球閥球體基本原理和成形物理分析

福州儀器閥門(mén)廠根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要，計(jì)劃建立一條球閥球體加工生產(chǎn)線，鑒于本廠目前沒(méi)有完善的不銹鋼球體鑄、鍛設(shè)備(市區(qū)不允許有影響城市環(huán)境的生產(chǎn)設(shè)備)，球體毛坯均依靠外協(xié)加工，不但費(fèi)用高，質(zhì)量不穩(wěn)定，而且交貨期不能保證，影響了正常的生產(chǎn)。并且這兩種方法得到的毛坯存在加工余量大，材料利用率低，特別是鑄造球體存在毛細(xì)孔漏氣等缺點(diǎn)，導(dǎo)至產(chǎn)品成本高，質(zhì)量難以穩(wěn)定等，嚴(yán)重影響本廠的生產(chǎn)發(fā)展。因此，對(duì)球體加工技術(shù)的改造勢(shì)在必行。

1、球體旋壓的原理

1.1、閥門(mén)球體技術(shù)參數(shù)

表一：球體技術(shù)參數(shù)

1.2、球體成形方法比較

(1)鑄造法

這是一種傳統(tǒng)的加工方法，它需要一套完善的熔煉、澆注等設(shè)備，還需要較大的廠房和較多的工人，投資大，工序多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，并污染環(huán)境，每道工序的工人技術(shù)水平直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，球體毛細(xì)孔滲漏的問(wèn)題尚無(wú)法徹底解決，而毛坯加工余量大，浪費(fèi)大，往往在加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)因鑄造缺陷使其報(bào)廢，至使產(chǎn)品成本增高，質(zhì)量無(wú)法保證，此法本廠不宜采用。

(2)鍛造法

這是目前國(guó)內(nèi)許多閥門(mén)企業(yè)所采用的另一種方法，它有二種加工方式：其一是用圓鋼切斷加熱鍛打成球形實(shí)心毛坯，然后進(jìn)行機(jī)械加工。其二是將下料成圓形的不銹鋼板在大型壓力機(jī)上模壓成形，得到空心半球形毛坯，然后再對(duì)焊成球體毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，此法材料利用率較高，但需一臺(tái)大功率的壓力機(jī)和加熱爐以及氬孤焊設(shè)備，預(yù)計(jì)投資需要300萬(wàn)元才能形成生產(chǎn)力，此法也不適合本廠的情況。

(3)旋壓法

金屬旋壓法是一種先進(jìn)的少、無(wú)切屑加工方法，屬于壓力加工的新分支，它綜合了鍛、擠、軋及滾壓等工藝特點(diǎn)，具有材料利用率高(可達(dá)80-90%)，節(jié)省大量的加工時(shí)間(1-5分鐘成形)，經(jīng)旋壓后材料強(qiáng)度可提高一倍。由于旋壓時(shí)，旋輪與工件小面積接觸，金屬材料得于二向或三向壓應(yīng)力狀態(tài)，易于變形，在較小的動(dòng)力下，就可獲得較高的單位接觸應(yīng)力(可達(dá)25-35Mpa)，因此，設(shè)備重量輕，所需總功率小(不到壓力機(jī)的1/5-1/4)，現(xiàn)已被國(guó)外閥門(mén)行業(yè)公認(rèn)為是一種節(jié)能的球體加工工藝方案，同時(shí)也適用于加工其它空心回轉(zhuǎn)體的零件。

旋壓技術(shù)在國(guó)外已得到廣泛的應(yīng)用和高速的發(fā)展，工藝和設(shè)備均十分成熟和穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、液一體化的自動(dòng)控制。目前，旋壓技術(shù)在我國(guó)也得以較大的發(fā)展，已進(jìn)入推廣實(shí)用的階段。

2、旋壓球體毛坯的技術(shù)條件

根據(jù)本廠生產(chǎn)需要并結(jié)合旋壓變形特點(diǎn)，擬定如下技術(shù)條件：

(1)旋壓毛坯材料和型式：1Gr18Nr9Tr、2Gr13的鋼管或鋼板；

(2)旋壓球體毛坯形狀結(jié)構(gòu)：

3、旋壓成形方案

球體旋壓因所選用毛坯型式不同，效果也不相同，經(jīng)分析可用二種方案：

3.1、鋼管縮頸旋壓法

此方案分為三步：第一步是將鋼管根據(jù)尺寸切斷后，夾在旋壓機(jī)床主軸夾盤(pán)中隨主軸一起旋轉(zhuǎn)，旋輪借助于液壓仿形裝置對(duì)管坯進(jìn)行若干次旋壓，使其逐漸縮徑收口，形成半圓球體；第二步將已形成的球體部份切下，并加工焊接坡口；第三步將二個(gè)半球體用氬孤焊對(duì)焊成所需的空心球體毛坯。

鋼管縮頸旋壓法方法的優(yōu)點(diǎn)：不需要模具，成形工藝較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是：需要用特定的鋼管，有焊縫、且鋼管成本較高。

3.2、鋼板普旋法

此方案有二種方式：第一種方式將平板圓形材料利用尾座液壓的頂力，緊壓在球形芯模的外端面上，同主軸一起旋轉(zhuǎn)，利用液壓仿形裝置，經(jīng)若干次旋壓使平板逐漸地收縮變形貼附在芯模上，得到一個(gè)空心半球體，然后切去多余毛邊并加工焊接坡口，后將二個(gè)半球體用氬孤焊對(duì)焊成所需的空心球體毛坯。電站閥門(mén)

第二種方式同樣用平板毛坯普旋，所不同的是旋成半球形后，還需要旋出一段呈圓柱形的半成品，然后將半成品毛坯裝在內(nèi)半球形的芯模中，利用與通徑相同的尾座頂桿壓緊，進(jìn)行與鋼管縮頸相同的旋壓法，將圓柱段逐漸縮旋(收口)形成另一半球，并將收口多余的金屬材料貼在頂桿上，最后切掉多余部分，以獲得一個(gè)所需的整體空心球毛坯。

鋼板普旋法的此法優(yōu)點(diǎn)：鋼板來(lái)源方便、價(jià)格與鋼管對(duì)比價(jià)格較低，能實(shí)現(xiàn)完整的空心結(jié)構(gòu)球體。與鋼管縮頸旋壓法前面方案對(duì)比，缺點(diǎn)是需要二個(gè)芯模，旋壓工藝復(fù)雜，所需旋壓設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制均較復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)較高，但從經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量方面來(lái)分析，此方案仍是最佳方案。

4、旋壓機(jī)床的選取

該旋壓機(jī)床由機(jī)、電、液三部分組成，是較先進(jìn)的機(jī)電液一體化較先進(jìn)的中型機(jī)床。機(jī)床示意原理。它由主軸變速箱和液壓頂出器、尾座、旋輪架、床身等部分組成。

在液壓傳動(dòng)方面，有一個(gè)液壓站及其液壓系統(tǒng)，它為機(jī)床提供除主軸旋轉(zhuǎn)之外的所有動(dòng)力。旋輪橫向?yàn)樾龎悍滦慰刂蒲b置，包括仿形閥，仿形板、調(diào)整機(jī)構(gòu)及支架等。

在電控方面采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)旋壓過(guò)程的自動(dòng)化。

5、結(jié)論

上述各種加工方案的比較表明，用平板旋壓的球體毛坯是一種最佳方案，不論在工藝上，還是在產(chǎn)品質(zhì)量上都達(dá)到預(yù)期的效果。但任何事物都有它的兩面性，平板旋壓球體工藝復(fù)雜，所需旋壓設(shè)備結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制均有較高的要求，局限了它的推廣。