阀门研磨工具磨料及研磨方法.docx
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阀门研磨工具磨料及研磨方法
阀门研磨工具、磨料及研磨方法
第一节阀门研磨工具
一、研磨头与研磨座
阀门检修时，大量而重要的工作是进行阀瓣和阀座密封面的研磨。
开始研磨密封面时，不能将门芯与门座直接对磨，因其损坏程度不一致，直接对磨既浪费材料，又易将门芯、门座磨偏，故在粗磨阶段应采用胎具分别与门座、门芯研磨。
研磨头和研磨座不但应数量足够，尺寸和角度也都要与阀瓣、阀座相符，所用材料的硬度应比阀座、阀瓣略小，一般用普通碳素钢和铸铁制成。
常用的研磨头和研磨座如图3-1所示。
手工研磨时，研磨头或阀瓣要配置各种研磨杆（图3-2）。
研磨头与研磨杆装配到一起置于阀座中，可对阀座进行研磨；阀瓣与研磨杆装配到一起置于研磨座中，可对阀瓣进行研磨。
研磨杆与研磨头（或阀瓣）用固定螺栓连接，要装配得很直，不能歪斜。
使用时最好按顺时针方向转，以免螺栓松动。
研磨杆的尺寸根据实际情况来定，较小阀门用的研磨杆长度为150mm，直径为20mm左右；40～50mm阀门用的研磨杆长度为200mm，直径为25mm左右。
为便于操作常把研磨杆顶端做成活动头如图3-2（a）。
研磨杆的头部也可安装锥度铣刀头5（一般根据门座结构进行配制），直接对门座进行铣削，以提高研磨效率，如图3-2（b）图所示。
图3-1研磨头和研磨座
（a）研磨小型节流阀用的研磨头；（b）研磨斜口阀门用的研磨头；
（c）研磨平口阀门用的研磨头；（d）研磨小型节流阀用的研磨座；
（e）研磨斜口阀门用的研磨座；（f）研磨平口阀门用的研磨座；
（g）研磨安全阀用的研磨座
图3-2研磨杆
1-活动头2-研磨头3-丝对4-定心板5-洗刀头
在研磨过程中，研磨杆与门座要保持垂直，不可偏斜。
图3-2（b）所示的研磨杆用一嵌合在阀体上的导向定心板进行导向，使研磨杆在研磨时不发生偏斜。
如发现磨偏时，应及时纠正（图3-3）。
图3-3研磨时的磨偏现象
二、电钻式研磨工具
为了减轻研磨阀门的劳动强度，加快研磨速度，对小型球形阀常用手电钻带动研磨杆进行研磨。
用这种方法研磨，速度较快，如阀座上有深0.2～0.3mm的坑，用研磨砂或自粘砂纸只需几分钟就可磨平，然后再用手工稍加研磨即可达到质量要求。
第二节研磨材料
一、研具材料
研具材料应有研磨件的材质及其性能而定。
研具材料应具有：
组织细密均匀，嵌沙性能好，有良好的耐磨性，足够的硬度，不变形，其硬度比研磨件要软的特性。
通常作研具的材料有如下几种：
铸铁、低碳钢、铜、铝、铅、巴氏合金、玻璃、沥青、皮革等。
常用的研具材料：
铸铁。
铸铁含有片状石墨，其耐磨性和润滑性能好，强度也高；它还具有成本低，易加工等优点。
因此，铸铁研具居于研磨像硬质合金、淬硬钢、有色金属等多种材料的工作，也适用于敷沙研磨、嵌沙研磨和加砂布研磨。
铸铁研具使用的材料有灰口铸铁和球墨铸铁，一般硬度有HB120~220。
铸铁研具能保证质量，同时研磨的效率高，使用普遍。
铜。
铜韧性大耐磨性好，适于加工余量大，粗糙度要求低的工作粗研，能起低碳钢研具的作用，但是成本较高，一般极少采用。
低碳钢。
低碳钢的韧性比铸铁大，能适应铸铁难于研磨的细长圆孔，圆锥孔，螺纹等工作，低碳钢一般用作粗研材料。
铝。
铝质地比铜软，适用于铜等软金属的。
铅、巴氏合金。
适用于抛光和研磨软钢或其他软质材料的工作。
玻璃。
玻璃质地硬脆，适用于工件的研磨和抛光，特别是淬硬钢的精研。
皮革、毛毡、涤纶织物。
质地柔软常用于抛光工件，涤纶织物平整均匀，衬垫在平整的研具上，精研和抛光的效果好。
沥青。
沥青质地软，使用与玻璃，水晶灯脆硬材料的研磨和抛光，也适用于淬硬钢的精抛光加工，沥青对工件适应性强。
二、研磨剂
研磨剂是用磨料、分散剂（又称研磨液）和辅助材料制成的混合剂，习惯上也列为磨具的一类。
研磨剂用于研磨和抛光，使用时磨粒呈自由状态。
由于分散剂和辅助材料的成分和配合比例不同，研磨剂有液态、膏状和固体的3种。
液态研磨剂不需要稀释即可直接使用。
膏状的常称作研磨膏,可直接使用或加研磨液稀释后使用,用油稀释的称为油溶性研磨膏；用水稀释的称为水溶性研磨膏。
固体研磨剂（研磨皂）常温时呈块状，可直接使用或加研磨液稀释后使用。
研磨剂中的磨料起切削作用，常用的磨料有刚玉、碳化硅、碳化硼和人造金刚石等。
精研和抛光时还用软磨料，如氧化铁、氧化铬和氧化铈等。
研磨剂材料的种类：
氧化铝（AI2O3）。
氧化铝又称刚玉，其硬度较高，使用很普遍，一般用于研磨铸铁、铜、钢及不锈钢等材料的工作。
碳化硅（SiC）。
碳化硅有绿色及黑色两种，其硬度比氧化铝高。
绿色氧化硅适用于研磨硬质合金，黑色氧化硅适用于研磨脆性材料及软材料工件，如铸铁、黄铜等。
碳化硼（B4C）。
硬度仅次于金刚石粉末而比碳化硅硬，主要用来代替金刚石粉末研磨硬质合金，研磨镀硬铬的表面。
氧化铬（Cr2O3）。
氧化铬是一种硬度高和极细的磨料，淬硬钢精研时常使用氧化铬，一般也用它来抛光。
氧化铁（Fe2O3）。
氧化铁也是一种极细的磨料，但是硬度及研磨效果均较氧化铬差，用途与氧化铬相同。
金刚石粉末。
即结晶碳，它是最硬的磨料，切削性能较好，特别适用于研磨硬质合金。
备注：
密封面粗研时的磨料粒度一般为120#~240#；精研时为W40~14。
调制研磨剂时，通常是往磨料里直接加入煤油和机油，用1/3的煤油加2/3的机油与磨料调和成的研磨剂适用于粗研；用2/3的煤油与1/3的机油与磨料调和成的研磨剂可以用于精研，当研磨硬度较高的工件时，使用上述研磨剂的效果就不够理想，可采用三份磨料加一份加热的猪油调和起来，冷却后形成糊状，使用时再加些煤油或汽油调匀。
三、磨料的分类和应用范围
研磨材料主要用于研磨管道附件及阀门的密封面。
常用的研磨材料有砂布、研磨砂和研磨膏等。
1．砂布
它是用布料作衬底，在其上面胶粘砂粒而成。
根据砂粒的粗细分为00、0、1、2等号码。
00号最细，以后每一号都粗于前一号，2号最粗。
2．研磨砂
研磨砂的规格是按其粒度大小编制的。
分为：
10，12，14，16，20，24，30，36，46，54，60，70，80，90，100，120，150，180，220，240，280，320，M28，M20，M14，M10，M7和M5等号码。
其中10～90号称为磨粒；100～320号称为磨粉；M28～M5称为微粉。
管道附件或阀门的密封面研磨，除个别情况用280、320号磨粉外，主要是用微粉。
为了加快研磨速度，有时先采用粗磨。
粗磨可用大粒度320号磨粉（颗粒尺寸42～28微米）；细磨可采用小粒度的M28～M14微粉（颗粒尺寸28～10微米）；最后可采用M7微粉（颗粒尺寸7～5微米）。
系列
磨料名称
代号
特点
应用范围
氧化铝系
棕刚玉
GZ
棕褐色，硬度较高，韧性好，价格低
适于粗研铸铁、青铜、钢及不锈钢等（要求不高时也可作精研用）
白刚玉
GB
白色，硬度较棕刚玉高，韧性较差
单晶刚玉
GD
浅黄色或白色，颗粒呈球状，硬度和韧性均较白刚玉高
铬钢玉
GG
玫瑰红或紫红色，韧性比白刚玉好
碳化物系
黑碳化硅
TH
有黑色光泽，硬度比白刚玉高，韧性较差
适于研磨铸铁、黄铜、青铜
绿碳化硅
TL
绿色，硬度仅次于碳化硼和金刚石
适于研磨硬质合金
碳化硼
TP
黑色，硬度仅次于金刚石，耐磨性好，价格高，可部分替代金刚石
适于研磨硬质合金及镀硬铬表面
金刚石系
人造金刚石
JR
浅绿色，黑色或者白色，硬度高，价格贵
适于研磨硬质合金及玻璃等高硬材料
天然金刚石
JT
灰色，浅黄色，硬度最高，价格昂贵
氧化铬
深绿色，硬度较高
适于钢、不锈钢的精研及抛光
氧化铁
深红色，较氧化铬软
表3-1常用研磨砂
注金刚砂不宜用于研磨阀门密封面
3.研磨膏
研磨膏是用油脂类（石蜡、甘油、三硬脂酸等）和研磨微粉合成的。
它是细研磨料，分为M28、M20、M14、M10、M7、M5等，有黑色、淡黄色和绿色的。
常用研磨膏有：
刚玉类研磨膏——主要用于钢铁件研磨；
碳化硅——碳化硼类研磨膏，主要用于硬质合金、玻璃、陶瓷和半导体等研磨；
氧化铬类研磨膏——主要用于精细抛光或非金属类的研磨；金刚石类研磨膏，主要用于硬质合金等高硬度材料的研磨。
第三节阀门的研磨原理
阀门的研磨：
研磨，在阀门制造过程中是其密封面常用的一种光整加工方法。
研磨可以使阀门密封面获得很高的尺寸精度、几何形状精度及表面粗糙度，但不能密封面各表面间的相互位置精度。
研磨后的阀门密封面通常可以达到的尺寸精度为0.001mm~0.003mm；几何形状精度（如不平度）为0.001mm。
研磨工程中，研具与密封圈表面很好的贴合在一起，研具沿贴合表面作复杂的研磨运动。
研具和密封圈表面间放有研磨剂，当研具与密封圈表面相对运动时，研磨剂中的部分磨粒在研具与密封圈表面间滑动或者滚动，切去密封圈表面上很薄的一层金属。
密封圈表面上表面上凸峰部分首先被磨去，然后渐渐的达到要求的几何形状。
研磨不仅是磨料对金属的机械加工过程，同时还有化学作用。
研磨剂中的油脂能是被加工的表面形成氧化膜，从而加速了研磨过程。
一、密封面研磨的基本原理
密封面研磨的基本原理包括研磨过程、研磨运动、研磨速度、研磨压力及研磨余量五个方面。
1.研磨过程
研具与密封圈表面很好的贴合在一起，研具沿贴合表面作复杂的研磨运动。
研具和密封圈表面间放有研磨剂，当研具与密封圈表面相对运动时，研磨剂中的部分磨粒在研具与密封圈表面间滑动或者滚动，切去密封圈表面上很薄的一层金属。
密封圈表面上表面上凸峰部分首先被磨去，然后渐渐的达到要求的几何形状。
研磨不仅是磨料对金属的机械加工过程，同时还有化学作用。
研磨剂中的油脂能是被加工的表面形成氧化膜，从而加速了研磨过程。
2.研磨运动
研具与密封圈表面相对运动时，密封圈表面上每一点对研具的相对滑动路程都应该相同。
并且，相对运动的方向应不断变更。
运动方向的不断变化使每一磨粒不会在密封圈表面上重复自己运动的轨迹，以免造成明显的划痕而增高密封圈表面的粗糙度。
此外，运动方向的不断变化还能使研磨剂分布得比较均匀，从而较均匀的切去密封圈表面的金属。
研磨运动尽管复杂，运动方向尽管在变化，但研磨运动始终是沿着研具与密封圈表面的贴合表面进行的。
无论是手工研磨还是机械研磨，密封圈表面的几何形状精度则主要受研具的几何形状精度及研磨运动的影响。
3.研磨速度
研磨运动速度越快，研磨的效率也越高。
研磨速度快，在单位时间内工件表面上通过的磨粒比较多，切去的金属也多。
研磨速度通常为10m/min~240m/min。
研磨精度要求比较高的工件，研磨速度一般不超过30m/min。
阀门密封面的研磨速度与密封面的材料有关，铜及铸铁密封面的研磨速度为10m/min~45m/min；淬硬钢及硬质合金密封面为25m/min~80m/min；奥氏体不锈钢密封面为10m/min~25m/min。
4.研磨压力
研磨效率随研磨压力的增大而提高，研磨压力不能过大一般为0.01MPa~0.4MPa。
研磨铸铁、铜及奥氏体不锈钢材料的密封面时研磨压力为0.1MPa~0.3MPa；淬硬钢和硬质合金密封面为0.15MPa~0.4MPa。
粗研时取较大值，精研时取较小值。
5.研磨余量
由于研磨石光整加工工序，故切削量很小。
研磨余量的大小取决于上道工序的加工精度和表面粗糙度。
在保证去除上道工序加工痕迹和修正密封圈几何形状误差的前提下，研磨余量愈小愈好。
密封面研磨前一般经过精磨。
经精磨后的密封面可直接精研，其最小的研磨余量为：
直径余量为0.008mm~0.020mm；平面余量为0.006mm~0.015mm。
手工研磨或材料硬度较高时取小值，机械研磨或材料硬度较低时取大值。
第四节密封面的研磨方法
一、阀门密封面的材料
阀门密封面的材料可以分为软质材料和硬质材料两大类。
软密封面材料有：
丁晴橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯等。
硬密封材料：
铜合金、铬不锈钢、司太立合金、镍基合金、铁基合金等。
二、密封面损坏的原因：
（1）密封面的加工质量不好。
（2）造型不当和操作不良所引起的损坏。
（3）介质的化学腐蚀。
（4）介质的冲蚀。
（5）电化学腐蚀。
（6）机械损伤。
（7）疲劳损坏。
（8）安装不正和维修不力导致密封面工作不正常，阀门带病运转，过早的损坏了密封面。
三、静密封面损坏的原因：
（1）静密封面的表面粗糙度过高，主要原因是使用时间过长，介质侵蚀，维修欠佳。
（2）静密封面有明显的压痕选用垫片硬度过高或者是混入了沙粒焊瘤等物所致。
（3）静密封面有划痕和铲伤，主要原因是拆卸和清洗过程中违反操作规程，用力不当引起的。
（4）静密封面严重锈蚀，主要是介质的腐蚀和选用阀门不当。
（5）静密封面有明显的沟槽，主要是因为静密封面产生泄漏后维修不及时引起的。
（6）静密封面产生变形，刚度不够，连接力过大，高温下产生热蠕变引起。
（7）静密封面有泄露孔，主要是制造质量不好，引起皱折等缺陷所致。
（8）静密封面有裂纹，主要是因为设计不合理，制造质量差，安装或者操作不当，长期处于交变载荷下引起。
四、静密封面维修研磨的方法
平面静密封面的研磨。
平面静密封面的研磨方法一般采用刮研。
刮研的效率较低，但密封面修复可靠性好。
平面静密封面的刮研很方便，特别是光滑面更容易实现。
先将标准平板与清洗后的平面静密封面进行着色检查，如果所接触的印痕均匀分布，表面无明显缺陷，说明该密封面基本上是合格的。
如果印痕不均说明不平整，或者密封面平整而有缺陷，需要进行刮研。
方法是用显示剂涂密封面，使密封副密合，产生影印后根据影印分布情况用铲到刮研密封面上的高点处，保留低点处，进过多次刮研，使密封面得到应有的平整度和粗糙度。
1.锥面静密封面的研磨：
锥面静密封面是阀门静密封面的另一种形式，它比平面静密封面要求严格，不但对表面粗糙度有较高要求，而且对密封副的同轴度、圆度和锥度有较高的要求。
锥面静密封面研磨时，锥面研具水平放置，均匀的涂上一层研磨剂或者粘贴一层砂纸，研件垂直放入研具中，为了保证同轴度，最好使用导向工具。
研件插入锥面研具后作径向来回旋转，动作一次转过一个角度，注意研件锥面静密封面研磨的几率均等。
这样旋转4到5次以后，将研件稍微提起一点，调换研件的旋转方向，然后继续研磨。
研磨一段时间后，取出研件，擦干研件和研具上的研磨剂，检查研件研磨的质量，如果缺陷未及时消除，应重新涂抹研磨剂研磨，知道缺陷完全消除为止。
由于某些条件的限制和修理工艺的需要，维修静密封面也可采用局部研磨的方法，局部研磨有三种形式：
（1）把要研磨的工件与标准研具着色检查，局部研磨工件。
（2）旋转锥或旋塞体中，有一件是完好的，以此为标准，着色检查，局部研磨另一密封面。
（3）旋塞锥和旋塞体两者都有一定的缺陷，互为基准，两者着色检查后，各自研磨各自的高点位，这种方法情况复杂，靠丰富的经验来判断和修复。
2.梯形槽静密封面的研磨：
梯形槽表面轻微的磨损和锈迹，用金刚砂布沾机油均匀在密封面上打磨就可以了。
研磨量超过0.03mm的，应用研具研磨。
研具应制成梯形槽界面一样，其夹角为分角46°。
研具可分梯形研磨块、梯形整圆研具。
研磨时将研具包砂纸或者涂布研磨剂，在整个槽内均匀地、往复地研磨，也可以将梯形槽密封件加持在低转速的机械上，用梯形研磨块进行研磨，研磨中要注意经常检查，更换研磨剂，直至其缺陷研磨掉，有色检查合格为止。
3.透镜垫静密封面研磨
透镜垫静密封面与端面夹角为20°，应制作夹角为140°的锥面研具贴上砂纸或涂布研磨剂进行研磨。
研磨时，研具上最好装上导向器，以免研具偏斜影响精度。
将缺陷研磨掉后，应着色检查合格为止。
4.O形圈槽和自紧静密封面的研磨
O形圈槽静密封面比动密封面粗糙度低一些。
如果槽面磨损，可将金刚砂布粘一点油均布磨掉缺陷即可，也可以夹持在车床上，用金刚砂布研磨。
研磨时注意槽面角和槽面不能成锐棱，以免划伤橡胶O形圈。
自紧密封面有2个密封面，一是锥面，可参考锥面静密封面的研磨方法进行研磨，二是内圆柱面，该面与自紧密封环的圆柱表面间隙配合一般为H8/H9。
内圆密封面一般不用研磨，只要提高表面加工精度和降低表面粗糙度的值就可以达到密封要求。
如果内圆柱密封面的间隙过大，容易与自紧密封环密封不严，这时应相应增加自紧密封环的外径来补偿，或增大预紧力。
五、研磨中常见的缺陷产生的原因和防止办法
研磨中常见的缺陷形式、缺陷产生的原因和防止办法见表3-2所示
缺陷形式
产生原因
防止方法
表面不光洁
（1）磨料粒度过粗
（2）润滑剂使用不当
（3）研磨剂涂得太薄
（1）正确选用磨料的粗细
（2）正确选用润滑剂
（3）研磨剂厚薄适当，涂布均匀
表面拉毛
（1）研磨剂中混入杂质
（2）压力过大，压碎磨料或磨料嵌入工件中
（1）搞好清洁工作，防止杂质落在工件和研磨剂中。
精研前除净粗研的残液
（2）压力要适当
表3-2研磨中常见的缺陷产生的原因和防止办法
缺陷形式
产生原因
防止方法
平面不平
（1）平板不平
（2）研磨运动不平稳
（3）压力不匀或没有调换研磨方向
（4）研磨剂涂抹的太多
（1）注意检查平板平整度
（2）研磨速度适当，防止研具与工件非研磨面接触
（3）压力要均匀，经常调换研磨方向
（4）研磨剂涂布适当
锥面不圆接不上线
（1）内外圆锥研具与阀件锥体或锥孔轴线重合
（2）内外圆锥研具表面不平，不对称
（3）研磨剂涂得不匀或过多
（1）研磨钟经常检查它们相互间的同轴度，研磨要平稳
（2）研具经常用样板等工具检查
（3）研磨剂涂得适量且均匀
孔成椭圆或喇叭口
（1）研磨时没有调头和调换方向
（2）孔口或工件挤出的研磨剂未擦掉，继续研磨所致
（3）研磨棒冲出孔口过长
（1）研磨是注意经常变换方向和调头
（2）挤出的研磨剂擦掉后，再研磨
（3）研磨棒伸出适当，用力平稳，不要摇晃
阀件变形
（1）阀件发热仍继续研磨
（2）装夹不正确
（3）压力不均匀
（1）研磨速度不能太快，温度超过50℃应停下冷却后再研磨
（2）装夹要得法，要平稳，以不变形为佳
（3）压力需均匀，特别是较薄件的研磨，其压力不能过大
表3-2续研磨中常见的缺陷产生的原因和防止办法
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