液控閥閥體加工工藝分析及夾具設計

楊明霞，師超紅，李森源

（運城職業技術學院，山西運城 044000）

0 引言

液控閥是現代機械化采煤綜采液壓支架用的控制閥類之一，閥體是液控閥的重要零件之一。其加工工藝的可行性、合理性、先進性將直接影響零件的質量、生產成本、使用性能和壽命［1］。某公司在制造液控閥時，采用原加工工藝時閥的性能試驗合格率僅有85%，經分析問題出現在液控閥閥體上，由于該閥體在生產加工中產品質量不穩定，造成閥體部分加工尺寸達不到精度要求。

為了提高液控閥整體性能及使用壽命，本文針對閥體加工中尺寸和位置精度問題對閥體加工工藝和夾具進行了分析研究，重點是車床、鉆床夾具的設計改進，最終取得顯著的效果。

1 閥體在加工過程中存在的問題

某公司在試制液控閥時，在閥體生產加工過程中閥體尺寸和位置精度達不到要求，造成液控閥裝配后部分產品發生滲漏現象；在零件加工過程中，機械加工工藝的內在因素不容忽視，很大程度上影響著零件加工的精度。其一，在機械加工過程中，會存在幾何精度誤差，這個誤差幾乎是不可避免的，且對零件的精度造成較大的影響。其二，在加工機械組裝的過程中，如果存在安裝不規范和操作不規范的情況，也將對所加工的零件精度造成影響。因此，只有從機械加工工藝本身進行改進，才可能有效提升加工零件的精度［2］。所以將主要問題集中在生產設備、加工工藝和操作者水平等幾個方面。針對問題產生的原因進行分析研究后，對生產設備和操作者水平等問題，企業有針對性地進行設備維修和員工培訓，而閥體加工工藝問題是突出問題，需要對閥體兩組尺寸的加工工藝進行分析研究和修訂。

1.1 零件問題分析研究

圖1 液控閥閥體

圖1 所示為液控閥閥體簡圖。液控閥裝配后在測試過程中閥體的左端和進出油口的聯接處均出現滲漏現象，在對這兩個位置進行檢測和分析后，發現主要存在以下兩個問題：

（1）閥體左端M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔這兩個尺寸的同軸度超差，達不到設計要求公差φ0.05 mm，造成液控閥裝配后出現滲漏現象；

（2）閥體進出油口位置上2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm尺寸超差，達不到設計要求和密封要求，造成液控閥裝配后出現滲漏現象。

1.2 問題1加工工藝分析研究

重點對閥體M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔加工工藝中工序、工步和夾具進行分析研究，如圖2所示。

加工閥體右端M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔時，用L型車床專用夾具一次裝夾完成M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔的加工，即保證兩個尺寸要求同時又可以保證同軸度公差φ0.05 mm的要求。但是在掉頭加工閥體左端M33×1.5螺紋孔工步時，采用的是同一個車床專用夾具，造成左端M33×1.5螺紋孔在加工完成后與φ30H7主閥孔的同軸度誤差超出同軸度設計公差，因而導致M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔同軸度超差。

通過對閥體左端M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔加工工藝分析研究，發現問題出現在閥體左端M33×1.5螺紋孔加工工序的工步夾具上，該工步夾具設計思路出現原則性問題，違背了粗基準只能使用一次的原則［3］。重復使用粗基準造成M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔同軸度超差，從而造成液控閥裝配后測試出現滲漏現象。

圖2 原主閥孔及M33×1.5車床夾具

1.3 問題2加工工藝分析研究

重點對閥體2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm尺寸加工工藝中工序、工步和夾具進行分析研究；原閥體加工工藝是使用L型鉆床夾具锪2－φ15 H9深1.8－00.05mm的沉孔（沉孔是裝端面密封的O型密封圈），沉孔的深度公差是0.05 mm，鉆床夾具如圖3所示。

采用這種結構的鉆床夾具锪兩個沉孔時，采用三面定位［4］，主要定位面是下面基準A；采用此套鉆床夾具加工2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm尺寸，很難保證沉孔深度公差0.05 mm。通過對該工序加工流程的分析研究，發現問題出現在工序夾具上，認為該工序鉆床夾具難以控制沉孔加工的深度公差，主要是定位基準選擇錯誤，造成工序加工尺寸達不到設計精度要求，主要原因有兩個。

圖3 原2－φ15H9沉孔鉆具

（1）與企業技術人員溝通，他們認為夾具是因基準不重合造成，改進思路沒有轉換，認為沉孔深度1.80－0.05mm 的設計基準是B面，而夾具主要定位基準是零件的A面，這樣造成基準不重合誤差增大，重點放在如何解決基準不重合問題。但是，此思路忽略了閥體的厚度尺寸60 mm是自由尺寸，就是嚴格控制60 mm的毛坯尺寸，也達不到設計精度0.05 mm。

（2）違背了定位基準選擇原則，選擇閥體60 mm的毛坯尺寸（粗基準）做為定位基準加工以閥體基準B控制的2－φ15 H9深度尺寸，其設計思路明顯錯誤。

2 閥體加工工藝改進和夾具設計

2.1 閥體加工工藝改進

針對閥體在加工中產生問題的分析研究，對閥體加工工藝進行了部分修改，將閥體加工工藝中M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔加工工序的兩個工步改為兩個工序，并在兩個工序間增加一個檢測工序；將閥體加工工藝中2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm加工工序前增加一個鉗工工序，以保證鉆孔工序的定位面清潔無毛刺。

2.2 車床專用夾具設計改進

車床夾具的設計原則是：“工序集中”［5］。為保證閥體左端M33×1.5螺紋孔加工與已加工φ30H7主閥孔的同軸度在設計要求范圍內，對該工序車床專用夾具進行重新設計，首先考慮要減小定位誤差，再考慮夾緊可靠，拆裝方便的夾具結構設計，經過綜合比對幾種夾具方案，最終采用長圓柱銷（或稱長心軸）定位的方式，重新設計后的車床專用夾具如圖4所示。

該夾具結構有以下優點。

（1）夾具定位誤差小且定位可靠。采用長圓柱銷（或稱長心軸）定位，并直接與φ30H7（定位面）主閥孔配合定位，圓柱銷前端采用彈性脹緊來消除銷和孔定位的配合間隙。

（2）夾具結構簡單，同軸性能好。為降低專用夾具與車床安裝誤差，專用夾具通過安裝部分采用莫氏錐度與車床主軸孔直接聯接，使夾具的軸心線與車床軸心線同軸，而且夾具組件成對稱分布，無須專用設置的平衡塊，保證夾具的定位精度，同時也保證了閥體加工尺寸與已加工尺寸的同軸精度。

（3）夾具夾緊機構方便可靠。對閥體采用了內六角外錐直接脹緊機構，閥體拆裝方便可靠。為保證閥體相對φ30×70的心軸支撐夾具配置了輔助螺釘進行支撐。

2.3 鉆床夾具的設計改進

圖4 閥體M33×1.5螺孔車床夾具

為保證閥體2－φ15 H9深1.80

－0.05mm 沉孔尺寸加工精度在設計要求范圍內，對該工序鉆床專用夾具進行重新設計。依據工藝編制和夾具設計的基準統一原則，消除因定位基準選擇錯誤所產生的定位誤差［6］。在對鉆床專用夾具進行重新設計的過程中，選擇以設計基準B面為定位基準，將底面A作為浮動夾緊面進行使用，兩個側定位面不變，這樣锪鉆沉孔的定位基準與設計重合，符合工藝編制和夾具設計的基準統一原則，使得閥體加工時沉孔的深度得到了有效的控制。

改進后重新設計的鉆床專用夾具如圖5所示。該夾具結構優點如下。

（1）夾具定位誤差小且定位可靠。夾緊重新設計糾正了原工藝及夾具定位設計的不足，以基準統一原則保證了定位基準的正確性［7］。保證了工序2－φ15 H9深1.80－0.05mm兩個沉孔尺寸的加工精度，達到閥體設計要求。

（2）結構設計有所創新。工件在夾具中正確定位的實現應具備兩個基本條件：工件上正確定位基準的選擇與選擇合適的定位元件［8］。采取了以設計基準B面為定位基準上定位方式，下面采用上旋緊的夾緊機構，改變了傳統的朝下夾緊機構。此種特殊的定位與夾緊方式也可在銑床夾具設計中推廣，使銑床也可完成一些特殊的加工表面。

1.鉆具體2.壓緊螺釘3.浮動壓塊4.定位條5.鉆模板6.鉆套7.定位銷8.滾花輔助壓緊釘9.閥體（工件）

3 結束語

針對企業在液控閥閥體試制過程中存在的兩組加工尺寸的質量不穩定問題，本文通過對閥體生產流程的現場跟蹤調研，并對一系列問題進行認真地分析研究，在找出問題的結癥的同時向企業提出改進意見和工藝方案，并對兩套設備專用夾具進行了重新設計。改進后的工藝方案和重新設計的專用夾具，在企業連續兩年的生產過程和使用中，閥體兩組工序加工尺寸的加工精度都能達到設計要求，閥體的加工合格率能達到行業標準規定的97.6%，組裝后整體性能合格率由原來的85%提高到95%；提高了企業產品的合格率，并為企業帶來較好的經濟效益和產品品牌聲譽。