硬质合金复合密封结构及其制备工艺的制作方法

文档序号：11769973阅读：212来源：国知局

本发明涉及一种硬质合金复合密封结构及其制备工艺。

背景技术：

阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。球阀、蝶阀、止回阀、闸阀、疏水阀等等。由于阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动，所以对阀门的密封性能具有很高的要求。

目前，多数蝶阀的碟板上设有密封圈槽，密封圈槽内设有密封圈，碟板与阀体之间通过密封圈密封。由于密封圈一般采用橡胶等软性材质制成，也有些通过全硬质材料制成。现有的全硬质材料制作的密封圈一般采用整体式全硬质合金钢圈或者多层全硬质合金钢圈复合粘结而成。作为密封圈可以避免流体中带有冲力其对于全硬质密封圈的外表面粗糙度和形状公差的要求很高，加工工艺困难，所以全硬质材料的加工成本高。

本发明设计了一种硬质合金复合密封结构及其制备工艺，硬质合金复合密封结构采用阀座和密封圈相配合的密封方式，并在阀座内侧的密封面上设置有第一硬质合金层，密封圈外缘的密封面上设置有第二硬质合金层，通过第一硬质合金层和第二硬质合金层形成“硬碰硬”结构的密封副来达到零摩擦的效果，制造成本简单。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明提供一种硬质合金复合密封结构及其制备工艺，第一，硬质合金复合密封结构采用阀座和密封圈相配合的密封方式，并在阀座内侧的密封面上设置有第一硬质合金层，密封圈外缘的密封面上设置有第二硬质合金层，通过第一硬质合金层和第二硬质合金层形成“硬碰硬”结构的密封副来达到零摩擦的效果。第二，本申请加工工艺成本低，密封精度高，产品可以达到零摩擦、零泄漏、密封副为全金属、双向承压、是真正意思上高性能，一旦关闭到位后，密封非常可靠，适用温度广泛，能满足-197°～800°下的工况条件下使用，实现了真正意义上的高性能。当然，全硬密封的结构对于火灾安全是轻而易举的。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

硬质合金阀体复合密封结构，包括阀座、碟板、压圈、密封圈，所述阀座内侧设有一圈密封面，该密封面设有第一硬质合金层，所述碟板设置在阀座的中部，碟板外缘设置有一圈环形密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内设有密封圈，所述密封圈底部设有压圈，密封圈外缘也设有密封面，该密封圈的密封面上设置有第二硬质合金层。

进一步地，所述阀座内侧的密封面和密封圈外缘的密封面均与水平方向成30~70度的角，且阀座内侧的密封面和密封圈外缘的密封面与水平方向成相同的角度。

进一步地，还包括补偿环，所述密封圈凹槽内设置有补偿环凹槽，所述补偿环安装在补偿环凹槽内，补偿环伸出补偿环凹槽的部分与密封圈紧密接触。补偿环的结构具有流向补偿功能，无论介质流向如何，密封同样可靠。本申请阀门设计巧妙，双向承压，蝶板都处于流关趋势。

进一步地，所述第一硬质合金层和第二硬质合金层采用不同硬度的硬质合金制成。优选地，所述阀座上的第一硬质合金层使用太立6号硬质合金制成，而密封圈的密封面的第二硬质合金层采用司太立21号硬质合金制成，采用不同硬度的硬质合金层可以确保使用过程中耐冲刷。

进一步地，所述第一硬质合金层和第二硬质合金层的厚度均为0.1~5毫米。

硬质合金复合密封结构及其制备工艺，其特征在于，包括阀座加工部分和密封圈加工部分，

所述阀座加工部分包括以下步骤：

步骤一：检查铸件的外形尺寸和机加工性能，当机加工性能符合车工要求，外形尺寸留足余量之后，将铸件安装在车床的阀座专用夹具上；

步骤二：预留2~5毫米后粗车阀座的两个法兰平面、流道孔和阀座的各个面；

步骤三：将铸件固定安装在倾斜4~15度的阀座加工夹具上，预留4~8毫米的密封面厚度之后粗车阀座的密封面；

步骤四：在阀座的密封面上堆焊第一硬质合金层；

步骤五：精车阀座的密封面至密封面的实际尺寸并使阀座的密封面粗糙度达到1.6ra；

步骤六：使用砂轮精磨阀座的密封面至密封面表面粗糙度达到ra0.4；

步骤七：精车阀座的法兰平面、流道孔和阀座的各个面；

步骤八：在阀座上镗出阀杆孔、填料函孔和止脱环函孔，钻出阀座的法兰平面上的螺纹孔、法兰孔之后经过车倒角、去毛刺工序制成阀座成品；

所述步骤五中精车阀座的密封面至密封面的实际尺寸之后还包括对阀座的密封面进行着色检验的工序，着色检验合格则进入下一步骤。

所述步骤五中精车阀座的密封面至密封面的实际尺寸步骤中，具体步骤是：将车刀对准阀座的密封面的上边沿，对刀完成后，将阀座专用夹具向右移动1~5毫米，再走刀1~5次精车阀座的密封面至实际尺寸。

所述阀座加工夹具包括一个工作平台和工作平台上的限位柱，所述限位柱的直径与阀座的内径相匹配，所述工作平台的延伸方向与阀座的轴向之间具有一个1~10度的夹角。优选地，夹角为8度。

所述密封圈加工部分包括以下步骤：

步骤一：检验密封圈毛坯的锻件硬度、外观和尺寸，使封圈毛坯有足够的加工余量；

步骤二：将密封圈毛坯安装在车床的密封圈加工夹具上，预留5mm加工余量粗车密封圈两端平面之后依次粗车密封圈的外圆和内孔；

步骤三：精车密封圈的密封面至初次精车的规定尺寸；

步骤四：在密封圈的密封面上堆焊第二硬质合金层；

步骤五：粗车之后精车密封圈的两端平面至实际尺寸，再次精车密封圈的密封面至二次精车的规定尺寸并精磨密封圈的密封面；

步骤六：经过车倒角、去毛刺工序制成密封圈成品；

所述步骤五中粗车之后精车密封圈的两端平面至实际尺寸，再次精车密封圈的密封面至二次精车的规定尺寸之后还包括对密封圈的密封面进行着色检验的工序，着色检验合格则进入下一步骤。

所述步骤五中粗车之后精车密封圈的两端平面至实际尺寸的具体步骤是：将车刀对准密封圈的密封面的上边沿，对刀完成后，将密封圈专用夹具向右移动1~5毫米，再走刀1~5次精车密封圈的密封面至实际尺寸。

所述密封圈加工夹具包括一个工作平台和工作平台上的限位台柱，所述限位太柱的直径与密封圈的外径相匹配，所述工作平台的延伸方向与密封圈的轴向之间具有一个1~10度的夹角。优选地，夹角为8度。

进一步地，所述阀座加工部分和密封圈加工部分中的步骤四中堆焊硬质合金的厚度均为1~4毫米，优选均为3毫米；堆焊的硬质合金均为钴基合金；堆焊硬质合金的焊接方式均为手动直接进给焊接，工艺参数均为：预热温度250-300℃、热处理温度860-900℃，保温时间2h，焊接电流280-320ma，氩气流量117-125。

本发明的优点是：第一，硬质合金复合密封结构采用阀座和密封圈相配合的密封方式，并在阀座内侧的密封面上设置有第一硬质合金层，密封圈外缘的密封面上设置有第二硬质合金层，通过第一硬质合金层和第二硬质合金层形成“硬碰硬”结构的密封副来达到零摩擦的效果。第二，本申请加工工艺成本低，密封精度高，产品可以达到零摩擦、零泄漏、密封副为全金属、双向承压、是真正意思上高性能，一旦关闭到位后，密封非常可靠，适用温度广泛，能满足-197°～800°下的工况条件下使用，实现了真正意义上的高性能。当然，全硬密封的结构对于火灾安全是轻而易举的。

附图说明

图1为本发明阀座加工夹具在阀座加工步骤一中的安装示意图。

图2为本发明阀座加工夹具在阀座加工堆焊步骤中的安装示意图。

图3为本发明阀座加工夹具在阀座加工步骤五中的安装示意图。

图4为本发明密封圈加工夹具在密封圈加工步骤一中的安装示意图。

图5为本发明硬质合金阀体复合密封结构的示意图。

在图中：1-阀座，11-阀座加工夹具的工作平台，12-限位柱，2-碟板，3-压圈，4-密封圈，41-密封圈加工夹具的工作平台，12-限位台柱，5-第一硬质合金层，6-密封圈凹槽，7-第二硬质合金层，8-补偿环，9-补偿环凹槽。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1~图5，硬质合金阀体复合密封结构，包括阀座、碟板、压圈、密封圈，所述阀座内侧设有一圈密封面，该密封面设有第一硬质合金层，所述碟板设置在阀座的中部，碟板外缘设置有一圈环形密封圈凹槽，所述密封圈凹槽内设有密封圈，所述密封圈底部设有压圈，密封圈外缘也设有密封面，该密封圈的密封面上设置有第二硬质合金层。