楔式闸板的加工工艺

1.楔式闸板的结构特点和技术要求

（1）楔式闸阀闸板的结构特点 这种类型的闸板是外缘带凸块的圆盘，两端面为对称于中心平面的倾斜密封面。在其大端凸出部位有与阀杆连接的T形槽或螺纹。为使闸板能在阀体中顺利地开启和关闭，在闸板外缘的两侧面上设有导向槽或导向筋，如图8⁃2所示。

由于闸阀的使用介质不同，闸板密封面的材料也不一样，常用的材料有铜合金、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、钴基硬质合金、镍基硬质合金、镍铜合金、哈氏合金、铸铁等。

闸板密封面的形成方法有三种：在阀体上直接车出；堆焊后车出；镶密封圈。

这种类型的闸板可分为刚性和弹性闸板两大类。公称尺寸DN15～DN100的钢制闸板可用锻造；其余公称尺寸的钢制、铸铁制闸板均采用铸造。

（2）楔式闸板的主要技术要求

1）闸板的密封面部位，钢制闸板的T形槽及导向槽（肋）需要机械加工，其余部位一般为非加工表面。

2）密封面要平整，不得有气孔、划痕、裂纹等缺陷，其表面粗糙度Ra值要小于0.8μm。

3）闸板厚度（轴线上测量）偏差一般为12级。

4）非配合加工表面的公差等级取IT14级，表面粗糙度Ra值为12.5。

5）导向槽或导向肋的两侧面对两密封面的对称度不大于规定值。

6）两导向槽底面的平行度不大于规定值。

7）两密封面采用堆焊的闸板，堆焊后应进行热处理，以便消除内应力。

2.楔式闸板的工艺分析和典型工艺过程

图8⁃2 楔式闸阀闸板

a）刚性闸板 b）弹性闸板

从闸板的功用、结构和技术要求看，闸板的主要工艺问题是：如何保证两密封面间角度偏差、密封面的精度和表面粗糙度以及密封面与导向槽的相互位置精度。因此，在工艺路线的安排、定位基准的选择和夹具结构等方面都应根据这些问题进行考虑。

下面根据闸板的结构分析来确定其典型工艺过程。

（1）刚性楔式闸板 图8⁃2a为两种刚性闸板结构，由于闸板没有弹性槽，因此，楔角的精度靠加工来保证。闸板的尺寸、材料和结构不同，其加工过程也不一样。

DN65以下的整体黄铜制闸板用金属模铸成毛坯，铸件质量较好。除密封面及大端中部螺纹部位需要加工外，其余部位均不需加工。根据先粗后精的原则，一般先把大端中部螺纹及内孔车好，然后以螺纹内径及端面和一侧密封面为基准安装在图8⁃3的夹具中加工另一侧密封面。车好后将闸板翻转，在原夹具上再加工另一侧密封面。在同一个夹具、同一台机床上用相同的工艺参数加工两密封面，可以减少加工误差，保证闸板的质量。表8⁃1为成品生产中黄铜闸的典型工艺过程。

图8⁃3 车黄铜闸板密封面夹具

1—夹具体 2—盖板 3—连杆 4—定位斜垫 5—压杆 6—小弯板 7、8—连杆 9—拉杆

表8⁃1 黄铜闸板的典型工艺过程

（2）钢和铸铁闸板 钢和铸铁制闸板的加工有两种工艺路线方案：

1）第1种方案。首先在闸板的大端和小端的外缘中心位置钻出中心孔，以中心孔作定位基准，依次加工导向槽或导向肋的顶面及T形槽端面、导向槽。然后以导向槽和小端外缘为基准铣T形槽，再以已加工的表面为基准加工密封面部位。这种方案的特点是加工过程中采用同一基准和互为基准相结合，有利于提高加工质量和效率。这种方案适用于公称尺寸DN100以下的钢制闸板的加工。表8⁃2和表8⁃3分别为公称尺寸DN50以下，公称尺寸DN50～DN100的钢制闸板的典型工艺过程。

表8⁃2公 称尺寸DN50以下不锈钢闸板的典型工艺过程

表8⁃3公 称尺寸DN50～100碳钢闸板的典型工艺过程

2）第2种方案。先粗加工密封面部位，然后以它为定位基准，加工T形槽、导向槽，最后精加工密封面。这种方案的特点是：加工过程中所使用的夹具结构比较简单，适应性广，DN50以上的钢、铸铁闸板都能适用。表8⁃4为中小批量生产时碳素钢闸板的典型工艺过程。

表8⁃4 碳素钢闸板的典型工艺过程

注：1.如果用失蜡铸造毛坯可省去划线，粗铣导向槽及铣T形槽工序，但在加工前需清除这些部位的毛刺。

2.此工艺规程适用于中等公称尺寸闸板的加工。

3.公称尺寸较大闸板堆焊后，在第一面密封面时一般按平面找平加工，导向槽无需分粗、精两道工序。

（3）弹性楔式闸板 弹性楔式闸板的特点是中间有弹性槽，关闭时闸板楔角可随阀体的楔角自行微量调整。

弹性闸板有整体式和焊接式两种，如图8⁃2b所示。前者一般采用铸件毛坯，后者采用铸焊（或锻焊）毛坯。

整体式弹性闸板的加工过程与表8⁃4的过程基本相同，只是增加一道切槽或切肋工序。切槽工序一般放在精加工密封面前进行，这样可以在精加工时避免由于闸板的残余应力使切槽后产生变形。

公称尺寸较小闸板的弹性槽可在车床上切出，而公称尺寸较大的闸板则用专用机床加工，图8⁃4为切弹性槽机床。

铸焊式的弹性闸板是由两片铸造的半个闸板与心轴焊接而成的。因此，需分两个阶段进行加工。第一阶段可将单片闸板的内孔、背面车好，密封面留加工余量；心轴按图样加工好，然后把它们组焊到一起，再进行第二阶段的加工，即进行T形槽、导向槽和密封面的精加工。表8⁃5为中小批量生产中铸焊式弹性闸板典型工艺过程。

图8⁃4 切弹性槽机床

表8⁃5 铸焊式弹性闸板的典型工艺过程

3.主要表面和部位的加工方法

（1）导向槽或导向肋的加工 导向槽通常在铣床上加工。由于闸板的结构和公称尺寸不同，因此，加工方法、定位基准和所使用的工艺装备也有区别。加工导向槽有以下两种方法：

1）第一种。以中心孔为定位基准，将工件安装在夹具上用卧式铣床加工。这种方法一般适用于公称尺寸DN100以下闸板导向槽或导向肋的加工。

图8⁃5为铣公称尺寸DN50以下导向肋的夹具。在加工前根据被加工闸板的尺寸要求调整好小弯板的距离，然后按工件将距离对好，即可进行加工。铣好一侧导向肋后略松顶尖并拔出插销，将回转轴转180°，把插销插入另一定位孔，推进定位座，顶紧顶尖并锁紧，铣另一侧导向肋。

图8⁃5 公称尺寸DN50以下闸板铣导向肋夹具

1—夹具体 2—前顶尖 3—旋转轴 4—小弯板 5—顶尖座 6—后顶尖 7—锁紧手柄 8—定位插销 9—定位块

铣公称尺寸DN65～100闸板导向槽的夹具如图8⁃6所示。其结构同上面介绍的有些相似。加工时，把闸板安装在两顶尖间，并用角尺找平，然后用两螺钉顶紧，按对刀块对刀加工。铣好一侧导向槽后，松开顶尖及螺钉，将闸板回转180°，并用支承螺帽将闸板顶平，即可进行加工。

图8⁃6 公称尺寸DN65～100铣闸板导向槽夹具

1—前顶尖座 2—后顶尖座 3—后顶尖 4—对刀块 5—支承螺母 6—夹具体 7—定位键 8—顶紧螺钉

采用这种方法加工导向槽或导向肋的主要优点是：用同一定位基准，完成两侧导向槽或导向肋的加工，可减少闸板装卸时间，并保证两侧导向槽或导向肋与中心面的对称性。

图8⁃7为另一种铣导向槽夹具。这种夹具刚性好，一般用于精铣。

如果闸板导向肋顶面是圆弧形的，在铣导向肋前可先在车床上按图纸要求车至尺寸，然后再铣导向肋。

图8⁃7 铣导向槽台虎钳式夹具

2）第二种。以粗加工后的密封面内径、端面以及T形槽为定位基准，将闸板安装在立式铣床的斜盘夹具上用组合铣刀加工导向槽。这种加工方法常用于公称尺寸DN100以上闸板导向槽的加工。图8⁃8为铣导向槽夹具。使用组合铣刀是用特制的三面刃圆盘铣刀按被加工闸板导向槽的深浅组成的。采用这种组合铣刀加工效率高，每侧只需一次走刀就能达到要求尺寸。

公称尺寸DN300以上闸板，生产量较少，导向槽一般可按划线在插床上加工，也可在铣床上加工。

中等公称尺寸闸板的导向槽，在中批以上生产中，通常采用组合机床加工。

图8⁃9为铣闸板导向槽组合机床。此机床用于公称尺寸DN150～250闸板导向槽及端面加工，机床由两个铣削头、往复式工作台和夹具等部分组成。这种机床操作方便，加工效率高，每一工作循环可加工两个闸板。

（2）T形槽的加工T形槽的加工方法用铣或插。

公称尺寸DN150以下的闸板一般分两道工序在立铣床上加工。先用圆柱形铣刀铣直槽，然后用T形槽铣刀铣T形槽。图8⁃10为铣T形槽夹具。公称尺寸DN200以上的闸板，T形槽的加工通常按划线在插床上进行。闸板的安装如图8⁃11所示。这种加工方法生产效率较低，仅适用于中小批量的生产。

图8⁃8 铣公称尺寸DN100以上闸板导向槽夹具

1—斜盘体 2—螺栓 3—压板 4—球面螺母 5—锥面垫圈 6—定位盘 7—压板 8—顶柱 9—可调定位板 10—背板 11—定位健

图8⁃9 闸板加工导向槽组合机床

图8⁃10 闸板铣T形槽夹具

1—夹具体 2—定位块 3—对刀块 4—压紧块 5—顶紧螺杆 6—顶紧螺钉 7—定位板

图8⁃11 闸板插T形槽夹具

在大批量生产中，T形槽采用组合机床加工。目前用于铣T形槽的组合机床有两种结构。一种是带回转工作台四工位组合铣床，闸板侧立安装。另一种是立式组合铣床，如图8⁃12所示。机床由三台立式铣削头、往复式工作台、床身及夹具等组成。此机床用来加工公称尺寸DN150～DN250闸板的T形槽。用这种组合铣床加工，效率比普通铣床高3～4倍。

（3）密封面的加工 密封面是闸板的关键部位，其加工质量直接影响阀门的密封性能和使用寿命。

图8⁃12 闸板铣T形槽组合机床

密封面的粗加工可在卧式车床或立式车床上进行。精加工一般用磨或精车的方法来完成。精加工的方法要根据密封面的精度要求、材料、硬度、闸板的尺寸以及生产批量来确定。

下面按闸板的结构介绍密封面部位的加工方法。

1）刚性闸板。刚性闸板包括整体用奥氏体不锈钢或铜合金制成的以铸铁为基体镶密封圈的和以碳钢为基体堆焊不锈钢或其他合金材料的三大类。除整体铜合金闸板的密封面一般在卧式车床上经一道工序完成粗、精加工外，其他材料的闸板密封面均分粗、精加工工序进行。(www.xing528.com)

公称尺寸DN100以下钢制闸板密封面的粗加工，通常以闸板导向槽或导向肋及T形槽端面为定位基准，在卧式车床上进行。图8⁃13为粗加工DN50以下闸板密封面双爪自动定心夹具。闸板靠带有斜角的左右卡爪夹紧。这种夹具的优点是具有一定的通用性，闸板装卸方便。DN65以上闸板密封面的粗加工（包括堆焊基面的加工和堆焊后的粗加工）通常采用图8⁃14的夹具。

图8⁃13 粗加工DN50以下闸板密封面双爪自动定心夹具

图8⁃14 DN65以上闸板密封面粗加工夹具

闸板的厚度靠相对测量来控制。测量时以夹具夹爪上的C面为测量基准，量出C面至密封面（即堆焊基面）的距离E，即可获得半面厚度尺寸。

E=0.5B-b

式中 B——闸板厚度（mm）；

b——设计夹具时确定（mm）。

这个夹具为通用夹具。加工不同闸板时，先按闸板尺寸把定位弯板调到适当位置，其距离可按下式计算：

L=H-0.5Btanα

式中 H——闸板T形槽端面至密封面中心的距离（mm）；

α——密封面斜角，一般取5°。

公称尺寸DN150以上的闸板，一般按划线找正后，车第一端堆焊基面及工艺止口。车另一端时以工艺止口及堆焊基面为定位基准安装在夹具上，根据闸板尺寸的大小分别在卧式车床或端面车床上进行。图8⁃15为车闸板密封面通用夹具。在加工不同尺寸的闸板时需更换定位盘，并按图8⁃16计算出闸板的位移量S。如闸板楔角为2α则

图8⁃15 车闸板密封面通用夹具

图8⁃16 闸板的位移量

若l=l₁+l₂

l₁=Hsin2α

l₂=Bsin2α

将l₁、l₂代入后得

当α=5°时代入上式，则

S=0.17633H+0.0885B

式中 l——在垂直方向的调整距离（mm）；

l₁——定位盘的调整距离（mm）；

l₂——闸板的调整距离（mm）。

公称尺寸DN100以下钢制闸板密封面的精加工，一般根据密封面的硬度和闸板尺寸大小，分别采用磨或精车的方法加工。DN50以下的奥氏体不锈钢闸板，由于尺寸较小，且不便于用磨削方法加工，因此，要在热处理后进行精车。图8⁃17为精车密封面夹具。加工时车好一面后，将闸板翻转加工另一面。闸板的厚度和对称性靠机床挡铁和安装在小刀架侧面上的百分表控制。公称尺寸DN65以上闸板密封面的精加工，一般精车后还需进行磨削加工。图8⁃18为精车密封面夹具。

图8⁃17 精车公称尺寸DN50以下闸板密封面夹具

图8⁃18 精车公称尺寸DN65以上闸板密封面夹具

密封面的磨削通常在圆盘磨床上进行。图8⁃19为磨密封面夹具。磨削时先在一面磨去闸板厚度余量的一半，然后再根据生产批量按不同要求磨另一面。

图8⁃19 磨闸板密封面夹具

对于中、小批量生产通常需按一批阀体裆宽的实际尺寸，对密封面进行试磨，并放入阀体内，观察闸板与阀体的吻合情况。如果符合组装尺寸要求，即可按调整的尺寸进行磨削。

大批大量生产时应严格按图样尺寸偏差进行加工。闸板的厚度可用图8⁃20的卡规进行控制。

公称尺寸DN300以上闸板的密封面多在卧式车床或端面车床上加工。图8⁃21为车密封面夹具。这种夹具的结构原理与前面介绍的夹具基本相同。

堆焊后闸板的安装方式和使用的夹具与车堆焊基面相同。

图8⁃20 闸板厚度卡规

图8⁃21 公称尺寸DN300以上车闸板密封面夹具

上述闸板在加工时可用万能量具测量闸板的厚度。

堆焊后加工第一面闸板密封面所使用的工艺装备同车堆焊基面的完全相同。由于密封面的材料不同，有的密封面粗车后需经高频淬火处理，有些则直接车到要求尺寸，如采用D577或D507M焊条或钴铬钨硬质合金焊条堆焊，焊后即可达到要求硬度，无需进行淬火处理。

用以上两种焊条堆焊后其硬度比较高，可达到HRC40以上。用普通材料的刀具加工，效率低，刀具耐用度不高，而且切削用量稍大，就可能产生崩刃现象。在生产实践中创造了一种专用于加工堆焊密封面的“抗硬车刀”，效果很好。刀具寿命比普通车刀提高一倍以上。图8⁃22为两种“抗硬车刀”。图8⁃22a为单刃车刀，用于加工堆焊平面；图8⁃22b为双刃车刀，用于加工密封面的内、外圆。这两种车刀加工时配合使用。先用单刃车刀将堆焊平面车平，然后用双刃车刀车密封面内、外圆。这种车刀的特点是：具有较大的负前角，能抗冲击，所以刀头不易崩刃，使用寿命长。

镶铜密封圈的铸铁闸板，密封圈环形槽及压密封圈后的精加工，均以两密封面互为定位基准，安装在夹具上，在卧式车床或端车床上进行。使用的夹具与加工钢制闸板密封面的夹具基本相同。

铜密封圈的压装方法与压装阀体密封圈的方法相同。

2）弹性闸板。弹性闸板分整体式和焊接式两种。整体式弹性闸板密封面的加工方法和使用的工艺装备同刚性闸板一样；焊接式弹性闸板是由两片闸板通过心轴焊接在一起的，其密封面的堆焊和粗加工均在组焊前进行。

加工单片闸板密封面所用的夹具同加工阀体密封面的夹具相同。组焊后精加工密封面所用的夹具和加工方法与加工刚性闸板的密封面一样。但应该指出，在加工弹性闸板过程中要注意下列两个问题：

①PN16系列的单片闸板比较薄，在堆焊密封面过程中变形较大，往往形成碟状，所以在背面、台阶等处需在焊前留出余量，待粗加工后，组焊前，将表面车至图样尺寸。

图8⁃22 抗硬车刀

a）单刃车刀 b）双刃车刀

②组焊过程中必须用夹紧装置将两片闸板固定住，以减少焊接过程中的变形。

4.“闸板互换”问题的探讨

“闸板互换”是指楔式闸阀的阀体和闸板经过机械加工后，组装时，在一定批量内，任何一个闸板无需经过修整和选择就能装入任何一个阀体内即能达到标准的密封要求。即闸板与阀体的完全互换装配法。我国目前还不能达到完全互换装配法，仍采用修配法组装。当然，在一定的生产批量下，如单件小批生产，采用修配法是合理的，但在大批量生产中采用修配法不仅耗费工时，生产效率低，而且产品质量也不稳定。因此，必须采取有效措施，达到“闸板互换”要求，以适应大批量生产的需要。

下面介绍影响互换的几种因素和解决这些问题的工艺措施。

（1）影响互换的几种因素 为达到互换要求，须具备下列条件：

1）对阀体来说，两密封面楔角、两密封面与导向肋的对称度及两密封面间的开裆宽度均需符合图样上规定的精度，而且两密封面间的楔角不得歪扭。

2）对闸板而言，两密封面间的楔角须与相应的阀体密封面的角度一致，两密封面与导向槽或导向肋的对称度及两密封面间的厚度须符合规定的精度要求。

3）阀体和闸板密封面的表面粗糙度、平面度必须符合图样的规定和技术要求。

但是，在机械加工过程中往往因为各种误差，如机床本身的误差，夹具结构和安装上的误差，闸板的定位误差以及机床、夹具、刀具等系统因弹性变形引起的误差，而使上述互换条件难以达到。

关于阀体加工过程中出现的误差，在阀体类零件加工一章中再作介绍，此处仅就闸板加工过程中影响精度的误差进行分析。

①夹具误差。加工闸板密封面所用的夹具是直接影响互换的因素。国内各阀门生产企业所采用的夹具，归纳起来有两大类：带斜角的平板式（见图8⁃18）和带斜度的卡盘式（见图8⁃15）。

第一种夹具用于密封面的精车或磨削。如果夹具本身的斜角有误差，就会直接影响到两密封面的楔角精度，用这种夹具精车，花盘与机床的连接和夹具在花盘上的定位也都可能产生误差，而影响两密封面楔角的精度。

第二种夹具直接与机床主轴连接。如果卡盘定位孔与端面不垂直而造成夹具的定位斜角与机床轴线的夹角误差，就直接影响密封面的斜角精度。

②工件的定位误差。精车闸板第一面时，以导向槽及T形槽端面作为定位基准。如果导向槽歪斜或有磕碰、划伤等现象，就会影响闸板半角或密封面与导向槽的对称性。其次，导向槽的尺寸偏差也能直接影响密封面与导向槽的对称性。对称度的数值等于导向槽偏差的一半。因此，导向偏差愈大，对称度偏差也就愈大。

精加工第二个密封面时，以已加工的密封面内圆、端面及T形槽作为定位基准。如果定位面上有磕碰、毛刺、切屑等污物就会造成闸板楔角的误差。通常污物的高度愈大，所产生的误差也愈大。

公称尺寸DN200以上的闸板一般靠划线找正加工。这种方法必然会产生误差，误差的大小与划线的精度及加工工人的技术水平有关。

除上述产生误差的因素外，诸如工件的热变形，机床本身的精度也会影响闸板的加工精度。

③测量误差。测量误差的产生与量具本身的精度、测量方法、测量力的大小、测量基准的选择以及目测判断等因素有关。如测量闸板厚度时常用图8⁃20的卡规，其测量基准线是密封面的外圆，显然外径尺寸的变化必然影响闸板的厚度。

（2）为了达到“闸板互换”应采取的措施 为了达到“闸板互换”，尽可能地减少误差，应采取如下措施：

1）使用带斜度的平板式夹具时，夹具安装前先将花盘平面精车一刀，这样能消除由于花盘平面与机床轴线不垂直而引起的加工误差。

如用卡盘式夹具，安装前必须将与机床主轴连接的定位面擦净，且夹具端面不得有任何污物。若端面有磕碰，划伤现象，应进行修整。

2）选择精度高的机床精加工密封面，机床上的夹具尽量不要经常卸装，以保持夹具的安装精度。

3）以闸板导向槽作为定位基准加工密封面时，导向槽的偏差必须缩小到足以保证两密封面与导向槽的对称度要求。如果以导向槽棱边为定位基准（定位件为锥爪式），槽宽偏差可不必缩小，但导向槽棱边的毛刺应清理干净。对于精铸出的导向槽应进行必要的修整，以保证导向槽的平直和表面粗糙度要求。

密封面精车后再精铣一次导向槽是保证导向槽对密封面的对称度要求的有效方法之一。

4）如采用机床挡铁来控制闸板的厚度，加工前须严格检查，调试好尺寸挡铁，以确保尺寸距离的准确性。

5）用图8⁃20的卡规测量闸板厚度时，是以密封面外圆为基准的。如果密封面外圆偏差太大，必然会缩小卡规通、止位置刻线的距离，增加加工的困难，根据实践经验，将其偏差控制在11级精度较为恰当。下面以PN63、DN50的闸板为例说明密封面外圆偏差对控制闸板厚度的影响。

如闸板的厚度偏差为±0.11mm，换算到斜面上的移动距离为2.51mm。若密封面外圆为70mm，按IT13级精度加工，则偏差为0.74mm，也就是说其半径的变化范围为0.37mm。因此，在卡规通、止位置刻线距离中也应缩小0.37mm，即通、止刻线间距离缩小到2.14mm。若将密封面外圆的精度提高到IT11级，其偏差为0.20mm。显然刻线间距离只缩小到0.10mm。这样即可保证闸板的厚度偏差，又不会给加工增加很大困难。

6）确保工件定位面尺寸精度，严防磕碰、划伤。定位基面的精度直接影响闸板的加工精度。闸板的摆放和运输需要工位器具，确保定位面不磕碰、划伤。

7）夹具精度也直接影响闸板的加工质量。为保证闸板和阀体两密封面的楔角一致。制造加工闸板密封面的夹具时，可用两块相当于阀体密封面斜角的母板叠合在一起，以作为制造夹具楔角的依据。