對球閥球體工藝加工技術的改造

福州儀器閥門廠根據生產發展的需要，計劃建立一條球閥球體加工生產線，鑒于本廠目前沒有完善的不銹鋼球體鑄、鍛設備(市區不允許有影響城市環境的生產設備)，球體毛坯均依靠外協加工，不但費用高，質量不穩定，而且交貨期不能保證，影響了正常的生產。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孔漏氣等缺點，導至產品成本高，質量難以穩定等，嚴重影響本廠的生產發展。因此，對球體加工技術的改造勢在必行。

1、球體旋壓的原理

1.1、閥門球體技術參數

表一：球體技術參數

1.2、球體成形方法比較

(1)鑄造法

這是一種傳統的加工方法，它需要一套完善的熔煉、澆注等設備，還需要較大的廠房和較多的工人，投資大，工序多，生產工藝復雜，并污染環境，每道工序的工人技術水平直接影響產品的質量，球體毛細孔滲漏的問題尚無法徹底解決，而毛坯加工余量大，浪費大，往往在加工過程中發現因鑄造缺陷使其報廢，至使產品成本增高，質量無法保證，此法本廠不宜采用。

(2)鍛造法

這是目前國內許多閥門企業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心毛坯，然后進行機械加工。其二是將下料成圓形的不銹鋼板在大型壓力機上模壓成形，得到空心半球形毛坯，然后再對焊成球體毛坯進行機械加工，此法材料利用率較高，但需一臺大功率的壓力機和加熱爐以及氬孤焊設備，預計投資需要300萬元才能形成生產力，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的少、無切屑加工方法，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，具有材料利用率高(可達80-90%)，節省大量的加工時間(1-5分鐘成形)，經旋壓后材料強度可提高一倍。由于旋壓時，旋輪與工件小面積接觸，金屬材料得于二向或三向壓應力狀態，易于變形，在較小的動力下，就可獲得較高的單位接觸應力(可達25-35Mpa)，因此，設備重量輕，所需總功率小(不到壓力機的1/5-1/4)，現已被國外閥門行業公認為是一種節能的球體加工工藝方案，同時也適用于加工其它空心回轉體的零件。

旋壓技術在國外已得到廣泛的應用和高速的發展，工藝和設備均十分成熟和穩定，并實現機、電、液一體化的自動控制。目前，旋壓技術在我國也得以較大的發展，已進入推廣實用的階段。

2、旋壓球體毛坯的技術條件

根據本廠生產需要并結合旋壓變形特點，擬定如下技術條件：

(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構：

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尺寸切斷后，夾在旋壓機床主軸夾盤中隨主軸一起旋轉，旋輪借助于液壓仿形裝置對管坯進行若干次旋壓，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;第三步將二個半球體用氬孤焊對焊成所需的空心球體毛坯。

鋼管縮頸旋壓法方法的優點：不需要模具，成形工藝較簡單;缺點是：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，利用液壓仿形裝置，經若干次旋壓使平板逐漸地收縮變形貼附在芯模上，得到一個空心半球體，然后切去多余毛邊并加工焊接坡口，后將二個半球體用氬孤焊對焊成所需的空心球體毛坯。電站閥門

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半球形的芯模中，利用與通徑相同的尾座頂桿壓緊，進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，以獲得一個所需的整體空心球毛坯。

鋼板普旋法的此法優點：鋼板來源方便、價格與鋼管對比價格較低，能實現完整的空心結構球體。與鋼管縮頸旋壓法前面方案對比，缺點是需要二個芯模，旋壓工藝復雜，所需旋壓設備結構和控制均較復雜，設備造價較高，但從經濟效益和產品質量方面來分析，此方案仍是最佳方案。

4、旋壓機床的選取

該旋壓機床由機、電、液三部分組成，是較先進的機電液一體化較先進的中型機床。機床示意原理。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。

在液壓傳動方面，有一個液壓站及其液壓系統，它為機床提供除主軸旋轉之外的所有動力。旋輪橫向為旋壓仿形控制裝置，包括仿形閥，仿形板、調整機構及支架等。

在電控方面采用先進的計算機自動控制，實現旋壓過程的自動化。

5、結論

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，還是在產品質量上都達到預期的效果。但任何事物都有它的兩面性，平板旋壓球體工藝復雜，所需旋壓設備結構和自動控制均有較高的要求，局限了它的推廣。