闸阀座孔、法兰一体加工设计方案

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编者按

本文介绍的楔式闸阀阀体的左、右两阀座孔和法兰一体加工工装运用球面定位特点，能实现一次定位装夹，分4个工位加工楔式闸阀的左、右两阀座孔和法兰，更精准保证两个阀座孔对中法兰中心的对称度及其相关尺寸公差，为阀体和闸板高互换性装配提供了技术保证，同时保证了左、右法兰厚度均匀。

阀门的用途极广，是不可缺少的工业管路附件和设备之一。闸阀是其中最为常用的一种，在阀门总量中占比超40%，是一般主支管道的首选阀种。楔式闸阀的阀体密封面大多采用堆焊密封面的阀座和阀体焊接连接的形式。

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现行阀体阀座孔加工的不足

中外各标准中虽没有明确规定，但楔式闸阀的单边楔角一般以5°为多，这种闸阀的阀体图样中往往只对左、右两5°阀座孔的距离尺寸公差有较高精度要求，没有提出阀座孔对中法兰中心的对称度要求（见图1），因此和闸板装配都是单配，不能互换，生产效率低。

图1　阀座孔

如果阀座孔对中法兰中心的对称度高，闸板装配会很方便快捷、密封性好，并可能实现高互换性，而现行的往往都是阀体和闸板单配。这是由现行的阀体加工工艺决定的：先加工左、右法兰，然后加5°工装，分别以左、右法兰定位，分两次装夹加工右、左阀座孔。其工艺不足点：①先要提高左、右两法兰的尺寸精度和同轴度，这在图样中是没有高要求的。②由于分两次分中，左、右法兰厚度会不均匀。③左、右阀座孔的距离尺寸公差较难测量，两阀座圈对中法兰中心的对称度很难保证，因此图样中一般不会提出，而靠闸板单配保证密封。④左、右法兰和左、右阀座孔分4道工序加工，装夹4次，基准多次变换且不统一，加工精度低，耗费工时，工人劳动强度大。

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改进后的工艺安排

经过反复设计、试验，制造出系列楔式闸阀阀体左、右阀座孔和法兰一体加工的球面定位工装，安装在卧式数控车床上，很好地解决了现行楔式闸阀阀体加工的不足。

改进工艺为：①数控铣削，锥销对顶两流量孔定位，左、右两法兰背面（并参考导向筋）分中，粗、精铣削中法兰，钻中法兰螺栓孔，其中长对角两孔（见图1中M、N孔）直径控制尺寸精度达mm，两孔中心距尺寸精度控制为±0.1mm。②数控车削，以工序①加工的中法兰及其长对角两孔实现一面双销定位，先粗、精车两左、右法兰及密封水线，再粗、精车两阀座孔。③钻削，钻左、右法兰各螺栓孔，背锪左、右法兰和中法兰各螺栓孔。④焊接，焊接已堆焊并精车好的阀座。⑤研磨密封面。

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球面定位工装设计

球面定位工装如图2所示。

图2　定位工装

1—螺钉　2—机床接盘　3—平衡块　4—工件（楔式闸阀阀体）　5—球台　6—防脱组件　7—压板铰支座　8—压紧块　9—夹紧丝杠　10—压板　11—活节螺栓　12—压板垫支座　13—工件定位销　14—垫块　15—定位销锁钉　16—定位导块　17—球台定位销

在上述工序②数控车削中，球面定位工装保证该工序一次定位装夹，分4个工位加工左、右两阀座孔和法兰，其工装设计原理如下所述。

1）C－C剖视中，工件通过垫块和工件定位销组成的一面双销定位在球台上。

2）B－B剖视中，球台通过半径为SR的球面定位在球窝中。

3）B－B剖视中，球窝和机床接盘通过螺钉组成车削角盘，整个角盘通过机床接盘中的定位孔A和车床主轴定位联接。

4）B－B剖视中，在组装角盘时必须保证SR球面的中心在机床接盘的定位孔中心线（车床主轴）A上，这可通过三坐标精准测量，此为整套工装的核心。

5）B－B、C－C剖视中，垫块的厚度和工件定位销的位置保证安装在角盘上工件的中心线与车床主轴A重合，均通过SR定位球面的中心。

6）左下角俯视图中，SR球面定位限定了三个平动自由度，另设计两对对角布置的球台定位，限定三个转动自由度。车削左、右两法兰端面时用0°定位，球台旋转180°，车削另一侧法兰端面，图B－B剖视就是0°位置；车削左、右两阀座孔时，用5°定位，球台旋转180°，车削另一侧阀座孔，图B－B剖视中的球台绕SR球心顺时针旋转5°后的位置如图3所示，此时阀座孔轴线与车床主轴A同轴。

7）俯视图和C－C剖视中，球台定位销分别有0 °和5 °定位时两种不同长度的定位销各两支，在0 °定位时，5 °定位销取下；在5 °定位时，0 °定位销取下。为了防止加工中定位销脱落，由定位销锁钉将其固紧在定位导块上。为了防止过定位，两个定位销均为削边销，削边方向一个水平，一个垂直，在钻、铰每对定位销的这个孔时就要考虑到，工作时由定位销锁钉控制其方向，但无需对应于球台定位孔。

8）D－D剖视中，夹紧装置为压紧块通过旋转夹紧丝杠实现，夹紧丝杠和压紧块的力作用面为球面，方便压紧块夹紧时的摆动（0°和5°定位时夹紧分别见图2和图3的B－B剖视图）。

图3　5°定位加工阀座孔

1—夹紧丝杠　2—压紧块　3—工件（楔式闸阀阀体）4—球台

9 ） D－ D剖 视 中 ， 与 夹 紧丝杠配合的Tr螺纹副布置在压板上，压板一端和压板铰支座铰接，另一端托在压板垫支座上，两者通过活节螺栓夹紧，并方便装拆工件。

10）B－B剖视中，整个车削角盘工装配平衡块以减少车削时的偏心。

11）B－B、C－C剖视中，为防止装拆工件时球台意外脱落，增设了防脱组件。防脱组件的防脱螺钉伸到球台防脱沟槽中的头部直径要比后者的沟槽宽度小一些，长度也不压紧沟槽底部，这样防脱螺钉不会干涉球台的5°转动。

12）B－B、C－C剖视中，配不同的垫块和工件定位销，可以分段实现系列化楔式阀体的左、右阀座孔和法兰一体化在一个工装中加工，减少了工装的设计和制造。

13）本工装的关键零件球台如图4所示。

图4　球台

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结语

本工装利用球面定位特点，一次装夹，能实现楔式闸阀的左、右两阀座孔和法兰一体化加工，更精准保证两阀座孔对中法兰中心的对称度及其相关的尺寸公差，为阀体和闸板高互换性装配提供了技术保证，并能分段实现系列化楔式闸阀的阀体加工，同时5°定位也可根据楔式闸阀的 阀 座 孔 角 度 制 成 2 ° 5 2 ′ 、3°30′、8°和10°等定位。

本文发表于《金属加工（冷加工）》2020年第6期46-48页，作者：江苏万恒铸业有限公司黄成元、史海洲 ，原标题：《楔式闸阀阀体阀座孔和法兰一体加工工装的设计》。

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