关于截止阀阀体成形的技术分析

【摘 要】在管道中主要控制流体流速与流量的管道装置是阀门，在通风、空调、防排烟等领域对于阀门的应用非常广泛，对于所使用的阀门工艺要求非常高，同时，阀门在相关企业的生产机械设备中是一种不可替代的组成部件，对机器的正常运行有着重要的作用。而随着现代技术的快速发展，相关行业也在不断的引进新技术，这也就使得传统的阀体成形技术不能满足相关行业的要求，使得截止阀体成形技术必须进行创新，而剪—挤成形技术的提出有效地解决了相关行业所面临的困境。本文主要对截止阀阀体成形的技术进行分析，从而加强对剪—挤成形技术的认识。

【关键词】截止阀；阀体成形；技术分析

随着科技的快速发展，传统的阀体铸造工艺存在很大的缺陷，使得相关行业在进行生产制造时，由阀门缺陷引起的阀门泄露以及停机的事故频发，通过此点可以看出，传统的阀体铸造工艺已经逐渐的被淘汰。而“剪切挤压”阀体成形工艺的提出加大的改善了通风、空调、防排烟等方面的效果，有效地保证了相关企业的经济效益。下面我们从空调截止阀阀体的成形技术展开分析。

1.剪—挤成形技术的来源

剪—挤成形技术的提出极大地促进了空调截止阀体成形技术的发展，对相关的生产企业具有巨大的促进作用。人们通过对杯—杆复合挤进行研究，提出了剪—挤成形技术。在杯—杆复合挤中存在着8种流动的形式，而纯剪切流动的变形方式只有在R1≤Rn=R2的时候才会出现。相关的工作人员对此展开研究，提出了剪—挤成形技术。通过研究可以了解到，在杯—杆的成形过程中，为了使其不出现反挤变形的现象，使得整个的成形过程都是以剪切应变为主，从而提出了截止阀体剪—挤成形技术。

2.方案、材料的确定

在空调应用中，安装截止阀的作用是为了便于安装或维修，而设置的开通或切断气、液的管道通路的阀门，在空调中，一般用二通直角阀或者三通直角阀在其管路中与进出管道相连接。本文叙述的阀门采用的是黄铜截止阀。通过实验系统对相应要求进行研究，对相应的结果进行分析，对于采用铅黄铜热锻压的截止阀来说，其最好的选择是采用球阀和角式截止阀。在对阀门的方案进行确定之后，对于阀体所要求达到的性能进行分析，综合考虑价格、性能等各方面的因素，从而确定材料的选择。本文选用的是HPb59-1铜合金。该截止阀主要适用的介质是R410A及R22等常用冷媒，其工作的温度不能高于150℃，其接口的方式是英制管螺纹，阀杆的开启或关闭的行程较短，其切断功能非常可靠。

3.截止阀剪—挤成形技术的实验研究

3.1对实验方案进行模拟实验

根据相应的设计方案规定，阀体的胴体直径?=23mm，阀体的整体高度H=59.5mm，阀体中法兰的连接方式为螺钉连接，一端接管连接焊接结构；另端接管连接锁母套接结构。在模拟实验中，所采用的毛坯是铅试件，该试件的尺寸是原铜件的1/3，在载量为60t的万能材料试验机上进行实验。为了达到剪—挤变形所需要的标准，在实验开始前，要使预成形的枝杈直径略大于或等于冲头的直径。同时，要在模拟实验中使得枝杈的中心线与冲头断面的距离为h，从而使得整个成形的过程中，不会出现反挤的现象，保证整个成形的过程是以剪切变形为主的成形模式，从而达到剪—挤成形的效果。

3.2对于阀体所受挤压力进行计算

通过模拟实验可以得出阀体在实验过程中的受力变化，通过对阀体的受力变化进行统计分析，从而得出，阀体在进行剪—挤成形过程中所承受的压力一般是在8t—12t范围内。下面，我们通过对模拟实验的来对材料为铜合金锻压的截止阀铜件在生产时所需承受的挤压力进行估算。

在铜件进行热挤压的过程中，其真实的应力可以用下式来表示：

Y1=C1σs1 （1）

又 Y1=P1/S1

在上文的模拟实验中，铅件同样可以得出其真实应力值：

Y2=C2σs2 （2）

Y2=P2/S2

式中Y1、Y2—铜件、铅件承受的真实应力

P2、P1—铅件、铜合金截止阀体承受的挤压力

S1、S2—铜和金截止阀体、铅件的凸模面积

C1、C2—铜和金截止阀体、铅件本身的拘束系数

σs1、σs2—铜和金截止阀体在热挤压温度下的屈服应力、铅在室温下的屈服应力

对于试验中的铜件与铅件是相互联系的，对于这两个试验中，其选用机器是一致的，这也就使得其拘束系数是相等的，即C1=C2。通过将式（1）、式（2）联立可以得出铜件在进行剪—挤工艺实验时所受到的锻压力P1的表达式：

P1=S1×?s1×P2/（S2×σs2） （3）

在（3）式中将S1/S2取值为9，σs1取值为40MPa，σs2取值为4.9N/mm2。通过确定P2的值，就可以计算出其锻压力的大小。在本文中，我们取P2=10t，那么P1=115t。如果为了保持实验的准确度，可以将P2取为12t，那么此时的锻压力为128t。通过此可以看出，在160t的压力机上足可以将铜件成形。

3.3计算枝杈中心线到冲头端面的距离h

通过将冲头的直径设计为略小于或等于枝杈直径，对于铜件的成形方式就完全取决于h的大小，将h/D定义为土坯的高径比，其有关尺寸的标准都可以通过相应的表查到。在实验过程中，将其摩擦状态定位无式的摩擦形式。对于相应的实验机械的冲头的直径？取值为36mm。通过对高径比与挤压力之间的关系进行分析，可以发现其高径比与挤压力在上下枝杈成形时有着同样的变化趋势，而且高径比的最低数值在0.75左右。通过研究发现，无论是在高径比大于0.75时，还是在小于0.75时，其造成的挤压力都会增大，尤其是在高径比大于0.75时，挤压力上升的速度非常快。因此在进行成形过程中，要尽量的将其高径比控制在0.75附近。在h/D=0.75是没有反挤的现象，此时，坯料的高度保持不变，其表现的形式为剪—挤成形方式。

4.阀座结构与密封分析

对于阀座的密封性能来说，阀座的形状变化将直接对密封的性能产生影响。因此，在对阀座进行设计的时候，要充分的考虑到对于阀座刚度的要求。在阀体的制作过程中，阀座、内阀体、以及阀杆对于整个阀门的密封性都有很大的影响，因此，在对阀体进行加工的时候，要将阀座、弯头以及内阀体进行整体加工，用以保证阀体内部轴线的垂直度以及阀杆与阀体的同轴度。对于阀门中的密封性来说，其密封的形式对其密封性能来说也有非常大的影响。一般情况下，采用锥而硬密封的密封形式；而在低温状态下，为了维持相应机器的正常运行状态，一般采用焊接密封；为了使得机器能够高效的运转，没有停机现象的出现，一般采用阀杆密封形式。本技术设计采用的是焊接密封方式。

5.结语

对于空调的截止阀来说，其启闭件塞形的阀杆，而且其密封面是锥形面，采用的材料是铜合金，根据相应的模拟实验数据，充分考虑阀体的密封性能，在空调截止阀的成形工艺中主要采用铜热锻压剪—挤成形技术。通过该种成形锻造的截止阀具有很好的机加工及抗扭力性能，使得空调的安装与维修更加便捷。

【参考文献】

[1]杨红亮，康达昌，张质良.DN100mm截止阀阀体成形工艺研究[J].阀门，2009（09）.

[2]杨红亮，张质良，康达昌，朴希宏.大型截止阀阀体剪-挤成形技术实验研究[J].塑性工程学报，2008（03）.

[3]马景槐.21/2″热采截止阀阀体热应力结构分析[J].新疆石油学院学报，2009（06）.