核級三通閥閥體三孔同軸度專用量具設計

牛小歐，李洪武，卓家桂

（1.上海一核閥門股份有限公司，上海201823；2. 中廣核工程有限公司，廣東 深圳518124）

0 引 言

上海一核閥門股份有限公司與中廣核工程有限公司聯合設計、開發的核級高溫、高調節性能電動三通控制閥，閥體內腔兩閥座孔、上通道孔要求同軸，三組孔同軸度要求0.025 mm（如圖1）。同軸度超差會影響閥座、套筒與閥芯的裝配精度，造成閥芯上下運動不順暢，從而影響調節閥工作性能，并嚴重影響閥門使用壽命。

圖1 三通閥閥體加工圖

閥體的三組孔精加工安排在數控車床上最后一序精車完成。

三組孔同軸度的測量可以在三坐標測量機（CMM）上進行，但是工件需要多次裝夾、校正，工件需在臥加工位與三坐標室之間反復周轉，不便于樣件的調試制作；容易產生廢品且耗工耗時。

如采用圖2所示的同軸度功能量規測量，則無法讀出同軸度偏差數值，不便于加工中心操作工調試、對刀。

圖2 同軸度功能量具

功能量規僅適用大批量產品的生產制造。因此我公司工藝人員設計了專用同軸度測量夾具（帶百分表），以滿足新產品的試制要求。

1 測量夾具設計方案

1.1 加工工藝

如圖1所示，3組孔跨度334 mm，需定制加長抗振車削刀桿。經試切削驗證，臺灣力剛RBH系列抗車刀桿完全能滿足加工精度要求。按設計的加工工藝，3組孔的車削加工在最后一序一次裝夾車削完成。加工精度完全由數控車的加工精度保證。因此我們利用機加車間精度最高的MAZAK數控立車完成最后一道車削工序。

閥體3組中腔孔的首件試制加工工藝流程如圖3所示。

圖3 閥體加工工藝流程圖

在半精車3組孔之后，在數控車床上通過百分表大致測量3孔同軸度，以避免孔徑、同軸度超差而造成鍛件報廢。

按照GB/T8069《位置量規》中分別檢驗的規定：在被測要素和基準要素的尺寸（如孔和軸的直徑、槽和凸臺的寬度等）檢驗合格后，再使用位置量規檢驗。最后精車一刀后先用內徑千分尺測量3組孔徑，孔徑合格后再使用同軸度測量夾具測量同軸度。

1.2 同軸度測量夾具設計

圖4 同軸度專用測量夾具

考慮到工件圖中孔φ113+0.050與φ132+0.050兩孔有可能按照尺寸公差上限制作，測量時定位孔與量規間存在間隙，導致圖5所示的測量狀態。

圖5 加工到極限尺寸所產生的測量誤差狀態圖

此時被測孔中心線圍繞半徑t/2的圓柱變化所產生的測量結果都可能被判為同軸度合格，從而產生測量錯判。

式中：Mmax為百分表最大讀數；Mmin為百分表最小讀數。

1.3 同軸度測量夾具相關設計計算（分別測量法）

測量芯軸（功能量規）工作部位尺寸按照GB/T 8069《位置量規》中的設計公式計算。

3）量規公差[1,3]。

定位部位尺寸公差、最小磨損量根據Tt=0.05查表2得：TP=0.003，WP=0.003；測量部位尺寸公差、最小磨損量及工作部位位置公差根據Tt=0.05+0.025=0.075查表2得：TM=0.004、WM=0.004、tP=0.006。

測量部位基本偏差根據Tt=0.075查表3得：FM=0.012。

上述公式中代號含義如表1所示。

2 測量夾具技術要求

1）測量芯軸的工作表面應為光滑表面，不能有毛刺、黑斑、劃痕、銹蝕等缺陷。2）測量夾具各零件裝配牢固可靠，使用中不能松動。整套量具定制專用木盒，以防止磕碰。3）裝配后彈簧零件應處于正常的壓縮工作狀態。4）測頭轉動機構應轉動靈活，不能有卡死現象。5）測量夾具所有含工作表面的零件采用Cr12MoV制作，熱處理硬度為58～62 HRC;未含工作表面的零部件采用45鋼制作，熱處理為T235，測量芯軸可以采用穩定性處理。6）測量芯軸、測量杠桿測頭表面粗糙度為Ra0.2 μm，百分表架相對轉動零件表面粗糙度為Ra0.8 μm，其它非工作表面粗糙度Ra3.2 mm。7）測量夾具所有零件非工作表面可以發黑處理。8）百分表頭建議采用德國KAEFER的分度值為0.005 mm的表頭，或采用國內一線品牌[2]。

表1 公式代號含義

表2 定位、測量等各部位公差值 μm

3 結 語

本文所述同軸度專用測量夾具為位置量規與百分表接觸式示值測量相結合的綜合測量夾具，經上海一核閥門股份有限公司與中廣核工程有限公司兩方專家見證，并經核級三通調節閥閥體的產品試制驗證，其測量結果經與蔡司（ZEISS）三坐標測量機的測量結果多次比對，測量結果完全合格。

上海一核閥門有限公司核級閥門產品的閥體類零件、液動執行機構的缸體類零件批量大、鑄鍛件成本高，如因加工同軸度超差而產生的不合格品基本上無法修復。如采用ZEISS的三坐標測量機測量，等待時間長、測量效率低，測量時需要多次裝夾，工序繁瑣。

表3 測量部位基本偏差值 μm

本文設計的測量夾具使用簡單、測量效率高；適于閥體類、缸體類零件中的多組孔同軸度的在工位測量；適用于我公司類似零部件的新品開發，便于在數控機床上的新品調試、對刀；同時可用于閥體大批量生產制造中的形位公差控制；大大減少了因同軸度超差（漏測）而產生的鑄鍛件報廢。