necessità di prevedere il materiale distanziatore aumenta la complessità strutturale dello stampo di pressa, e ne può derivare un errore nel posizionamento del pezzo in un prodotto formato in modo difettoso oppure uno stampo danneggiato.-Inoltre, se, nel tentativo di facilitare il posizionamento del pezzo, si forma la superficie sferica senza utilizzare un distanziatore, il risultato è una differenza fondamentale della resistenza alla deformazione tra il lato in cui si è formata la cavità ed il lato opposto dove non si è formata alcuna cavità. Ciò può dar luogo a cavità formate in modo eccentrico, non si può soddisfare la necessità di comprendere una grande tolleranza di lavorazione a macchina dato che non si può realizzare una superficie sferica precisa, ed altri problemi analoghi.

Uno scopo della presente invenzione è quello di prevedere un elemento per valvola a sfera ed un metodo per fabbricare un elemento per valvola a sfera che impedisca la formazione di cavità eccentriche ed elimini la necessità di posizionare il materiale del pezzo di elemento per valvola a sfera.

Per ottenere il suddetto scopo, la presente invenzione prevede un metodo per fabbricare un elemento per valvola a sfera, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di procedimento di formazione di cavità in cui si utilizza uno stampo di pressa per formare due cavità,per gambi in una superficie periferica esterna di materiale per tubi tagliato ad una dimensione prescritta, le cavità per gambi essendo formate in posizioni che sono simmetriche rispetto ad un asse centrale del<' >materiale per tubi, e

una fase di procedimento di formazione dell'elemento di forma sferica in cui il materiale per tubi in cui si sono formate le cavità per gambi viene posto in uno stampo diviso avente superfici di formatura sostanzialmente sferiche con aperture nel materiale per tubi di fronte alle superfici di formatura sferiche dello stampo diviso, e lo stampo diviso esercita una pressione per deformare in modo uniforme e simmetrico il materiale per tubi in una sfera.

Il suddetto metodo comprende inoltre l'inserimento di un manicotto nel materiale per tubi in cui si sono formate le cavità per gambi, prima di porre il materiale per tubi nello stampo diviso da formare in una sfera.

L'elemento per valvola a sfera secondo la presente invenzione è formato tagliando materiale per tubi ad una dimensione prescritta, formando due cavità per gambi nella superficie periferica esterna del materiale per tubi, con le cavità per gambi formate in posizioni che sono simmetriche rispetto all'asse centrale del tubo, che viene quindi formato in forma di sfera.

Come sopra descritto, il materiale per tubi è formato a forma di sfera dopo che si sono formate le due cavità per gambi nella superficie periferica in posizioni simmetriche, consentendo la formazione delle cavità senza eccentricità. Inoltre, il materiale per tubi può essere posto nello stampo senza preoccuparsi della direzionalità. Ciò riduce notevolmente i problemi quali stampi danneggiati e prodotti difettosi generati da un posizionamento errato del pezzo, e contemporaneamente aumenta l'efficienza operativa.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione, la sua natura e vari vantaggi risulteranno più chiari dalla seguente descrizione dettagliata dell'invenzione e dai disegni allegati, in cui: la Figura 1 è una vista in sezione trasversale che illustra l'elemento per valvola della presente invenzione incorporato in una valvola a sfera;

la Figura 2 à una vista laterale di una forma di realizzazione della valvola a sfera dell 'invenzione;

la Figura 3 è una vista in sezione trasversale che illustra lo stampo di pressa di formazione delle cavità con il materiale per tubi all'interno;

la Figura 4 è una vista in sezione trasversale che illustra lo stampo di pressa di Figura 3 che forma le cavità per gambi;

la Figura 5 è una vista in sezione trasversale sulla linea IV-IV di Figura 4;

la Figura 6 è una vista in sezione trasversale che illustra lo stampo di pressa per la formazione della sfera con il materiale per tubi all'interno; e

la Figura 7 è una vista in sezione trasversale che illustra lo stampo di pressa di Figura 5 nel procedimento di formazione di una sfera.

Verrà ora descritta ima forma di realizzazione della presente invenzione con riferimento ai disegni .

Con riferimento alla Figura 1, una valvola a sfera 1 comprende principalmente un corpo 2 in ghisa costituito da una coppia di elementi separabili 2a e 2b, un elemento 4 per valvola a forma di sfera previsto in modo rotante in una camera di valvola 3 formata dal corpo, ed un'astina 5 per far ruotare l'elemento per valvola 4. E' prevista una guarnizione 6 tra la camera di valvola 3 e l'elemento per valvola 4, intorno all'astina 5, ed in altri posti. appropriati per impedire le perdite di fluido.

Il corpo 2 ha canali di flusso 7a e 7b che passano attraverso la camera di valvola 3. Le estremità dei canali 7a e 7b distanti dalla camera di valvola 3 sono dotate di flange 8a e 8b per collegarsi alla tubazione.

Come illustrato in Figura 2, l'elemento per valvola 4 è un elemento di forma sferica comprendente un guscio sferico 9 avente un manicotto 10 in esso inserito, ed un canale passante 11 che può comunicare con i canali di flusso nel corpo, il canale passante 11 essendo formato perpendicolare al centro di rotazione RL dell 'elemento per valvola 4. Una cavità per astina 12 è formata in due posizioni sulla superficie periferica esterna del guscio sferico 9 attraverso cui passa il centro di rotazione RL. Le cavità 12 servono ciascuna a trasmettere la forza di rotazione dell'astina 5 all'elemento per valvola 4. A condizione che le cavità 12 siano conformate in modo che l'astina 5 non ruoti in esse e sia abbastanza robusta da non rompersi, le cavità 12 possono essere ciascuna sotto forma di scanalatura avente sezione trasversale quadrata ed un fondo, come in questa forma di realizzazione oppure sotto forma di scanalatura non avente fondo. Le cavità 12 sono poste in due punti lungo il centro di rotazione RL e sono simmetriche rispetto all'asse centrale SL del canale passante 11 (nella parte superiore ed in quella inferiore, rispetto alla forma di realizzazione illustrata) . Cosi, l'elemento per valvola 4 è formato in modo simmetrico sia verticalmente sia orizzontalmente.

L'estremità dell'astina 5 si inserisce in una delle due cavità 12 nell'elemento per valvola 4. L'altra cavità 12 è utilizzata soltanto come riserva. Se una cavità 12 è danneggiata dalla forza di rotazione dell'astina 5, l'elemento per valvola 4 può essere fatto ruotare verticalmente per utilizzare l'altra cavità 12. Mentre la suddetta descrizione è stata effettuata con riferimento alla formazione di due cavità 12, si può formare una singola cavità 12 invece di due cavità.

Verrà descritto ora con riferimento alla Figura 3 il metodo di fabbricazione dell'elemento per valvola 4 della valvola a sfera 1 così costituita. In primo luogo, il materiale per tubi viene tagliato ad una dimensione prescritta.. Si forma una porzione rastremata 14 sul bordo interno di ciascuna delle aperture del materiale per tubi 13; sul lato interno della porzione rastremata 14, si forma una scanalatura 15 che impegna il manicotto 10. La porzione rastremata 14 e la scanalatura 15 sono formate per lavorazione a macchina. Quindi, si formano le cavità per gambi 12 nel materiale per tubi 13. Come illustrato in Figura 3, le cavità 12 sono formate utilizzando uno stampo di pressa 16 che si divide verticalmente in una metà di stampo superiore 16a ed in una metà di stampo inferiore 16b. Con lo stampo di pressa 16 chiuso sul materiale per tubi 13, si ha un punzone 17 a forma di piastra che può essere premuto verso l'interno attraverso un'apertura al centro di ciascuna delle metà di stampo 16a e 16b.

Lo stampo di pressa 16 è inoltre dotato di una coppia di stampi anima 18a e 18b disposti sulle sue aperture. Gli stampi anima 18a e I8b possono essere inseriti in modo estraibile nelle aperture, ed hanno porzioni di base 19a e 19b di. grande diametro, estremità anteriori 2la e 21b di diametro piccolo, e porzioni 20a e 20b di diametro medio da inserire nel materiale per tubi 13. I gradini tra le porzioni 19a e 19b di diametro grande e le porzioni 20a e 20b di diametro medio hanno la funzione di posizionare il materiale per tubi 13 a pressione contro le estremità del materiale per tubi 13. La funzione delle porzioni 20a e 20b di diametro medio è quella di mantenere il diametro interno del materiale per tubi 13. Le porzioni 2la e 21b di diametro piccolo funzionano come uno stampo femmina in cui le cavità 12 sono formate dall 'inserimento dei punzoni 17.

Per formare le cavità 12 con uno stampo di pressa 16, si aprono le metà superiore ed inferiore di stampo 16a e 16b ed il materiale per tubi 13 viene posto all'interno e tenuto in posizione da una maschera appropriata (non illustrata), come illustrato in Figura 3. Quando lo stampo di pressa 16 si chiude e gli stampi anima 18a e 18b si inseriscono nel materiale per tubi 13, il materiale per tubi 13 è posizionato dalle porzioni di posizionamento degli stampi anima lBa e 18b. Quando si è completato questo posizionamento, i punzoni superiore ed inferiore 17 vengono spinti verso l'interno con notevole pressione per incavare una porzione del materiale per tubi 13 intorno alle porzioni 2la e 21b di piccolo diametro degli stampi anima 18a e 18b. Durante il periodo in cui L punzoni 17 sono forzati per creare le cavità, le metà superiore ed inferiore di stampo 16a e 16b si serrano sulla superficie esterna del materiale per tubi 13 mentre le porzioni 2Sa e 20b di diametro medio degli stampi anima 18a e 18b sono tenute contro la superficie interna del materiale per tubi 13 . Ciò consente di formare le cavità 12 in posizioni sul materiale per tubi 13 che sono simmetriche rispetto all'asse centrale SL (nella parte superiore ed in quella inferiore, nei disegni) . E' preferibile che le dimensioni delle cavità 12 (lo spessore dei punzoni 17) formate in questa fase siano stabilite in modo da essere leggermente maggiori delle dimensioni di finitura.

Dopo il completamento della fase di formazione delle cavità, si inserisce il manicotto 10 nel materiale per tubi 13 per la fase in cui il materiale per tubi 13 è formato in una sfera (Figura 6). Uno stampo di pressa 25 utilizzato nella fase di procedimento di formazione della sfera ha superfici di formatura interne 26 sostanzialmente sferiche e può essere diviso in due. Nella configurazione illustrata, lo stampo di pressa 25 è diviso in una metà sinistra 25a ed una metà destra 25b. Il materiale per tubi 13 in cui si sono formate le cavità 12 è posto nello stampo di pressa 25, preferibilmente con le aperture del materiale di tubo 13 di fronte alle superfici di formatura 26. Non è necessario inserire un distanziatore o simili nelle cavità 12 durante questa fase di formatura, e dato che il materiale per tubi 13 deve essere formato in una sfera, non è necessario specificare in modo vincolante o preciso l'allineamento direzionale del materiale per tubi 13 rispetto allo stampo 25. La precisione di formatura non viene influenzata anche se si varia ogni volta la direzione. A confronto con la soluzione convenzionale, questo rende più semplice caricare lo stampo, migliora l'efficienza, e rende possibile automatizzare il procedimento di carico dello stampo.

Con riferimento alla Figura 7, quando le metà di stampo 25a e 25b caricate vengono portate insieme sotto pressione, le superfici di formatura 26 delle metà di stampo 25a e 25b comprimono le porzioni di apertura del materiale per tubi 13 nella direzione indicata in Figura 7 dalle frecce B, mentre contemporaneamente l'ingobbamento fa sì che il diametro della porzione centrale del materiale per tubi 13 si espanda nella direzione indicata dalle frecce A. Dato che le cavità 12 sono formate simmetricamente sul materiale per tubi 13, la pressione ad ogni estremità viene equilibrata (nei disegni, la pressione che agisce sulla parte superiore e la pressione che agisce sulla parte inferiore), in modo che, globalmente, la pressione agisca in modo uniforme. Come risultato, non si ha alcuna deformazione delle cavità 12, e si può cosi minimizzare la tolleranza di macchina.

La compressione delle porzioni di apertura del materiale per tubi 12 piegano la scanalatura 15 intorno alle estremità del manicotto 10, fissando in tal modo il manicotto 10 in posizione, e la porzione rastremata 14 diventa più o meno a filo con la superficie interna del manicotto 10. Quando il materiale per tubi 13 è sottoposto ad una pressione sufficiente, la porzione centrale si ingobba verso l'esterno e si deforma in modo plastico nella forma delle superfici di formatura dello stampo, formando in tal modo il materiale per tubi 13 in una sfera sotto forma di guscio sferico 9. Nel procedimento di pressatura, la dimensione interna di ogni cavità 12 si riduce insieme ad ogni porzione in accoppiamento con la porzione di spallamento R (Figura 3), minimizzando la quantità da lavorare a macchina per ottenere le dimensioni di finitura prescritte.

Quando un elemento per valvola 4 fabbricato tramite questo metodo è incorporato nel corpo, l'estremità dell'astina 5 può essere inserita in una delle due cavità 12 formate nell'elemento per valvola 4. Facilitando cosi l'orientamento dell'elemento per valvola 4 coinvolto nell'operazione di montaggio della valvola a sfera 1, si può accorciare il tempo richiesto per il montaggio .

Come illustrato in Figura 1, la valvola a sfera 1 cosi montata consente al fluido di passare attraverso di essa quando il canale passante 11 dell'elemento per valvola 4 si trova in comunicazione con i canali di flusso 7a e 7b del corpo. Nella configurazione di questa forma di realizzazione, il mannicotto 10 incorporato nell'elemento per valvola 4 in modo da essere scorrevole sulla superficie interna del canale passante 11 è utilizzato per porre l'area della sezione ad un valore costante, creando un flusso laminare nel canale passante 11 avente scarsa turbolenza. Una manopola 27 fissata all'estremità superiore dell 'astiina 5 sporgente dal corpo è utilizzata per interrompere il flusso. Quando si fa ruotare questa manopola 27, l'astina 5 fa ruotare l'elemento per valvola 4 intorno al suo centro di rotazione RL, facendo si che i canali di flusso siano chiusi dalla superficie periferica dell'elemento per valvola 4, interrompendo cosi il flusso.

L'improvvisa chiusura della valvola interrompe bruscamente il flusso di fluido nei canali 7a e 7b ed in altri canali collegati alla valvola a sfera 1. L'inerzia del fluido può produrre una crescita anomala di pressione nell'elemento per valvola 4 (l'effetto del colpo d'ariete). Le pareti laterali delle cavità 12 operano come nervature di rinforzo contro questa pressione anomala. Cosi, anche se il materiale dell'elemento per valvola 4 è più sottile a confronto con uno che viene forgiato o gettato, ciò garantisce che l'elemento per valvola 4 abbia una robustezza adeguata.

Nella forma di realizzazione sopra descritta, un manicotto 10 è previsto in modo scorrevole nel canale passante 11 per garantire un flusso laminare attraverso l'elemento per valvola 4 e mantenere un'area di sezione costante. Tuttavia, l'elemento per valvola 4 è completamente funzionale anche senza un manicotto 10. Se non si incorpora un manicotto 10, non si ha alcuna necessità di formare una scanalatura 15 sulla superficie interna del materiale per tubi 13.

Mentre gli stampi di pressa 16 e 25 sono stati descritti come divisi e in spostamento in una certa direzione, occorre comprendere che ciò non è limitativo. Per esempio, lo stampo utilizzato per formare il materiale per tubi 13 in una sfera può essere uno che è diviso verticalmente.

Come è stato descritto in precedenza, secondo la presente invenzione, il materiale per tubi ha due cavità che sono formate simmetricamente, cosicché quando si applica pressione nella fase di formazione della sfera, la pressione (la resistenza alla deformazione plastica) ad ogni estremità risulta equilibrata. Ciò significa che il materiale per tubi può essere deformato alla forma desiderata senza essere sottoposto ad una forza eccessiva, impedendo in tal modo che le cavità si deformino eccentricamente. Ciò significa che non si ha alcuna necessità di utilizzare distanziatori come sono utilizzati convenzionalmente per impedire la deformazione eccentrica delle cavità, cosi da poter semplificare la configurazione degli- stampi di pressa. Inoltre, non si ha neppure alcuna necessità di allineamento quando si posiziona il materiale per tubi nello stampo. Ciò può facilitare l'automazione del procedimento di carico dello stampo, aumentare l'efficienza operativa, e ridurre notevolmente problemi quali stampi danneggiati e prodotti difettosi causati da un posizionamento errato del materiale.

In aggiunta, la facilità con cui si può ottenere una pressione equilibrata ad ogni estremità nella fase di formazione della sfera rende più semplice ottenere una precisione di formatura più alta che garantisce una sfericità maggiore degli elementi per valvola a sfera. A sua volta, ciò significa che si deve lavorare a macchina meno materiale per la finitura. La riduzione della quantità di materiale che viene lavorato a macchina aumenta la resa, è più efficiente dal punto di vista delle risorse e dell'energia, ed aiuta a ridurre i costi di fabbricazione .

Le pareti laterali delle cavità formate nella superficie esterna irrobustiscono anch'esse l'elemento per valvola e rendono la superficie esterna dell'elemento in grado di sopportare pressioni anomale prodotte dall'inerzia del fluido nel sistema, quando si chiude la valvola a sfera. Ciò significa che si può utilizzare un materiale per tubi più sottile, che, in aggiunta alla riduzione dei costi di fabbricazione, rende la valvola più leggera e più facile da trattare.

Il manicotto all'interno del materiale per tubi è fissato in posizione nella fase di formazione della sfera tramite la contrazione delle porzioni di apertura del materiale per tubi, il che semplifica ulteriormente il procedimento di fabbricazione eliminando la necessità di utilizzare la saldatura o mezzi di supporto speciali tenere in posizione il manicotto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per fabbricare un elemento per valvola a sfera, caratterizzato dal fatto di comprendere: una fase di procedimento di formazione di cavità in cui si utilizza uno stampo di pressa per formare due cavità per gambi in una superficie periferica esterna di materiale per tubi tagliato ad una dimensione prescritta, le cavità per gambi essendo formate in posizioni che sono simmetriche rispetto ad un asse centrale del materiale per tubi, e una fase di procedimento di formazione dell'elemento di forma sferica in cui il materiale per tubi in cui si sono formate le cavità per gambi viene posto in uno stampo divisibile avente superfici di formatura sostanzialmente sferiche con aperture nel materiale per tubi di fronte alle superfici di formatura sferiche dello stampo diviso, e lo stampo diviso esercita una pressione per deformare in modo uniforme e simmetrico il materiale per tubi in una sfera.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale per tubi in cui si sono formate le cavità per gambi comprende un manicotto inserito nel materiale per tubi.
3. Metodo per fabbricare un elemento per valvola a sfera, caratterizzato dal fatto di comprendere: una fase di procedimento di formazione di cavità in cui si utilizza uno stampo di pressa per formare due cavità per gambi in una superficie periferica esterna di materiale per tubi tagliato ad una dimensione prescritta, le cavità per gambi essendo formate in posizioni che sono simmetriche rispetto ad un asse centrale del materiale per tubi, una fase in cui si inserisce un manicotto nel materiale per tubi in cui si sono formate le cavità per gambi, e una fase di procedimento di formazione dell'elemento di forma sferica in cui il materiale per tubi viene posto in uno stampo divisibile avente superfici di formatura sostanzialmente sferiche con aperture nel materiale per tubi di fronte alle superfici di formatura sferiche dello stampo diviso, e lo stampo diviso esercita una pressione per deformare in modo uniforme e simmetrico il materiale per tubi in una sfera e per far tenere il manicotto tramite la contrazione delle porzioni di apertura del materiale per tubi.
4. Elemento per valvola a sfera, comprendente un elemento per valvola a forma di sfera formato di materiale per tubi che è tagliato ad una dimensione prescritta ed ha due cavità per gambi formate in una superficie periferica esterna del materiale per tubi in posizioni simmetriche rispetto all'asse centrale del materiale per tubi.