浅析金属密封球阀球体加工工艺

王吉慧

摘  要：该文主要从金属密封球阀密封面不同硬度处理技术所选的刀具及加工工艺方法研究，重点介绍金属密封球阀密封副机床配研及超精密磨床珩磨配研的加工过程和操作方法。

关键词：金属密封球阀  球体加工  刀具

中图分类号：TH134                                文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）06（a）-0064-02

随着科学技术的不断发展与推动，我国机床制造技术有了很大的进步，尤其是金属密封球体加工工艺有了很大的改善。通常来讲，金属密封球体加工条件较为苛刻，因此，在加工过程中必须选择参数较高的金属密封球体加工技术。另外，密封表面通常会经过硬化处理又或者应用的是超硬的材料，这就意味着普通的刀具无法完成金属密封球体加工，因此，选择合适的刀以及加工方法则显得非常重要。

1  球体磨削加工概述

1.1 结合实际情况选择适宜的磨削刀具

高温机械性能是镍基合金最大的特点，倘若采用普通的刀具进行加工，则难以达到预期的目标，因此，建议选择氮化硼刀具进行加工，该刀具的硬度为8000～9000HV（维氏硬度HV），且適用的温度为1300℃～1500℃，能够在高温合金之中进行加工，且可以满足镍基合金加工的条件。因此，通常来讲必须要充分结合实际生产量选择适宜的磨削刀具，倘若是镍基合金的球体，而且生产量较大，那么就意味着在加工过程中需要通过金刚石砂轮（不同材料）完成粗磨工作，然后在进一步完成精磨工作。倘若生产量比较少，同时还要达到节约人力、物力、财力的目标，建议在实施粗磨、精磨时采用的金刚石砂轮的材料为同一个规格。例如，在加工WC、Cr-C时，建议以金刚石加工道具为主，这样可以更好地保障加工效果，在完成精磨之后，Ra值（粗糙度）最好可以达到0.1～0.2μm。

1.2 结合实际情况明确加工工艺

通常来讲，粗磨工艺必须在对球体热喷之前完成，这样才能保障球体的圆度达到预期的标准，同时在球体的表面让合金土层更加的均匀。随后进行粗磨，目标是按照预期要求尺寸有效去除合金涂层的厚度。从粗磨的目标来讲其要求并不高，而重点必须放在控制尺寸上。在完成喷涂之后，则需要进入精磨工序，该环节必须紧紧围绕产品的技术要求来开展。如果金属密封球阀在互换性方面没有要求，那么在磨削的过程中，需要时对圆度进行控制，而阀座通常是严格按照球体进行配作，从而提升加工效率与精准度。

1.2.1 展成法磨削球体

该方法是目前使用最为普遍的一种磨球方法，如图1所示，采用的磨具是平行砂轮，而砂轮的整个外圆面与工件需要磨削的表面进行接触。在芯轴上将工件安装，然后头尾架顶持住芯轴的两端，同时要确保连线与工件芯轴的同轴与磨头轴心线保持平行共面。

在实际磨削时，砂轮围绕着主轴轴心线进行高速旋转，当转到球面的一侧时，则需要受到控制机构的控制，然后又转回到另外一侧，保持这样反复地转动，从而展成磨削出球的球面。该方法不用更换砂轮，即便是同一个规格的砂轮也可以磨削出很多规格尺寸的球体，而且用量较少，有着良好的经济效应。但是，效率较低，不适用于大规模的生产。

1.2.2 范成法磨削球体

例如，硬质合金喷焊球体，从其表面的硬度来看，已经达到了62HRc，加之还需要硬化处理好阀座的密封面（密封压力必须达到42MPa）。由此可见，不仅要求球体圆度必须达到要求，而且需要在表面做好磨削加工。就传统加工工艺来讲，难以达到阀门对应的技术标准。现阶段，主要采用是范成法磨削球体（见图2）。

在对球体进行实际磨削的过程中，砂盘紧紧围绕磨头主轴轴心线高速转动，整个工作台固定不动，而球体则围绕着头尾架的连线并保持单方向进行低速运转，随着磨头工序的开展，会逐渐磨削出整个球面。从范成法磨削的特点来看，因为磨杯口径可以进行变化，所以在实际生产中能够适用于很多规格的生产，这就需要将多个磨杯安装在1台机床上。但是基于磨杯的费用较高，所以一般更加适用于大规模生产。

2  关于球体阀座配研

2.1 球座机床配研

对于球座机床进行配研，在特定的磨球机上对金属密封球阀阀座密封面实施精密化研磨，然后再与手工配研进行结合，最后还需要应用到压痕法对其进行检验。在按照运动轨迹通过球体研磨机实施切削时，必须要充分结合球体加工的需求，整个操作比较简洁，而且结构较为合理。在弹性胀套专用工装下，能够将球体迅速地安装在研磨机的主轴上面，然后根据实际要求做逆时针运动又或者是顺时针运动。

因为球体表面处理要求较高，所以实施研磨时所采用的金刚石材料需要根据实际要求而选择，同时要确保“拔叉杆轴槽”与“研磨块”在实际运行的过程中保持一致，即在打开主轴电机让球体旋转起来，同时在球体的表面浇筑研磨液（预期配制好的研磨液）。

2.2 球体超精密精研磨床

图3对球体精密精研磨床进行了实物展示，可以看出该机床在精研磨的过程中，无论是磨削球体，还是球阀都会同时进行，即：球体开展自旋转运动，而此时两个阀座开始以相反的方向进行旋转，且始终是绕着球体进行。另外，夹具上面配置了曲柄摇杆机，这样就可以将这两个阀座带动，并围绕着中心球体做摇摆运动。整个操作过程中，因为涵盖了3个运动规律，不仅能够保障球体、阀座的研磨稳定进行，而且加工效率更快，精准度更高。加之，还配有球体以及2个阀座进行共同研磨，所以与传统单个研磨相比，效率将高得多。另外，球体以及球阀阀座都会进行配对标记，所以能够有效避免阀座装反的问题，同时还可以最大限度保障球阀的密封性。

综上所述，球体的圆度以及球体与阀座的密封面粗糙度是影响金属密封球阀密封性的主要因素。球体与阀座吻合度的主要影响因素是球体圆度，这就意味着如果吻合度更高，那么对流体沿密封面的运动阻力会不断增加，从而使密封性达到最佳的状态。反之，其会逐步增加渗透力，在比压增大的情况下，在球体密封面上的一些微观锯齿状尖峰此时会受到力的作用而开始变形，而这就表明了渗漏量受到粗糙度的影响将会逐步减少。如果球体的圆度偏差或者是密封副表面粗糙度较大，那么则意味着需要保障密封所需要的比压就更大，且残余变形也会更大。因此，金属密封球阀球体加工工艺过程中，必须要选择正确的刀具并做好球体阀座配研。

参考文献

[1] 厉陈，孙丰位，朱晓斌，等.金属硬密封球阀阀体在液化工艺中的应力分析[J].世界有色金属，2018（11）：194-196，198.

[2] 赵凯斌.沸腾床渣油加氢裂化装置用金属密封球阀的设计[J].阀门，2018（3）：4-6，9.

[3] 冯一桀.煤化工硬密封球阀的设计应用研究[J].科技视界，2018（16）：11-12.