閥球是球閥中起開(kāi)關(guān)作用的關(guān)鍵零件。介紹了閥球研磨中的杯形研具工裝，給出了杯形研具研磨時(shí)的關(guān)鍵工藝參數(shù)：壓力、速度、磨料濃度，確定了研磨效果的評(píng)價(jià)參數(shù)：粗糙度、球度、去除效率。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)的研究與分析，得到研磨工藝參數(shù)對(duì)研磨效果的影響規(guī)律，獲得了較好的工藝參數(shù)。

　　球閥在現(xiàn)代工業(yè)中有著十分廣泛的應(yīng)用，球閥的密封效果是球閥最重要的指標(biāo)之一。閥球是球閥中起開(kāi)關(guān)作用的關(guān)鍵零件，為達(dá)到好的密封效果及理想的使用壽命，閥球的球度及表面粗糙度在制造中十分關(guān)鍵。研磨工藝是當(dāng)下國(guó)內(nèi)對(duì)閥球進(jìn)行精加工的主要方法，研磨分為粗研磨和精研磨，具體的研磨方法主要有手工研磨、上下轉(zhuǎn)盤(pán)研磨、專(zhuān)用球體研磨機(jī)、杯形研具研磨等。杯形研具工裝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，它安裝在現(xiàn)有機(jī)床上，非常經(jīng)濟(jì);可以實(shí)現(xiàn)粗研磨和精研磨兩步工序;同時(shí)能滿足小尺寸到大尺寸的閥球加工，通用性好。

　　在研磨過(guò)程中，有眾多因素會(huì)對(duì)加工結(jié)果造成影響，本文以優(yōu)化粗研磨工藝參數(shù)為目的，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到優(yōu)化后的粗研磨加工工藝參數(shù)。

1、杯形研具工裝

　　工作原理如圖1所示，研磨運(yùn)動(dòng)由兩部分構(gòu)成，一是機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥球旋轉(zhuǎn)，二是伺服電機(jī)帶動(dòng)研具的旋轉(zhuǎn)。杯形研具在彈簧作用下以一定的力壓緊在球體上，球體與研具間的磨料在力及運(yùn)動(dòng)作用下，將球體上的材料逐漸去除。

圖1 杯形研具工裝

2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　在閥球的粗研磨過(guò)程中，有眾多因素會(huì)影響加工效果，表1列舉了本試驗(yàn)的各個(gè)條件因素。通過(guò)表1分析得知，工件與加工設(shè)備都不可隨意選擇，為提高加工效率，研磨時(shí)間也不得太長(zhǎng)，選擇為5min較為合理。于是得到本試驗(yàn)條件下可控制的關(guān)鍵工藝參數(shù)：研磨壓強(qiáng)、研磨速度、磨料濃度。本試驗(yàn)的主要目的就是研究上述三個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)研磨后的粗糙度、球度及去除效率的影響規(guī)律，獲取更為優(yōu)化的工藝結(jié)果。

表1 影響本試驗(yàn)加工結(jié)果的條件因素

　　研磨壓強(qiáng)P由彈簧壓緊力F除以球體與研具的接觸面積A得到;研磨速度v由機(jī)床旋轉(zhuǎn)速度w1與研具旋轉(zhuǎn)速度w2合成，為了讓研磨軌跡更加分散，合成速度大小在接觸位置點(diǎn)間相差更小，w1與w2應(yīng)當(dāng)互質(zhì)、比例盡量擴(kuò)大;白剛玉適用于不銹鋼的研磨，用W20粒度的研磨料用于粗研磨可以有較高的去除效率，用乳化液做為研磨劑可以獲得較好的磨料分散效果。由此列出了如表2所示的加工工藝參數(shù)及水平，每個(gè)工藝參數(shù)給出3個(gè)水平。

　　由表2加工工藝參數(shù)及水平，可以獲得如表3所示工藝設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表格，加工參數(shù)中各列分別代表壓力、速度、磨料濃度，各行分別是這三個(gè)加工參數(shù)的水平值;測(cè)試結(jié)果中，表面質(zhì)量用粗糙度Ra衡量，球度偏差用經(jīng)過(guò)圓球球心的最大圓的圓度誤差衡量，去除效率由單位時(shí)間內(nèi)的閥球質(zhì)量去除量(g/min)衡量。

表2 加工工藝參數(shù)及水平

表3 工藝設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表及測(cè)試結(jié)果

3、試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1、試驗(yàn)結(jié)果

　　按照表3正交試驗(yàn)表格，每個(gè)實(shí)驗(yàn)號(hào)加工5個(gè)閥球，共計(jì)45個(gè)球。用粗糙度儀、球度儀、分析天平按實(shí)驗(yàn)號(hào)分組測(cè)量并計(jì)算，得到各實(shí)驗(yàn)號(hào)測(cè)試結(jié)果的平均值，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表3所示。

3.2、水平平均值響應(yīng)分析

　　對(duì)表3的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行水平平均值響應(yīng)分析。為計(jì)算因素A(壓力)在水平1(0.2MPa)下的平均響應(yīng)，方法是將包含A1(壓力0.2MPa)的1、2、3號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的值相加，之后再除以3得到平均值，這樣就可以得到各評(píng)價(jià)參數(shù)的平均值：表面粗糙度Ra(A1)=0.603、球度偏差(A1)=4.89µm、去除效率(A1)=0.0219g/min，其余2個(gè)水平的平均用相同的方法計(jì)算得到，列于表4中。

　　同理，剩下的兩個(gè)加工參數(shù)B(速度)、C(磨料濃度)的水平平均值響應(yīng)按上述方法得到，結(jié)果列于表4中。

　　依據(jù)表4便可得到3個(gè)工藝參數(shù)的3個(gè)水平對(duì)球體的表面粗糙度Ra、球度偏差、去除效率的水平平均值影響曲線，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度的水平平均值影響

圖3 工藝參數(shù)對(duì)球度偏差的水平平均值影響

圖4 工藝參數(shù)對(duì)加工效率的水平平均值影響

表4 平均值響應(yīng)分析

　　由圖2看出，對(duì)于表面粗糙度Ra，其值越小越好，A1B1C3為最好的工藝組合，即：壓力0.2MPa，速度20m/min，磨料濃度40%;研磨壓力越小，研磨速度越小，磨料濃度越高，表面精度越好;比較圖2中的曲線坡度，可知磨料濃度對(duì)其影響最大。

　　由圖3看出，對(duì)于球度偏差，其值越小越好，A1B1C3為最好的工藝組合，即：壓力0.2MPa，速度20m/min，磨料濃度40%;研磨壓力越小，研磨速度越小，磨料濃度越高，球度精度越高;比較圖3中的曲線坡度，可知壓力對(duì)其影響最大。

　　由圖4看出，對(duì)于加工效率，其值越大越好，A3B2C1為最好的工藝組合，即：壓力0.5MPa，速度35m/min，磨料濃度20%;壓力越大，磨料濃度越低，加工效率越高;研磨速度在升高到一定程度之后，切削效率反而降低，其原因是刀具和工件旋轉(zhuǎn)速度過(guò)快，研磨液容易甩出，研磨顆粒劑量難以保證充分;比較圖4中的曲線坡度，可知壓力和速度對(duì)其影響都比較大。

　　由以上分析可知，加工精度與加工效率的工藝參數(shù)的優(yōu)化方向相互矛盾，提高加工精度就要以降低加工效率為代價(jià)，提升加工效率就要以降低加工精度為代價(jià)。對(duì)表面粗糙度而言，磨料濃度對(duì)其影響最大，對(duì)球度而言，壓力對(duì)其影響最大，對(duì)加工效率而言，壓力和速度對(duì)其影響比較大。

　　綜合分析發(fā)現(xiàn)，參數(shù)優(yōu)化過(guò)程最沖突的參數(shù)是影響球度和加工效率的壓力大小，折中考慮后，確定壓力大小為0.35MPa，最后確定磨料濃度為40%，速度為35m/min.

4、結(jié)語(yǔ)

　　粗研磨是閥球加工的重要工序，為了獲得良好的加工精度及加工效率，本文以表面粗糙度Ra，球度偏差及加工效率為評(píng)價(jià)參數(shù)，以壓力、速度、磨料濃度為關(guān)鍵控制工藝參數(shù)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)法的加工實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分析表明：

　　1)對(duì)表面粗糙度Ra和球度偏差而言：研磨壓力越小，研磨速度越小，磨料濃度越高，這兩者的值越小，加工效果越好，精度越高;

　　2)對(duì)加工效率而言，壓力越大，磨料濃度越低，加工效率越高，研磨速度在升高到一定程度之后，切削效率反而降低;

　　3)綜合考慮加工精度及加工效率的要求，最終確定本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的工藝參數(shù)：壓力為0.35MPa，濃度為40%，速度為35m/min。