三偏心蝶阀磨削工装在加工中的应用

    一、前言

    三偏心蝶阀是最近几年在阀门领域内应用越来越广泛的新型蝶阀。它是在双偏心蝶阀的基础上，使蝶板的中心偏置一定的角度，形成三偏心的密封结构。它既保留了双偏心蝶阀的优点，同时又具备耐高温、操作轻便、零泄漏、启闭无摩擦及关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封等特点。目前三偏心蝶阀逐渐取代其他类型蝶阀而被广泛应用。

    兰州石油化工机械厂生产的三偏心金属硬密封蝶阀主要应用于炼油催化装置，主要特点是阀体和阀座为连体构件，阀座密封表面层堆焊耐温、耐蚀合金材料。多层软叠式密封圈固定在阀板上，具有良好的密封性能和较长的使用寿命。密封面大多采用固定形式，即用两个垂直于圆锥母线的平行平面截切圆锥，取两平面中间的实体部分，其外表面即为密封面。三偏心蝶阀密封性能取决于对其密封面的加工情况，因此工装的设计、工装的应用范围决定产品的性能和成本。密封面包括阀座密封面和相对应的阀板密封面，加工原理一致，由于阀座密封面加工难度较高，这里主要介绍兰州石油化工机械厂利用现有常规设备（立车）对阀座密封面的加工。

    二、磨削过程分析

    取圆锥顶角为2α，根据三偏心蝶阀的几何特性，加工阀体密封面时，将工件固定于一个斜度为α的定位盘上，同时将立车刀架旋转α角，使圆锥中心与立车回转中心重合，沿圆锥母线方向走刀。但三偏心蝶阀密封性能要求高，其密封面的表面粗糙度Ra为1.6m，必须磨削才能达到要求。对于这种几何形状的曲面，用传统方法是无法磨削的，利用如图1所示工装，托架与电主轴组装后，将托架端固定在立车刀架上，滑枕沿圆锥母线往复移动，完成密封面的加工（砂轮可根据实际需要调换）。

图1 工装示意图

1.托架体  2.电主轴  3.砂轮

    磨削工装在立车上有两种安装方式：

    1）左（或右）刀架逆时针旋转α，砂轮磨削面与刀架相对，如图2所示。

图2 磨削工装安装方式一

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    2）左刀架逆时针旋转α，砂轮磨削面与刀架相背，如图3所示。

图3 磨削工装安装方式二

    磨削密封面时，砂轮磨削面的轨迹（双点画线）如图4所示。

图4 砂轮磨削轨迹示意图

    x'=（L+h/2·tan2α）/cosα

    H=H_已知+x'sinα+h/2

    x″=x'－2Hsinα

    d’=x″/[sin（90°－2α）·sin（90°+α）]

    式中

    L——密封面椭圆长轴尺寸；

    h——座圈厚度；

    H——砂轮行程（不计砂轮厚度）；

    H_已知——阀体法兰平面到密封面中心线的距离。

    第一种安装方式：当H<H_电，只要满足ix″>D_电（或D_砂轮）·secα，即可完成密封面的磨削（验证D_电或D_砂轮较大者）；当H≥H_电，阀体法兰与托架体干涉。

    第二种安装方式：对H无要求，只要满足x″>（R_砂轮+R_托）·secα，即可完成密封面的磨削。此种方式常用于加工大口径蝶阀。

    由于机床本身的精度问题，兰州石油化工机械厂在实际加工时，常将刀架旋转一固定角度，先后加工阀座密封面和阀板密封面，从而保证两者角度一致。

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    三、实践加工

    在实际加工中，由于定位盘已确定，有些密封面的加工这两种方式均不适用，以DN500三偏心蝶阀为例具体分析其磨削过程。

    电主轴的直径D_电=190mm，H_电=500mm；L=460mm；h=20mm；D_砂轮=350mm；刀架旋转角度α=13°；H_已知=289。将各数值带入公式计算可得出ix″>D_砂轮·secα，但D_砂轮·secα远小于阀体口径，满足H<H_电，因此可采用第一种安装方式。但刀架旋转13°后，在密封面的高度上砂轮能磨削的口径比DF500E小，而2.5m立车的刀架又不能超越机床的回转中心，故此种方式不能完成磨削。

    又经计算得x″>（R_砂轮+R_托）·secα，阀体法兰与托架体产生干涉，所以第二种方式也不适用。

    如何解决这个问题呢？分析一下第二种方式，当H较小时，若D_砂轮·secα<ix<（R_砂轮+R_托）·secα也可加工。所以可以改变定位盘或H_电，但定位盘的加工成本高且工期较长，所以可以改变H_电。假设电主轴长度可根据需要调节，厚度为40mm的砂轮在磨削完毕，刚离开密封面时，托架体与阀体法兰接触点为E，如图5所示，可以计算出需要的电主轴长度的具体数值。

图5 DN500三偏心蝶阀示意图

    现有电主轴的长度是500mm，通过计算比需要长度短了62.68mm，在托架体与电主轴之间加一垫圈，使电主轴满足加工。垫圈太厚，会降低工装的刚性；太薄，加工时托架体与法兰可能碰撞，为了有调整余地，将垫圈厚度设计为70mm。

    由于增加了长度，工艺系统刚性有所下降，调整加工参数，重新选取磨削用量：工件的线速度过大时，砂轮上每个磨粒负担加重而易变钝，工件表面质量下降，易发生振动；工件线速度过低，工件容易烧伤，所以将工作台转速调至2.5r/min。经过多次试切，最后将砂轮速度调至14r/s，砂轮在一个来回进给0.02mm。由于断续磨削，且内孔较小，选用进给速度6.3mm/min。通过这一系列调整，顺利完成了DF500E三偏心蝶阀密封面的磨削。经装配后检验，技术指标符合设计要求。

    四、结语

    通过对工装应用的分析，介绍了用普通立车来完成对三偏心蝶阀密封面的加工，明确了工装的使用范围，可以通过较小的改动来适应不同的加工要求，对降低生产成本，缩短加工周期具有借鉴意义。