球阀球体工艺方案的分析(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)福州仪器阀门厂 作者:沈少华

  福州仪器阀门厂根据生产发展的需要,计划建立一条球阀球体加工生产线,鉴于本厂目前没有完善的不锈钢球体铸、锻设备(市区不允许有影响城市环境的生产设备),球体毛坯均依靠外协加工,不但费用高,质量不稳定,而且交货期不能保证,影响了正常的生产。并且这两种方法得到的毛坯存在加工余量大,材料利用率低,特别是铸造球体存在毛细孔漏气等缺点,导至产品成本高,质量难以稳定等,严重影响本厂的生产发展。因此,对球体加工技术的改造势在必行。

1、球体旋压的原理

1.1、阀门球体技术参数(见表一)

表一:球体技术参数

球体技术参数 

1.2、球体成形方法比较

(1)铸造法

  这是一种传统的加工方法,它需要一套完善的熔炼、浇注等设备,还需要较大的厂房和较多的工人,投资大,工序多,生产工艺复杂,并污染环境,每道工序的工人技术水平直接影响产品的质量,球体毛细孔渗漏的问题尚无法彻底解决,而毛坯加工余量大,浪费大,往往在加工过程中发现因铸造缺陷使其报废,至使产品成本增高,质量无法保证,此法本厂不宜采用。

(2)锻造法

  这是目前国内许多阀门企业所采用的另一种方法,它有二种加工方式:其一是用圆钢切断加热锻打成球形实心毛坯,然后进行机械加工。其二是将下料成圆形的不锈钢板在大型压力机上模压成形,得到空心半球形毛坯,然后再对焊成球体毛坯进行机械加工,此法材料利用率较高,但需一台大功率的压力机和加热炉以及氩孤焊设备,预计投资需要300万元才能形成生产力,此法也不适合本厂的情况。

(3)旋压法

  金属旋压法是一种先进的少、无切屑加工方法,属于压力加工的新分支,它综合了锻、挤、轧及滚压等工艺特点,具有材料利用率高(可达80-90%),节省大量的加工时间(1-5 分钟成形),经旋压后材料强度可提高一倍。由于旋压时,旋轮与工件小面积接触,金属材料得于二向或三向压应力状态,易于变形,在较小的动力下,就可获得较高的单位接触应力(可达25-35Mpa),因此,设备重量轻,所需总功率小(不到压力机的1/5-1/4),现已被国外阀门行业公认为是一种节能的球体加工工艺方案,同时也适用于加工其它空心回转体的零件。

  旋压技术在国外已得到广泛的应用和高速的发展,工艺和设备均十分成熟和稳定,并实现机、电、液一体化的自动控制。目前,旋压技术在我国也得以较大的发展,已进入推广实用的阶段。

2、旋压球体毛坯的技术条件

  根据本厂生产需要并结合旋压变形特点, 拟定如下技术条件:

  (1)旋压毛坯材料和型式:1Gr18Nr9Tr、2Gr13 的钢管或钢板;

  (2)旋压球体毛坯形状结构(见图1):

旋压球体毛坯图 

图1 旋压球体毛坯图

3、旋压成形方案

  球体旋压因所选用毛坯型式不同,效果也不相同,经分析可用二种方案:

3.1、钢管缩颈旋压法

  此方案分为三步:第一步是将钢管根据尺寸切断后,夹在旋压机床主轴夹盘中随主轴一起旋转,旋轮借助于液压仿形装置对管坯进行若干次旋压,使其逐渐缩径收口(见图2),形成半圆球体;第二步将已形成的球体部份切下,并加工焊接坡口;第三步将二个半球体用氩孤焊对焊成所需的空心球体毛坯。

钢管缩颈图 

图2 钢管缩颈图

  钢管缩颈旋压法方法的优点:不需要模具,成形工艺较简单;缺点是:需要用特定的钢管,有焊缝、且钢管成本较高。

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