旋塞閥氣密性研究

龍延山

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528300）

引言

旋塞閥廣泛應用在油田開采設備、輸送設備及家用灶具等產品中，主要是一種用于接通和切斷氣路的安全開關；旋塞閥動作及不動作時，都必須保證密封面要有較好的密封性能，以保證燃氣不向外泄漏；屬于產品及設備重要核心組成部分；密封性能作為考核產品的主要性能指標之一，一旦存在密封性漏氣不良情況，會帶給客戶以及社會非常大嚴重后果；這對于旋塞閥的閥體及閥芯的加工精度要求較高，特別是兩者之間錐度的吻合精度要求極高，所以閥體孔錐度、閥芯錐度精度是直接影響到產品氣密性能的重要因素。

介于閥體、閥芯兩者之間錐度精度，存在制造上的偏差因素；本文通過不研磨錐面工藝，找出機加工時存在的偏差以及不正確的裝配方式而形成的偏差，總結規律優選出合理的消除公差的方法，從而提高生產效率及降低產品成本，提升錐度面精度，滿足閥芯、閥體之間的密封性能要求。

1 閥芯、閥體加工錐度面精度分析

閥芯與閥體的錐度精度主要通過加工工藝、工裝、刀具及加工精度來保證，在生產過程中一般采用氣動5 000倍的雙管浮標測量儀檢測錐度，作為現場最常見的檢驗方法，主要通過刻度數值來判斷精度，衡量錐面的壓痕情況；在生產檢驗中，在閥芯錐面、閥體錐度孔面上分布較均勻的壓痕，是比較理想的錐面零偏差，屬于完全吻合同一條線上的狀態（見圖 1（a））；閥芯錐面、閥體錐度孔面配合有顯示的間斷壓痕，屬于偏離吻合線的上限和下限，即是不同一條線上的狀態（如圖 1（b）、（c）、（d））。

圖1 閥體、閥芯錐面偏差

圖1（b）、（c）機加工后，兩者之間壓痕不大，間斷壓痕比較輕微時，可通過研磨工藝消除偏差，可以達到良好的密封性能效果；若工件加工存在比較大的偏差時（如圖 1（d）所示），研磨后基本也達不到相應的密封性能；圖 1（a）此類情況不需要研磨消除偏差，符合技術要求范圍內的公差，基本屬于零偏差，有較好的密封性能效果；以上這幾種情況主要是由機加工時存在精度偏差造成的。

閥體的加工工藝分析：第一，閥體內錐面比較長，內端孔直徑錐面較小，必須采用細長的刀才能加工；第二，錐面有進氣孔，形成斷面；第三，閥體一般采用壓鑄鋁、銅材料制作，材質偏軟，鋼性比較低，且鑄件有粗糙、沙孔、雜質等。機加工造成偏差因素如圖2。

閥體錐面有斷面，錐面加工過程中，刀口易磨損造成偏差（圖2（a））；刀桿較長，鋼性不夠走刀時容易偏離刀的加工直線軌跡，讓刀形成偏差；（圖2（a））；閥體材質的鋼性較軟，以及錐面有斷面情況，在精加工時，容易讓刀導致斷斷續續切削，加工不在一條直線上，形成偏差（圖2（b））。

以上所產生的偏差β表示為：

式中：

α閥體理論斜度；

γ閥體加工后斜度；

d 閥體錐孔大頭直徑；

d1閥體錐孔理論小頭直徑；

圖2 閥體加工偏差

d2加工后閥體錐孔小頭直徑；

閥芯的加工工藝分析：

閥芯一般采用銅制作，閥芯錐面有孔，形成斷面，機加工時讓刀刀口易磨損產生偏差（如圖3（a））；氣動夾具誤差，而且閥芯材質鋼性低，機加工時刀具受力不均勻，閥芯輕微走位，形成偏差（如圖3（b））；加工時進給量過大造成刀口磨損形成偏差（如圖3（a））；閥芯所產生的偏差β的同閥體計算方法一樣。

2 消除機加工偏差的方法

消除閥芯、閥體錐度面的加工偏差，可從以下幾個方面來解決：

1）根據產品的性能技術要求，通過偏差公式分析出理想的閥體錐度，選擇合理錐度長度，避免尺寸過長；

2）采用一體刀，避免用機夾刀加工，定期矯正刀具，并選擇高耐磨性的金鋼材質刀具，刀口不易磨損；

3）選用鋼性較好的刀桿，提升刀桿強度，避免讓刀；

4）提高鑄件的表面粗糙精度，調整好鑄坯，避免生產坯件沙孔過多等不良情況；

5）分兩道工序切削錐度面，粗切削后，再精切削，精車時調低機床進給量，調高機床轉速；

6）工裝夾具定期調整檢測矯正，避免裝夾不到位虛位情況。

3 裝配不良密封性分析

閥體與閥芯組立時引起不良情況；比如在機加工零配件時，沒有充分處理干凈毛刺、粉塵沒清洗干凈透徹，裝配時毛刺、鋁粉堵塞，引起氣密性不良。

如圖（4）所示。

主要因素為：

1）精車錐面部件留有利角，容易在裝配時刮傷錐面表面精度；

2）鋁粉、銅粉細微顆粒及毛刺清洗不徹底干凈。

4 提高裝配精度的方法

如圖5所示，部件增加工藝的倒角，避免產品上有利角情況；精車時，增加自動清洗錐面鋁粉、銅粉細微顆粒，避免吸在錐面上，保證錐面干凈光潔；產品裝配后氣密性才更有保障。

5 結語

旋塞閥廣泛應用在燃氣具上，閥門密封性能一直存在著需要繼續改良的空間，機加工的偏差及裝配不良為主要影響氣密性能的因素；解決機加工偏差問題提高氣密性能，可通過提高機加工精度及裝配精度，本文進行了簡單的工藝性分析，找出消除偏差的幾種方法，從而取消當前閥芯、閥體研磨傳統方式；生產效率迅速提升、成本低、產品壽命更長、氣密性能更好，并減少廢水排放，升級燃氣具氣密性能；隨著制造工藝不斷發展，新工藝和新技術不斷涌現，未來的燃氣具產品的閥門氣密性能會有更好解決方法。

圖3 閥芯加工偏差

圖4 利角旋塞閥體、閥芯配合示意

圖5 倒角旋塞閥體、閥芯配合示意