航天器阀体密封结构加工及质量控制方法

解宏梅 杨建锋 倪娜

摘  要  阀体是各类阀门产品的的关键零件之一，星上用阀门由于气密性特性的要求，其密封结构复杂、尺寸精度、形位公差及产品表面光洁度的要求很高，制造、检测难度较大，产品生产效率低，无法满足小批量、快速交付的要求。本为通过典型阀体密封结构的加工、检测工艺技术研究，解决了阀体密封结构加工、检验工艺瓶颈，提高了产品研制效率，产品质量稳定。

关键词  减压阀;阀体;精密加工;小孔。

引言

由于阀体气密性特性的要求，阀体密封结构通常为微小圆弧曲线形状，其结构尺寸小、形状复杂，尺寸精度、形位公差及产品表面光洁度的要求很高，利用通用的加工工艺及检测方法，存在生产效率低，成品率低，精度一致性差等诸多问题，难以保证产品质量的稳定性，更无法满足产品批量生产的要求。

1 加工工艺性分析

从图1可以看出，此类结构有以下特点：

（1） 结构尺寸小，剖面一般为曲线结构;

（2） 结构特殊，常规刀具无法进行加工;

（3） 常规的检测工具、方法无法对此类结构尺寸、型面进行检测;

（4） 结构表面粗糙度要求较高，基本上介于Ra0.8-Ra0.2之间。

2 加工方法

2.1 传统加工方法

对于此类密封结构，传统的加工方式多以采用成型刀进行加工，即按照密封结构形状，制作仿形刀具进行加工。

此类方法最大的缺点是密封结构的型面精度完全依靠刀刃部位圆弧型面精度进行保证，这对仿形刀具的制作、维护及返修提出了很高的要求，通常使用慢走丝加工刀刃外形后还需要很高技能水平的技能人员进行圆弧结构刀具的刃磨（以提高加工零件的表面粗糙度），完全依靠工人经验，刀具圆弧手工刃磨一致性难以保证，使用这种刀具加工的产品，其质量稳定性、加工效率和经济性都很差，无法满足批量生产的要求。同时，运用此类刀具进行加工，密封结构圆弧处的表面粗糙度一般很难达到Ra1.6，这给后期密封口的抛光带来很大困难，由于粗糙度不足而产生的报废率居高不下（20%）。

2.2 改进后的加工方法

通过大量产品试验，目前我们采用改造刀具参数，阀体密封结构曲线通过数控程序加工成型的方法，此方法最大的优点在于用数控插补替代仿形刀具来保证产品型面精度，同时减少了刀具制作、降低成本。

2.2.1 两种方法比较

2.2.2 刀具的选择及参数改造

A. 刀具结构改造

刀具选择普通硬质合金车刀，根据密封结构特点，线切割改造刀具结构+金刚石砂轮精密刀刃，获得较高的刀刃表面粗糙度，可大幅提高工件表面粗糙度，这种方法，刀具改造效率高，刃磨不需要很高的技能水平，可操作性强。

B. 刀具参数

密封圆弧对圆弧曲线形状、饱满度、表面粗糙度要求很高，这就要求圆弧处一次走刀加工完成，而图2结构中的密封圆弧中间φ1.2小孔制约了刀具的的进给量，通过计算，我们将刀具副偏角、副后角改造为45°，这样理论上刀尖可深入小孔0.5mm，完全满足圆弧与内孔的过度，同时，为了保证刀尖强度，采用零度前角，很好的解决了此结构的加工;图2结构中的密封圆弧，通过计算，将刀具刀尖角改造为12°，这样理论上可以一次连续走刀完成整个圆弧的加工，避免刀具与圆弧的干涉。

经过以上改造，实现了一次走刀完成密封圆弧的加工，既保证了圆弧曲线形状、饱满度，又避免了多次走刀留下的接刀痕。

C. 加工参数

由于刀具改造后，采用了较大的车刀角度，在切削过程中要采用小吃刀量（一般选择0.1mm以内）、小走刀量的工艺参数（一般选择2000r/min以内）。

2.2.3 应用效果

3 产品检测方法

阀体密封结构的精度直接影响阀的密封性，也决定了阀体是否合格。由于结构的小型化，密封结构的形状、位置及表面质量检测难度很大。

目前，我们所接触的大部分阀体，密封结构都能够直接观察到，因此，可以采用普遍使用的样板对比法检测其表面粗糙度（显微镜下检测），而对于深孔内部的密封结构，一般采用深孔内窥镜进行检测。

对于其形状、位置的检测具有较大的难度，无法利用常规的检测手段完成。目前采用的方法是：正式加工前进行工艺件的加工試验，三处密封结构加工完成后将工艺件利用慢走丝分中剖切，在万能工具显微镜下取点检测其位置及形状尺寸精度，检测合格后，利用其确定的工艺参数及刀具，同时固定设备、人员，加工同批次阀体的密封结构，同时，对阀体首件及末件产品进行剖切检测，以保证产品质量。

结束语

通过上述加工和检测方法，阀体的加工精度、表面质量、加工效率及经济性得到了大幅提高，从加工及检测结果反映出，此工艺方法、装卡、检测方式正确，由于其刀具的通用化，降低了加工者的技能水平要求，为产品的批量化生产提供了有力保障。

参考文献

[1] 崔致和.复杂阀体结构密封座表面质量的检测.航天制造技术. 2010年12月. 第6期：61-63.

[2] 杨彦东.阀体的加工工艺分析.湖南农机. 2013年05月. 第5期：144-145.

[3] 韩玉梅.阀孔的加工工艺.一重技术. 2004年04月. 第3期：3-8.

作者简介

解宏梅，女，1970年，高级工程师，毕业于中北大学，计算机科学与技术，目前从事产品保证工作。