一种高精度蓝宝石阀座球槽的研磨方法及研磨装置与流程

1.本发明涉及蓝宝石阀座研磨技术领域，尤其涉及一种高精度蓝宝石阀座球槽的研磨方法及研磨装置。


背景技术：

2.红蓝宝石材料因其具有良好的物化性能，在阀座套件中。通常用蓝宝石做阀底座、红宝石做密封球体，一方面是利用宝石材料硬度高(莫氏9级)，抗压强度高，耐高温和耐酸碱腐蚀等优异的物化性能。宝石阀座产品已广泛地应用于民用医疗、高精密测量仪器、航空航天等领域，也常被用于流量控制阀或单向控制阀，如液相色谱仪单向阀、恒流泵单向阀、流量计球阀、四门定向流量阀和呼吸机流量控制阀等。以蓝宝石做阀底座和以红宝石圆球做密封球体的宝石阀座的密封压力值常要求在20～30mpa或以下。对于流量阀，蓝宝石阀座与红宝石圆球配合面的密封要求并不太高，但对于单向阀，其配合面的密封性要求非常高，且配合面的密封压力值常要求在30mpa以上，甚至要求50mpa；因此，对红宝石圆球的精度和蓝宝石阀座研配的要求高。
3.现有的宝石阀座的生产工艺方法是：
4.蓝宝石底座槽型初成型后，蓝宝石阀座槽型再精成型，第三步是对蓝宝石阀座和红宝石圆球进行手工研配，最后进行成品检验和包装出厂。
5.现有方法存在不足是：
6.1)蓝宝石阀座主要靠人工手动的方式进行成套研配，配件的互换性极差；
7.2)蓝宝石阀座的研配采用人工单件在机床上研配，由于仅阀座旋转，研配球靠手工摆动不旋转，而手工研配的效率很低，并且蓝宝石阀座的质量因受设备精度、运动方式和工人操作技能等多种因素的影响，导致蓝宝石阀座表面的光洁度效果和质量都极不稳定，产品的合格率低，生产成本极高；
8.3)对成型设备的精度要求高和对操作人员的操作技能要求高；
9.4)为减少和降低蓝宝石阀座在研配中产生碎口及其他加工缺陷的因素。必然要投入大量的人力、物力和坯料。利用现有的加工工艺根本达不到加工目的。且大幅度的增加了产品槽形加工的难度，工作效率低，生产成本高。
10.5)目前对高精度的蓝宝石阀座产品仅能样试生产，还无法大批量提供。


技术实现要素：

11.针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高精度蓝宝石阀座球槽的研磨方法及研磨装置，旨在解决现有的高精度蓝宝石阀座球槽都只能通过手工研配、配件的互换性极差、阀座表面光洁度效果和质量极不稳定、产品的合格率低、生产成本高、对设备精度要求和操作人员的加工技能要求高、蓝宝石阀座产品加工工序和难度大以及无法批量生产等技术问题。
12.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
13.一种高精度蓝宝石阀座球槽的研磨方法，包括如下步骤，
14.s1、精成型：将合格的蓝宝石坯件在槽型加工设备上采用范成法原理直接精加工出蓝宝石阀座的球形槽；加工的球形槽的曲率半径sr尺寸比研磨圆球尺寸大0.025～0.02mm；
15.s2、细研磨：选用新型的研磨装置，将蓝宝石阀座精成型坯件放置在与研磨装置主轴联接座的研磨砂座的中心定位孔内，然后加入细研磨膏，将固定有研磨圆球的摆杆放在蓝宝石阀座的球形槽内；调整研磨装置主轴的转速为300～1200rpm；摆杆的长度为15～50mm，摆杆的锥角为30～90
°
，摆杆的摆角为3～45
°
；研磨圆球的直径比红宝石圆球大0.001～0.005mm，细研磨时间为1～6min，最后启动研磨装置摆杆作圆周运动对球形槽进行研磨后停止；
16.s3、精研磨：将细研磨后的蓝宝石阀座放置在中心定位孔内，将研磨红宝石圆球粘接在摆杆的下端后放置在蓝宝石阀座的球形槽内，加入精研磨膏；调整主轴的转速为200～600rpm，精研磨时间为6～12min，最后启动研磨装置进行研磨，研磨完毕后停止；
17.s4、超精研磨：将配套的红宝石圆球放置在精研磨后的蓝宝石阀座的球形槽内，加入研磨液，上压杆下端上固定的研磨阻尼垫与红宝石圆球进行配合接触；调整主轴的转速为5～200rpm，研磨至球形槽的槽表面粗糙度达到ra0.008～ra0.012时停止；最后将蓝宝石阀座和红宝石圆球清洗后配套包装出厂。
18.优选地，所述步骤s2中的细研磨膏为粒度jrw3.5及以下的人造金刚石微粉与有机物的混合物；精研磨膏的浓度是细研磨膏浓度的1/3～1/2。
19.优选地，所述步骤s2中的研磨圆球为5～10级研磨钢球；研磨钢球使用次数为3～12次。
20.优选地，所述步骤s3中的精研磨膏为粒度jrw1.5及以下的人造金刚石微粉粒和有机物的混合物，精研磨膏的浓度是细研磨膏浓度的1/3～1/2。
21.优选地，所述步骤s3中研磨红宝石圆球使用1～2次更换，精研磨后的蓝宝石阀座球形槽的槽表面粗糙度为ra0.025～ra0.012。
22.优选地，所述步骤s4中研磨液为化学抛光液。
23.一种高精度蓝宝石阀座球槽的研磨装置，包括机床联接座，所述机床联接座内设置有主轴，主轴的顶部固定设置有研磨座，所述研磨座的顶部设置有用于安装蓝宝石阀座的中心定位孔；还包括支架，所述支架上垂直设置有固定压杆，所述固定压杆的下端设置有用于细研磨和精研磨的第一研磨机构或者用于超精研磨的第二研磨机构，所述第一研磨机构的下端粘接有研磨圆球或者研磨红宝石圆球；所述第二研磨机构的下端粘接有研磨阻尼垫；所述研磨圆球或者研磨红宝石圆球与蓝宝石阀座球形槽配合。
24.优选地，所述第一研磨机构包括缓冲杆和摆杆，所述固定压杆的底部开设有安装孔，所述缓冲杆的顶部固定在安装孔内，所述缓冲杆的底面上设置有呈圆锥形结构的摆动孔，所述摆杆的顶部设置呈圆锥形结构的配合部，所述摆杆的配合部摆动孔顶住配合；所述摆杆的底部粘接有与蓝宝石阀座球形槽配合的研磨圆球或者研磨红宝石圆球。
25.优选地，所述第二研磨机构包括上压杆，所述固定压杆的底部开设有安装孔，所述上压杆的上端固定在安装孔内，所述上压杆的下端固定有研磨阻尼垫，所述研磨阻尼垫与放置在蓝宝石阀座球形槽内的研磨红宝石圆球配合。
26.优选地，所述缓冲杆或者上压杆顶部的外侧壁上设置有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧位于安装孔内。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
28.1)本发明通过在现有的研磨机上巧妙的改进部分结构，对研磨装置的工艺参数进行调整，完全实现了蓝宝石阀座球形槽的自动化研配。又原来的人工单件加工研配变成多件自动加工研配，不仅可以实现高精度宝石阀座的批量生产，且能大幅度提高高精度宝石阀座的研配效率，缩短了生产周期，明显降低了生产成本；另外一方面又使得宝石阀座配件的互换性明显增强，使得高精度宝石阀座的适配性更强。
29.2)本发明中实现了高精度宝石阀座的自动化研配，只要设置研磨装置的运行参数一致，确保研磨圆球和研磨红宝石圆球的研磨次数，使得最后加工的高精度宝石阀座的研配的质量能够有效的保证，避免蓝宝石阀座的研配质量受到各种不确定因素的影响，使得自动化研配的宝石阀座产品的合格率高，生产成本大幅度降低。
30.3)本发明提供的高精度蓝宝石阀座的研磨方法和研磨装置，使得工人只需要对设备、蓝宝石阀座和研磨圆球进行安装和放置即可，定期更换研磨圆球，对加工设备和工人操作的技能要求都较低，使得加工工艺简单，研配速度提高。
31.4)本发明中对密封要求低的产品，仅需要精研磨工序就能达到要求，并且在研配过程中也不会造成蓝宝石阀座产品产生碎口和其他加工缺陷，使得产品的合格率明显提升。
32.5)本发明不需对现有的研磨设备进行改进，仅需按需求加装上研配部件就能实现正常的阀座槽研配。本研磨设备的结构简单，易操作，在同一设备上可实现细研磨、精研磨和超精研磨；降低了操作工人的劳动强度，提高了研配效率，加工设备成本极低；同时，本发明中可根据不同产品规格，更换相应的研配配件，能够实现各种规格宝石阀座的研配，并且工装磨损后可随时方便更换，使得设备的适配性好，使用寿命长。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获的其他附图：
34.图1为本发明中一种高精度蓝宝石阀座球槽的研磨方法及研磨装置实施例中的结构示意图。
35.图2为本发明中一种高精度蓝宝石阀座球槽的研磨方法及研磨装置实施例中另一结构示意图。
具体实施方式
36.为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获的的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
37.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护
的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.本发明较佳实施例的一种高精度蓝宝石阀座5球槽的研磨方法，包括：
41.s1、精成型：将合格的蓝宝石坯件在槽型加工设备上采用范成法原理直接精加工出蓝宝石阀座5的球形槽；加工的球形槽的曲率半径sr尺寸比研磨圆球8尺寸大0.025～0.02mm；
42.s2、细研磨：选用新型的研磨装置，将蓝宝石阀座5精成型坯件放置在与研磨装置主轴2联接座的研磨砂座的中心定位孔4内，然后加入细研磨膏，将固定有研磨圆球8的摆杆11放在蓝宝石阀座5的球形槽内；调整研磨装置主轴2的转速为300～1200rpm；摆杆11的长度为15～50mm，摆杆11的锥角为30～90
°
，摆杆11的摆角为3～45
°
；研磨圆球8的直径比红宝石圆球大0.001～0.005mm，细研磨时间为1～6min，最后启动研磨装置摆杆11作圆周运动对球形槽进行研磨后停止；
43.s3、精研磨：将细研磨后的蓝宝石阀座5放置在中心定位孔4内，将研磨红宝石圆球粘接在摆杆11的下端后放置在蓝宝石阀座5的球形槽内，加入精研磨膏；调整主轴2的转速为200～600rpm，精研磨时间为6～12min，最后启动研磨装置进行研磨，研磨完毕后停止；
44.s4、超精研磨：将配套的红宝石圆球放置在精研磨后的蓝宝石阀座5的球形槽内，加入研磨液，上压杆16下端上固定的研磨阻尼垫9与红宝石圆球进行配合接触；调整主轴2的转速为5～200rpm，研磨至球形槽的槽表面粗糙度达到ra0.008～ra0.012时停止；最后将蓝宝石阀座5和红宝石圆球清洗后配套包装出厂。
45.具体实施时，所述步骤s2中的细研磨膏为粒度jrw3.5以下的人造金刚石微粉与有机物的混合物，金刚石微粉与有机物的混合比为1:25～1:100；有机物为油酸、凡士林和脂肪的混合物。
46.具体实施时，所述步骤s2中的研磨圆球8为5～10级研磨钢球；研磨钢球使用次数为3～12次。
47.具体实施时，所述步骤s3中的精研磨膏为粒度jrw1.5及1.5以下的人造金刚石微粉粒和有机物的混合物，精研磨膏的浓度是细研磨膏浓度的1/3～1/2。
48.具体实施时，所述步骤s3中研磨红宝石圆球使用1～2次更换，精研磨后的蓝宝石阀座5球形槽的槽表面粗糙度为ra0.012～ra0.025。
49.具体实施时，所述步骤s4中研磨液为化学抛光液。使得超精研磨的时间缩短，能够保证球形槽的槽表面粗糙度达到ra0.008～ra0.012，符合高精度宝石阀座的要求。
50.一种高精度蓝宝石阀座5球槽的研磨装置，包括机床联接座1，所述机床联接座1内设置有主轴2，主轴与动力机构连接；主轴2的顶部固定设置有研磨座3，所述研磨座3的顶部
设置有用于安装蓝宝石阀座5的中心定位孔4；还包括支架6，所述支架6上垂直设置有固定压杆7，所述固定压杆7的下端设置有用于细研磨和精研磨的第一研磨机构或者用于超精研磨的第二研磨机构，所述第一研磨机构的下端粘接有研磨圆球8或者研磨红宝石圆球；所述第二研磨机构的下端粘接有研磨阻尼垫9；所述研磨圆球8或者研磨红宝石圆球与蓝宝石阀座5球形槽配合。
51.具体实施时，参照附图1，所述第一研磨机构包括缓冲杆10和摆杆11，所述固定压杆7的底部开设有安装孔12，所述缓冲杆10的顶部通过锁紧螺栓14固定在安装孔12内，所述缓冲杆10的底面上设置有呈圆锥形结构的摆动孔13，所述摆杆11的顶部设置呈圆锥形结构的配合部15，所述摆杆11的配合部15摆动孔13顶住配合；所述摆杆11的底部粘接有与蓝宝石阀座5球形槽配合的研磨圆球8或者研磨红宝石圆球。这样设置使得摆杆11作圆周运动能够对宝石阀座进行细研配和精研配，结构简单，更换快速，研配之后宝石阀座能够满足低精度宝石阀座的要求，因此，经过细研配和精研配后的宝石阀座能够直接用于精度较低的设备中。
52.具体实施时，参照附图2，所述第二研磨机构包括上压杆16，所述固定压杆7的底部开设有安装孔12，所述上压杆16的上端通过锁紧螺栓14固定在安装孔12内，所述上压杆16的下端固定有研磨阻尼垫9，所述研磨阻尼垫9与放置在蓝宝石阀座5球形槽内的研磨红宝石圆球配合。这样设置结构简单，在同一装置更换配件就能够对宝石阀座进行超精细研磨，使得蓝宝石阀座5和红宝石圆球之间的配合精度更高，完全能够实现宝石阀座的压力达到30～50mpa的要求，使得宝石阀座能够完全用于高精度装置中。
53.具体实施时，缓冲杆10或者上压杆16顶部的外侧壁上设置有缓冲弹簧17，所述缓冲弹簧17位于安装孔12内。这样使得摆杆11和上压杆16的运动更加流畅，又能够实现研磨装置在运动过程中实现柔性补偿，减少被研配的工件产生破碎的情形，另外还使得研配蓝宝石阀座5球形槽表面的研磨质量更好，使得蓝宝石阀座5和红宝石圆球研配之后的配合精度更高。
54.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。