[发明专利]阀套内锥面锥角偏差精度设计与磨削量检测方法

权利要求书

1.阀套内锥面锥角偏差精度设计与磨削量检测方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)确定影响阀套内锥面锥角精度的因素

因阀芯的配合外圆与阀套的配合内孔间隙配合，阀芯左端密封线与阀套内锥面接触密封，故阀套内锥面相对配合内孔需限制跳动量精度要求，尤其阀套内锥面上接触密封圆处相对配合内孔的跳动量；同时因锥阀处于关闭状态时，阀套的阀套内锥面承受阀芯的高压静态载荷，但在卸荷后关闭瞬间产生冲击，故对阀套内锥面要求是同时满足耐磨、耐压和耐冲击的特性，以达到预设计的使用寿命，综合分析后，确定影响阀套内锥面锥角精度的主要影响因素为密封性和基于特定工艺的使用寿命；

2)构建基于工艺要求的阀套内锥面锥角偏差模型

基于步骤1)中影响阀套内锥面锥角精度的因素，阀套内锥面锥角的设计基础参数项为阀套内锥面两端的大小圆和锥角，大圆直径即为锥面大圆直径，小圆直径即为进油通径，锥角即为阀套内锥面锥角；以阀套内锥面的理论设计母线为中心位置建立阀套内锥面锥角偏差模型，偏差角边界线以母线的中心点做旋转，且偏差角边界线的延长线与锥面大圆所在平面的交点不得超出最大法向磨削量所限定的范围、偏差角边界线的延长线与进油通径所在圆柱面的交点亦不得超出最大法向磨削量所限定的范围，鉴于阀套内锥面锥角并非90°，且基于梯形特性，延长线两端交点只有一端先达到极限位置，且当该端达到极限位置时，偏差角边界线与母线在同一平面内形成的小夹角即为偏差值，阀套实际内锥面锥角α＜90°，故上偏差角边界线的上端先达到上极限位置、下偏差角边界线的下端先达到下极限位置；据此，上偏差角根据上极限位置端点和中心点求取，下偏差角根据下极限位置端点和中心点求取；

3)验证阀套内锥面锥角偏差模型

由步骤2)可知，决定上偏差角和下偏差角的因素包括锥面大圆、进油通径、最大法向磨削量以及阀套内锥面锥角，通过设置计算参数，算出上偏差角值与下偏差角值，结合内圆磨加工能力及其他因素对阀套内锥面锥角的精度要求，对上下偏差作进一步约束，最终确定设计精度；

根据最终确定的上下偏差精度要求，密封圆轴向磨削量随着上偏差角、下偏差角的变化而改变，经运算后得阀套内锥面锥角处于上偏差状态时的最大磨削量计算方程式(6)与阀套内锥面锥角处于下偏差状态时的最大磨削量计算方程式(7)：

上偏差时最大磨削量λ′_2max的计算方程式：

式中：λ′_2max-为内锥面锥角上偏差密封圆轴向最大磨削量；

β′-为上偏差角实际值；

α-为阀套理论设计的内锥面锥角；

ΔB-为[(D_i-D₁)/2]+[ζ₁/2cos(α/2)]；

ΔC-为[(D_i-D₁)/2]-[ζ₁/2cos(α/2)]；

下偏差时最大磨削量λ″_2max的计算方程式：

式中：λ″_2max-为内锥面锥角下偏差密封圆轴向最大磨削量；

θ′-为下偏差角实际值；

ζ₁-为最大法向磨削量；

α-为阀套理论设计的内锥面锥角；

ΔD-为(D₁-D_p)/2；

当阀套内锥面锥角为理想设计值时，密封圆轴向最小磨削量能够向零趋近，但实际阀套内锥面锥角存在偏差，为保证整个阀套内锥面的磨削完整性，对应阀套内锥面锥角的实际偏差状态，须对应限定该偏差值的密封圆轴向磨削量的最小值，经运算后得阀套内锥面锥角处于上偏差状态时的最小磨削量计算方程式(8)及阀套内锥面锥角处于下偏差状态时的最小磨削量计算方程式(9)：

上偏差时最小磨削量λ′_2min的计算方程式：

式中：λ′_2min-为内锥面锥角上偏差密封圆轴向最小磨削量；

β′-为上偏差角实际值；

α-为阀套理论设计的内锥面锥角；

ΔD-为(D₁-D_p)/2；

下偏差时最小磨削量λ″_2min的计算方程式：

式中：λ″_2min-为内锥面锥角下偏差密封圆轴向最小磨削量；

θ′-为下偏差角实际值；

ζ₁-为最大法向磨削量；

α-为阀套理论设计的内锥面锥角；

ΔC-为[(D_i-D₁)/2]-[ζ₁/2cos(α/2)]；

以设定的数据作为定量分析基础，将数据分别代入式(6)、式(7)、式(8)、式(9)，得到密封圆轴向磨削量偏差与公差变化趋势特性图；因数值差的变化较小，各曲线在整体上呈近似直线变化；

4)利用步骤3)中验证后的阀套内锥面锥角偏差模型设计阀套内锥面锥角，并采用磨削量检测装置对生产过程中的阀套内锥面磨削量进行检测

磨削量检测装置包括检具主体、与配合内孔间隙配合的检具外圆、用于浮动支撑的环形槽及用于测量阀套内锥面的检测大圆与检测小圆，且检测大圆位于检具主体一端，检测小圆位于检具主体另一端，环形槽设置在位于检测大圆一侧的检具主体上，同时整个环形槽处于配合内孔的轴向位置内，位于环形槽两侧的检具外圆保持一段轴向量与配合内孔相对应配合；检测大圆、检测小圆分别与检具主体端面形成有接触锐角；

将阀套内锥面母线作为斜边置于直角三角形中，在获知对应的两个直角边后即可换算出实际阀套内锥面锥角的半角，半角对边长度为检测大圆直径和小检测大圆直径差值的一半，半角邻边长度为检测大圆检测轴向长度和检测小圆检测轴向长度的差值，其中，检测大圆检测轴向长度与检测小圆检测轴向长度的长度检测是将检具主体两端分别置入阀套内，在检测大圆端与阀套内锥面接触时测得的检具检测小圆端面与转移基准面的长度为检测大圆检测轴向长度，在检测小圆端与阀套内锥面接触时测得的检具检测大圆端面与转移基准面的长度为检测小圆检测轴向长度；

实际加工阀套内锥面锥角的计算方程式：

式中：α′-为实际加工内锥面锥角；

δ₁-为半角对边长度；

δ₂-为半角邻边长度；

d₃-为检测小圆直径实测值；

d₄-为检测大圆直径实测值；

L₄-为检测大圆检测轴向长度实测值；

L₅-为检测小圆检测轴向长度实测值；

实际加工阀套内锥面锥角为通过测量值间接获取，将其表示为实测值的多元函数，根据误差理论，实际加工内锥面锥角测量误差Δα′的方程式：

式中：d₃^*-为检测小圆直径真实值；

d₄^*-为检测大圆直径真实值；

L₄^*-为检测大圆检测轴向长度真实值；

L₅^*-为检测小圆检测轴向长度真实值；

其线性化的误差传递公式：

式中：Δd₃-为d₃的测量误差；

Δd₄-为d₄的测量误差；

ΔL₄-为L₄的测量误差；

ΔL₅-为L₅的测量误差；

以上各项误差的传递系数为：

由以上各误差传递系数得检测大圆直径和检测小圆直径的差值越大，内锥面锥角测量误差就越小；

基于上述检测原理，对密封圆轴向磨削量进行检测，首先将检具主体置入阀套内，先测得磨削前转移基准面与检具外端面之间的尺寸，待阀套内锥面磨削后，再检测出转移基准面与检具外端面之间的尺寸，两个尺寸差值即为实际密封圆轴向磨削量；

阀套试磨后检测磨削后的密封圆轴向位置尺寸并计算出轴向磨削量的实际值，并对该试磨件阀套内锥面锥角按上述方法进行相关参数检测，根据式(10)换算出实际加工的阀套内锥面锥角并确认该值处于理论设计的公差范围内，同时计算出对应的实际偏差角，根据实际阀套内锥面锥角是处于上偏差或下偏差，将实际偏差角对应代入式(6)或式(7)、式(8)或式(9)，换算出密封圆处对应该实际偏差角的轴向磨削量最大值和最小值，计算出的轴向磨削量实际值落在该轴向磨削量的最大值和最小值范围内，试磨件为合格品；若该试磨件的轴向磨削量实际值未落在范围内，而实际阀套内锥面锥角在精度设计范围内并趋近理想值，此时只需计算出差值重新调整进给量即可，无须再次修整砂轮角度；若实际阀套内锥面锥角趋近上下偏差值或超出偏差，再次调整砂轮修整角度，在试磨后重复上述检测过程，直至所有尺寸合格。