复杂阀体结构密封座表面质量的检测.docVIP

1 引言??????? 空间用阀门一般具有密封性好、重量轻、操作灵活省力等特点，在设计时既要考虑活门所需的最小密封力，又要考虑最小开启拉力。从理论上讲，密封力越大，密封性能越好，而阀门所需的开启力也就越大，这给阀门的设计带来一定的难度。??????? 在满足最小开启力设计的约束条件下，保证阀门密封性能，确保其可靠性和安全性是设计的关键。影响密封的因素有很多[1]，主要因素包括：密封面的表面状况、密封面材料、密封面宽度、密封比压等。其中密封面的加工精度和表面粗糙度越高[2]，则密封面的间隙越小，从而有利于密封，尤其是由于最小开启力的限制，密封比压较小，密封面的加工精度和表面粗糙度的影响更加显著。??????? 通过分析计算及验证试验[3～5]，一方面，对产生密封力的弹性元件进行优化设计，合理筛选、控制相关工艺参数，严格性能参数筛选，保证所需的密封力的同时，又能满足最小开启力的要求；另一方面，对阀体的设计加工提出更高的要求，严格保证加工精度，尤其是阀口密封面的成形和表面质量。采取以上措施，既保证了阀门具有良好的密封性，又保证了阀门操作的最小开启拉力。??????? 由于该阀体结构的特点，不能采用常规的方法检测密封座的加工精度和表面质量，本文提出了采用微观显微的检测方式，解决了该检测问题，并经过试验验证，得到了满意的结果。此方法的实现，能够更好地保证阀门密封的可靠性、安全性。??????? 2 阀体结构特点及加工难点??????? 2.1 阀体结构特点??????? 为了保证阀门的可靠性和安全性，阀体结构设计成大小两个活门座，形成双密封结构。在一道密封失效的情况下，还有一道密封作保证。具体阀体结构和尺寸如图1、图2所示。 图1 阀体结构实体模型图 图2 阀体结构设计示意图???? ???????? 阀体总长142mm，小阀口直径Φ15mm，阀口半径R0.5mm，要求阀口表面粗糙度为Ra0.4μm，形位公差为：垂直度0.03mm，同轴度0.03mm；大阀口直径Φ21.5mm，阀口半径R0.5mm，要求表面粗糙度为Ra0.4μm，形位公差为：垂直度0.03mm，同轴度Φ0.03mm；从阀体端面到小阀口底面的长度为84mm，从阀体端面到大阀口底面的长度为65mm，阀体材料为2A12硬铝合金，材料状态为T4。??????? 2.2 加工难点??????? 由于阀体端面到阀口的距离深度较深，且两道阀口的垂直度、同轴度要求高，在切削加工时，操作者无法观察和测量阀口的表面状态和轮廓尺寸，这给阀口的加工和检测造成较大的难度。目前采用的方法为：每批产品投产时，在进行正式加工前，先行投产一件工艺件。在工艺件上，利用专门制作的阀口成形样板刀，进行阀口的摸底加工和工艺参数的确定。然后，将固化后的加工工艺移植到正式阀体阀口的加工上，使大、小两个阀口一次加工成形，靠刀具来保证阀口的成形、表面质量和加工精度。??????? 3 阀口成形及表面质量检测??????? 阀口成形状态和表面质量的好坏直接影响阀门的密封性。由于阀体结构特点所限，使阀口加工时进刀位置较深。在阀体加工过程中或在加工完成后，无法采用常规的检测手段，直接对阀口的相关尺寸及表面质量进行测量。普通量具无法进入阀体内部检测，而内窥镜由于放大倍数不够，观测不到阀口表面的加工纹络、加工缺陷，不能对阀口加工精度和表面粗糙度准确判定。目前的做法是，利用在工艺件上确定的工艺参数，同时固定设备，固定人员，利用成形样板刀，同批加工数个阀体零件的阀口，待阀体零件全部加工完成后，从中随机抽取一件进行剖切，来检验和计量阀口的成形尺寸和表面质量。通过上述加工和检测方法，阀体阀口的加工精度及表面质量总体上得到了控制，也取得了较好的效果。但从阀门组装后氦质谱检漏的结果来看，仍存在加工不一致性的问题。经分析认为，理论上，同一批工件，若采用同样的工艺参数，同一台加工设备，同一个操作者，同样的刀具，阀口的成形状态是不会改变的，加工质量可以保证。但实际上，由于整个加工过程毕竟靠人工操作，难免有些因素考虑不周，加上加工位置不好，操作上存在一些差异性也是有可能的。这种细微的差异，由于阀口位置深度所限，一般用肉眼很难发现，借助45倍体视显微镜，就能明显地观察到阀口的微观形貌及缺陷情况，如图3、图4所示。从图3可看出密封座表面的加工纹络，从图4可看出密封座表面加工后形成的凹坑缺陷。利用显微检测方法，可发现局部微小缺陷，对阀口的表面质量作出准确的判断。 图3 典型的阀口微观形貌照片（45倍局部） 图4 典型的阀口缺陷照片（45倍局部） ??????? 4 阀口微观检查及分析??????? 在45倍体视显微镜下，对同批加工的3件阀体的大阀口用45倍的体式显微镜进行检查。从观察到的微观图像来看，每个阀体（1#、2