非金属阀座密封圈的加工优化

图11⁃30 非金属阀座密封圈

a）单板平行式闸阀阀座密封圈 b）浮动球球阀阀座密封圈

1.非金属阀座密封圈的结构特点和技术要求

非金属阀座密封圈通常指的是高分子材料、常用尼龙、聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、聚醚醚酮（PEEK）、对位聚苯等制成、其结构简单，均属环形零件，如图11⁃30所示。

这种阀座密封圈的主要技术要求是：

1）外圆柱面的公差等级一般为IT8级，表面粗糙度Ra值应低于1.6μm。

2）密封面的表面粗糙度Ra值一般应低于0.2μm。

3）密封面要光整，不得有任何缺陷和划痕。

4）外圆柱轴线与基面应垂直。

制作阀座密封圈的材料有板材、管材和棒材，也有专门压制成的成形阀座密封圈。坯料一般由专门工厂生产，也可以购置聚四氟乙烯粉末自行压制。

2.非金属阀座密封圈的机械加工过程

非金属阀座密封圈的机械加工过程比较简单，但由于高分子材料的强度、刚度较差，加工中易产生变形，所以在操作时必须十分谨慎。聚四氟乙烯浮动球球阀阀座密封圈（见图11⁃30b）的典型工艺过程如表11⁃10所示。

阀座密封圈加工前须做好准备工作，如原料为板材，应先把板材划成近似图形，再车成环形坯件。

非金属材料如尼龙、聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯等的共同特点是延伸率大、硬度低。尼龙66的硬度为A178，增强聚四氟乙烯的A1。PEEK的硬度为A1、聚四氟乙烯的硬度为A1。因此，这些材料在机械加工过程中很容易变形。为防止变形、保证加工质量，可针对非金属材料的特点在工件安装、刀具选择、切削用量选择等方面采取以下的措施。

表11⁃10 球阀阀座的典型工艺过程

（续）

（1）阀座密封圈的安装 为了减少高分子材料阀座密封圈的变形，装夹时夹紧力应尽量小，只要保证阀座在切削过程中不致转动即可。除了筒料、管料外，其他如环形件尽量不用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹，而应在斜开槽的弹簧套内装夹。

粗加工时，阀座密封圈外圆一般按h9级偏差车制，以备作为下一工序的工艺基准。为使阀座装在斜口弹簧套的止口内不致松动，精加工前，应根据阀座外径偏差的下限车出斜口弹簧套的止口，加工时先选择外径偏差最小的阀座进行加工。在一批阀座中可能有一部分装不进斜口弹簧套的止口。那时可以适当地把止口尺寸车大一些。当阀座装在止口出现松动的现象时，可在止口内涂上适量的钙基质，即可防止阀座在加工过程中转动。

（2）刀具和切削用量

1）刀具。加工高分子材料阀座密封圈，一般采用高速钢W18Cr4V车刀，刀刃必须锋利，前角γ、后角α都要大些，切削刃应平直，不得呈锯齿形，图11⁃31为加工高分子材料阀座的外圆车刀。

图11⁃31 加工高分子材料阀座密封圈的外圆车刀

2）切削用量。

①切削速度：聚四氟乙烯硬度很低，具有一定的弹性，在加工过程中要使切屑顺利地离开阀座，必须采取较高的切削速度，一般为150～200m/min。

②背吃刀量：确定背吃刀量不仅与加工余量有关，还与安装方式有关。对于上面所介绍的安装方式来说，背吃刀量不宜过大，否则在切削过程中阀座密封圈容易转动。但背吃刀量也不能太小，太小会使表面粗糙度Ra值增大，使阀座表面“拉毛”。当切削刃磨损后，这种现象尤为显著。最后一次走刀时，背吃刀量不要小于0.05mm。

③走刀量：走刀量的选择要根据阀座密封圈表面粗糙度的要求。粗加工时走刀量可选择大一些，精加工时选择小一些。加工高分子材料的刀具刀夹圆弧都比较小，要获得较低的表面粗糙度Ra值，只有选择小的走刀量。精加工的走刀量一般选择0.05～0.1mm/r为宜。

3.聚四氟乙烯坯件压模的设计

聚四氟乙烯原料是一种纤维状粉末，要制成坯料需要经过压型和烧结。阀门制造企业往往需要提供塑料模具，所以有必要介绍压模设计的依据和模具主要尺寸的确定。

压模的设计主要是根据粉末的特性、坯件的形状、模具在负荷下的刚度以及操作的方便与否等来考虑的。

下面介绍压制套类坯件用模具的设计

（1）压模主要零件尺寸的确定

1）压模高度。图11⁃32为压制套类零件的一种典型压模。(www.xing528.com)

聚四氟乙烯粉末的密度为0.4～0.5g/cm³，为保证制成品中没有空隙，必须使坯件的密度在加压后达到1.83～2.2g/cm³。粉末经过压型之后，体积会缩小4倍左右，因此，模具的高度应不低于5倍的坯件高。

2）模腔尺寸。外模内径与内模外径之间的尺寸之差构成模腔的尺寸。该尺寸应根据聚四氟乙烯坯件烧结后的收缩率而定。收缩率的大小与坯件熔结后的冷却速度、聚四氟乙烯粉末的生产工艺、批号、压型时的压力有关。表11⁃11为我国几家生产厂生产的聚四氟乙烯粉末的收缩率，可供设计模具时参考。

模腔尺寸可按下式计算：

式中 D——模腔直径（内、外径）；

D₁——制品直径（内、外径）；

δ——收缩率。

图11⁃32 套类零件的压模

1—外模 2—压套 3—内模 4—垫圈

表11⁃11 聚四氟乙烯粉末的收缩率

外模的厚度根据压模时总压力的大小而定。表11⁃12是根据生产实践积累的数据，仅供参考。

表11⁃12 不同总压力时的外模厚度

为减轻模具的重量，外模直径大于150mm的，可采用图11⁃33所示的结构。h的大小可根据坯件的高度而定，它一般等于坯件高的2～2.5倍。

内模的外径小于30mm的可做成实心的，大于35mm的可根据尺寸段做成半空心的或空心的。目的在于减轻模具的质量和节省材料。

3）压套尺寸。压套的内径和外径尺寸与外模、内模相配合的尺寸相同，为减少压型过程中的摩擦力，当直径大于80mm时，可将压套上部的内径和外径分别加大、减小1.5～2mm。

压套的高度应比外模高出10～15mm，这样可便于脱模。

4）垫圈尺寸。垫圈的厚度根据坯件的尺寸大小而定。坯件直径大的垫圈应相应地厚一些，直径小的垫圈应相应地薄一些，但最薄不能小于6mm，否则导向作用差。垫圈直径的尺寸和偏差均与压套相同。

图11⁃33 直径大于150mm的外模结构

（2）压模的材料 根据压模的使用情况，模具的材料应满足下列要求：

1）具有足够的强度和刚度。

2）具有良好的切削性能。

3）具有一定的硬度和耐磨性。

由于45号碳素钢不仅在力学性能方面能满足上述要求，而且容易买到，因此，它被广泛地用来制造塑料模具。

为了提高模具的强度和耐磨性，模具一般要进行调质处理，调质后的硬度为HRC33～38。

（3）模具的技术要求

1）配合面的偏差根据坯件的不同要求而定。对需要进行机械加工的坯件，模具配合面的偏差一般取。对不需要加工的坯件，其配合面的偏差可采用。

2）模具的配合面与底面应垂直。

3）压套、垫圈上、下端面应平行。

4）模具工作面的表面粗糙度Ra值应低于0.8。

5）为防止模具锈蚀，常将模具镀铬，镀铬层的厚度为0.008～0.012mm。