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双偏心半球阀阀芯研磨工艺分析

双偏心半球阀是为解决“气-固”或“液-固”两相混流介质输送中带有沉淀、结垢和结晶析出介质的技术难题而研制开发的新型球阀。因为在常用阀门使用过程中,阀门的磨损和结垢是影响其使用寿命的主要因素,双偏心式半球阀以其独有的启闭方式与偏心结 构、硬密封的特点,关闭切除结垢,刮净密封面上的附着物,从而顺利地实现开启与关闭,磨损自行补偿,开辟了解决常用阀门存在问题的新途径。但由于此种阀的 核心部件—阀芯,其密封面堆焊了耐磨合金,在研磨成一定要求的球面时采用的加工手段是手工研磨,制约了产品质量的提高和产量的批量化。为此,本文对阀芯加工中的研磨工艺进行了分析研究,设计出一种新颖可靠的自动研磨机构,满足了生产要求。

研磨实验表明:平面量块及圆柱量规研磨时,当其轨迹为正弦波时,其几何精度、表面粗糙度很高。通过对半球阀阀芯研磨过程和研磨机理的研究,在球面上进行模 拟操作实验证明:轨迹若为正弦波轨迹时,其几何精度、表面粗糙度亦可以达到较高的水平;研磨速度(0.33~1.54mPmin)增大使研磨效率提高;但当速度过高(0.5~100mPmin)时,由于离心力作用,使研磨剂甩出工作区,研磨运动平稳 性降低,研具磨损加快,从而降低研磨加工精度,在一定范围内(0.1~0.3MPa)增加研磨压力可提高研磨效率。当压力大到一定值时,由于磨粒破碎及研 磨接触面积增加,实际接触点的接触压力不成正比增加,研磨效率提高并不明显;另一方面,对于同样的磨粒,研磨压力减小对提高表面粗糙度有利。一般粗研多用 较低速、较高压力;精研多用低速、较低压力。为此,在设计偏心球面研磨机构时,着重考虑了正弦波轨迹的实现、研磨速度和研磨压力的控制。

研磨机的运动原理如图1所示,n1是研具的转速,n2是阀芯的转速,两者方向相反同轴(z轴),另外,阀芯绕y轴摆动,往复转速为n3。在水平面上,阀芯 球面上任一磨粒在水平面(xy平面)内的合速度为(v1-v2),如图2所示。在xz平面内,设磨粒的速度为v3,则磨粒的实际速度v=v1- v2 v3。当摆动按正弦波规律运动,v1、v2与之合理匹配时,其磨粒轨迹类似于振动衰减的正弦波,如图2所示。在n点处,其速度为 v1 v2,v3=0。由图2可看出,若阀芯只作往复摆动,在m点与n点处的研磨轨迹就有很大差别,其去除材料量、磨损、磨削等产生严重不均匀,阀芯的球 面度、表面粗糙度就很难达到均匀一致,不能满足要求,为此应使阀芯有一转速n2,不断连续变动阀芯位置,使整个球面的研磨、磨损等均匀一致。