用于小口徑上裝式閥體研磨工裝的設計與應用

2  零件密封面結構工藝分析

       通過對閥體密封面處結構（見圖1）分析，發(fā)現(xiàn)其存在如下特征：①密封面表面粗糙度值要求Ra＝0.2μm，需進行研磨方能達到技術要求。②密封面位置處于閥腔中下部，且呈2.5°斜度對稱分布于閥腔兩側，密封面底部允許1～2mm落虛。③閥腔密封面部位空間尺寸較?。?0.7mm×55mm×53mm）。

圖1 密封面結構

3.1 工裝工作原理

       結合零件結構特征和研磨工藝要求設計工裝工作原理，如圖2所示，研具在一定作用力F下與密封面貼合，同時在偏心凸輪轉動下，通過導向桿帶動在一定范圍內的上、下往復運動，從而實現(xiàn)對密封面微切削，達到研磨效果^[1]。

圖2 工裝工作原理

3.2 工裝具體設計

       根據(jù)原理圖，設計研磨工裝結構（見圖3），其中h為偏心凸輪行程；α為底板斜度；e為底板與研磨板間隙，H為彈簧孔深度；S為研磨板面積。主要由以下3部分組成。

圖3 研磨工裝結構

1—傳動鍵 2—底板 3—鎖緊螺釘 4—傳動軸 5—軸套 6—墊圈 7—偏心凸輪

  8—卡簧 9—支架 10—調整桿 11—鎖緊螺母 12—導向套 13—導向桿 

14—往復彈簧 15—基座 16—鎖緊螺母 17—支撐彈簧 18—研磨板 19—限位螺釘

（1）研磨部分  該單元位于工裝下部，為保證研具與密封面平行，底板斜度α為2.5°，同時選用灰口鑄鐵材質作為研磨板，并在其與底板之間圓周放置一定數(shù)量圓柱支撐彈簧，為研磨過程提供足夠的微切削力^[2]。其中單個彈簧所需力為

       式中，F_n是圓柱彈簧提供最大工作載荷（N）；P是研磨壓強（MPa）；S是研磨板與被研密封面接觸面積（mm2）；n是圓柱彈簧數(shù)量。

       支撐彈簧選用參照GB/T 2089-2009《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數(shù)》^[3]，為避免底板與研磨板接觸時彈簧未能提供足夠切削力情況發(fā)生，應滿足

       式中，H_n是彈簧最大工作載荷長度（mm）；H是彈簧孔深度（mm）；e是底板與研磨板間隙（1.5～2.0mm）。

       為保證間隙e均勻一致，對式中H深度公差控制在±0.05mm內，支撐彈簧精度滿足GB/T 23934-2015《熱卷圓柱螺旋壓縮彈簧技術條件》中2級要求^[4]。

       結合密封面斜度為2.5°和研磨板研磨行程較短要求，支撐彈簧選擇剛度F′較小規(guī)格即可減低研磨過程中上、下極限位置時支撐力變化，從而滿足研磨工藝要求。

       在研磨板和底板配合部位使用球頭結構，使得研磨板在研磨過程中具有浮動功能，保證研磨板和被研磨密封面之間具有良好的貼合性，從而彌補密封面和底板之間的斜度誤差。

（2）上、下往復傳動部分  該單元位于工裝上部，由往復彈簧、偏心凸輪、傳動鍵、導向桿和傳動軸等組成，往復彈簧提高向上動力，偏心凸輪在傳動軸旋轉帶動下壓迫導向桿產生向下動力，從而實現(xiàn)上、下往復運動。

       研磨行程由偏心凸輪控制，即最高點和最低點之差H，行程需控制在一定范圍內，以避免與基座發(fā)生干涉，同時保證最低點時研磨板與密封面底部有2mm間隙。其中往復彈簧選用參照GB/T 2089-2009《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數(shù)》，為保證最高點時往復彈簧力須具有足夠彈性，最高點時彈力滿足

       式中，F是往復彈簧最高點提供工作載荷（N）；P是研磨壓強（MPa）；S是研磨板與被研密封面接觸面積（mm2）；α是密封面斜度（°）；μ是研磨板和密封面間動摩擦因數(shù)。

       為避免因研磨板磨損而出現(xiàn)支撐彈簧無力的情況發(fā)生，在偏心凸輪和導向桿之間增加調整桿進行微調，調整桿頭部采用圓頭結構與偏心凸輪高副接觸，以降低摩擦力。

（3）支架連接部分  為保證工裝與閥體零件裝配適應性，利用閥體中腔結構設計與之匹配的基座，并在其上端兩側設置支架以滿足傳動軸旋轉傳動需要。因偏心凸輪與調整桿高副接觸點隨著偏心凸輪轉動而擺動（見圖4），故需在導向桿中部增加導向，以避免卡死的情況發(fā)生。

圖4 高副接擺動觸點