一种角阀及角阀制造工艺和定位工装的制作方法

本发明属于阀门技术领域，涉及一种角阀，特别是一种角阀及角阀制造工艺和定位工装。

背景技术：

角阀就是角式截止阀，广泛应用于卫浴领域。角阀的出水口与进水口成直角，另外一端安装有控制角阀开启或关闭的把手。目前，角阀的阀体通常采用整体铸造或者分体焊接的工艺加工。

角阀的整体铸造，先通过翻砂铸造的方式做出角阀的阀体毛胚，再对阀体毛胚进行热处理和表面处理，然后通过抛光使阀体毛胚表面光洁度达到设计要求，最后将阀体和阀芯等零部件进行装配得到角阀成品。角阀由于特殊的结构，即出水口与进水口成直角导致进水管段和出水管段也成直角，翻砂铸造较为困难，废品率较高。并且，翻砂铸造出的阀体毛胚表面质量也较差，需要进行抛光等工艺，工艺复杂又对环境造成负面影响。随着生产技术的进步，翻砂铸造也因为本身不符合环保要求，正迅速被淘汰。

另一种分体式焊接的制造工艺，例如，中国专利【申请号201310703333.6；申请公布号CN103692164A】公开的一种三角阀及其制造方法，该方法包括：根据所需制造三角阀大小裁切两段管材分别用作三角阀的进口管和出口管，进口管包括头端和末端，其中头端用于放置阀芯；将进口管头端和末端以及出口管的一端进行攻丝处理；在进口管上、阀芯出口对应位置开孔；将出口管焊接到开孔位置，之后将三角阀整体表面抛光处理；从进口管头端中装配阀芯并固定，然后安装手柄制得三角阀。

上述专利公开的三角阀的制造方法，通过分别制得进口管和出口管，再将进口管和出口管通过焊接的方式进行固连，而根据该专利记载的内容可知，进口管和出口管的焊接点位于外表面，并且焊接完成之后再通过对三角阀整体进行抛光以保证表面光洁度。这种焊接工艺存在的问题在于：1、由于进口管和出口管的连接处为圆弧过渡，焊接点位于外表面，即使经过抛光处理，也能够看出进口管和出口管交界处的焊缝，无法使保证三角阀表面达到理想的光洁度，导致三角阀表面一致性较差；2、与整体铸造相同，分体式焊接后的三角阀整体也需要进行抛光处理，抛光的难度更大，增加了生产成本，同时也不环保。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种角阀及角阀制造工艺和定位工装，本发明解决的技术问题是如何通过对角阀主体和角阀接头内部进行焊接，使角阀主体和角阀接头连接处自然过渡以保证阀体外表面一致性。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种角阀制造工艺，所述角阀包括角阀主体和角阀接头，所述角阀接头的一端通过焊接固定在角阀主体上，其特征在于，本角阀制造工艺包括以下步骤：

a、角阀主体制备：原料按照角阀主体形状、尺寸下料，对表面进行加工后钻过水孔，得到角阀主体；

b、角阀接头制备：原料下料，对表面进行加工后，在一端加工出与角阀主体外壁形状相匹配的弧形连接面，得到角阀接头；

c、激光焊接：将角阀主体和角阀接头定位，使角阀接头的弧形连接面与角阀主体外壁贴合，在角阀接头内部通过激光焊接将角阀主体和角阀接头焊接为一体，激光束从角阀接头的内孔射入；

d、检验：对角阀主体和角阀接头激光焊接之后进行密封性检查；

e、装配：将阀芯装入角阀主体内，并安装把手；

f、成品检验：对成品进行密封性检查。

本角阀制造工艺在制备角阀主体和角阀接头的过程中，分别先对角阀主体和角阀接头进行表面加工，再在角阀接头内部通过激光焊接将角阀主体和角阀接头焊接为一体得到阀体，无需对阀体外表面进行抛光等表面处理。这种角阀制造工艺打破了先成型阀体再对角阀外表面进行表面处理的常规，在简化工艺的同时改善了阀体产品品质。

本角阀制造工艺所采用的激光焊接是一种通过将高能量密度的激光束作为热源，将激光束的光斑聚焦到角阀主体和角阀接头之间，使得角阀主体和角阀接头接触部分的材料受热溶化并结合到一起，冷却后在阀体内部形成将角阀主体和角阀接头在焊接处固连的焊缝。利用将激光束从角阀接头的内孔射入并聚焦在焊接位置，即可实现在阀体内部进行焊接，克服了常规焊接方式无法对阀体内部进行焊接操作的问题。

采用本角阀制造工艺制得的角阀，阀体外表面看不到焊缝，又由于角阀接头上的弧形连接面与角阀主体外壁贴合，无需抛光也能使得角阀主体和角阀接头连接处更为平整、光洁，实现了连接处的自然过渡，使阀体外表面的一致性更好。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤c中，在激光焊接之前对角阀主体的外圆尺寸进行检验，然后对角阀主体进行清洗；对角阀接头的内孔尺寸和弧形连接面的尺寸进行检验，然后对角阀接头进行清洗。对角阀主体和角阀接头的尺寸进行检验，将尺寸偏差较大的零件进行重新加工或者废弃，能够使进入焊接阶段的零部件配合效果更好，并且在焊接之前对零部件进行清洗，保证连接处的光洁，从而改善焊接质量。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤c中，激光焊接的焊缝位于角阀主体和角阀接头之间并沿周向连续分布。使得角阀主体和角阀接头在焊接过程中受热更为均匀，通过位于阀体内部的焊缝焊接为一体之后，角阀主体和角阀接头外表面的交界处相互紧贴，使得阀体外表面一致性更好。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤c中，激光束的焦距L为100±0.5mm，激光束的入射角度α为50±2°。通过对焦距和入射角度的优化，使得激光束能够在整个焊接过程中不会被遮挡，减少激光束的能量损失，改善激光焊接质量，从而保证阀体外表面一致性。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤c中，所述激光焊接时角阀主体和角阀接头之间的间隙为0～0.1mm。使得角阀主体和角阀接头的连接处能够紧密贴合在一起，激光的光斑能够分别照射在角阀主体和角阀接头的接触面上，接触面上的材料充分融化后结合在一体，进一步提高激光焊接的质量，使阀体一致性更好。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤c中，所述角阀主体和角阀接头通过定位工装定位，所述定位工装包括架体、V形块、定位板和芯棒，所述芯棒穿过角阀接头内孔并插入角阀主体上的过水孔使角阀接头上的弧形连接面和角阀主体的外壁紧密抵靠，所述定位板固定在架体的上部，所述定位板上具有供角阀接头顶部抵靠的抵靠面和供芯棒穿过的让位开口，所述V形块滑动连接在架体上并与定位板位置正对使V形块能够作用在角阀主体上与角阀接头位置相对的外壁上，所述架体上还设置有能够带动V形块滑动靠近或者远离定位板的驱动机构。定位工装先通过将芯棒从角阀接头的内孔插入角阀主体的过水孔，使得角阀接头与角阀主体定位，再将通过V形块将角阀主体和角阀接头定位后从让位开口处取出芯棒，避免芯棒阻挡激光束的射入，从而将角阀主体和角阀接头在合适的焊接位置固定，提高加工效率，使焊接质量更好。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤c完成之后，对角阀主体和角阀接头的焊缝进行喷砂处理。通过喷砂能够将焊缝处的氧化物去除，改善阀体内部的质量。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤a中，所述角阀主体采用锻造成型。通过锻造出的角阀主体表面质量更好，有利于后续的机加工，保证阀体表面的光洁度。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤a中，所述角阀主体的表面加工方式为先粗车外圆，再精车外圆；所述步骤b中，所述角阀接头的表面加工方式为先粗车外圆和内孔，再精车外圆和内孔，所述弧形连接面采用线切割加工。通过精车，使得角阀接头的外圆和内孔的尺寸精度更好，便于线切割时对角阀接头的装夹定位，进而提高了线切割加工出的弧形连接面的精度，使经过精车的角阀主体外表面和角阀接头的弧形连接面贴合更为紧密，从而进一步改善阀体表面的一致性。

在上述的角阀制造工艺中，所述步骤a和步骤b可以交换顺序或者两个步骤同时进行。

一种角阀的定位工装，所述角阀包括角阀主体和角阀接头，其特征在于，本角阀的定位工装包括架体、V形块、定位板和芯棒，所述芯棒的直径与角阀接头内径相匹配，所述芯棒端部具有芯棒头，所述芯棒头的直径与过水孔的内径相匹配，所述芯棒穿过角阀接头内孔并插入角阀主体上的过水孔能将角阀接头和角阀主体定位，所述定位板固定在架体的上部，所述定位板上具有供角阀接头顶部抵靠的抵靠面和供芯棒穿过的让位开口，所述V形块滑动连接在架体上并与定位板位置正对使V形块能够作用在角阀主体上与角阀接头位置相对的外壁上，所述架体上还设置有能够带动V形块滑动靠近或者远离定位板的驱动机构。

本角阀的定位工装的操作方式是：先将角阀接头套在芯棒上，芯棒穿过角阀角阀接头的内孔，并将芯棒插入角阀主体上的过水孔，调整角阀接头位置使角阀接头的弧形连接面与角阀主体外壁的圆弧面贴合后，将角阀主体和角阀接头放置到定位工装上，使角阀接头的顶部与抵靠面相抵靠，操作驱动机构通过V形块对角阀主体底部进行挤压将角阀主体与角阀接头固定，取出芯棒，等待激光焊接。激光焊接完成之后，操作驱动机构使V形块松开，取下工件。

本角阀的定位工装的能够将角阀主体和角阀接头在在合适的焊接位置固定，操作更简单。焊接时角阀主体和角阀接头的接触面能够更好的相互贴合，提高焊接质量，焊接之后阀体外表面的光洁度和一致性更好。

在上述的角阀的定位工装中，所述芯棒头位于芯棒中部或者与芯棒偏心设置。通过改变芯棒头的位置，能够改变过水孔与角阀接头的相对位置，从而控制角阀接头在角阀主体上的连接位置。

在上述的角阀的定位工装中，所述架体上还固定有挡板，所述挡板上具有挡头。设置挡头可以对角阀主体进行定位，防止角阀主体位置倾斜导致角阀主体和角阀接头的焊接位置出现偏差。

在上述的角阀的定位工装中，所述驱动机构包括转轴、凸轮和手柄，所述凸轮固定在转轴上，所述凸轮表面与V形块底部接触，所述手柄连接在转轴一端。通过手柄带动V形块动作。

作为另一种方案，在上述的角阀的定位工装中，所述驱动机构包括气缸，所述气缸的活塞杆抵靠在V形块的底部。可通过电控方式控制V形块动作。

一种角阀，包括角阀主体和角阀接头，所述角阀接头通过焊接固定在角阀主体上，其特征在于，所述角阀接头的一端具有与角阀主体外壁形状相匹配的弧形连接面，且当角阀接头安装到角阀主体上时所述弧形连接面与角阀主体外壁贴合，所述角阀主体和角阀接头的焊缝位于角阀接头内部。

本角阀的阀体采用角阀主体和角阀接头焊接而成，并且焊接之处在内部，阀体外表面看不到焊缝，加之角阀接头上的弧形连接面与角阀主体外壁贴合，使得角阀主体和角阀接头连接处更为平整、光洁，实现了连接处的自然过渡，使阀体外表面的一致性更好。

在上述的角阀中，所述角阀主体内具有阀腔，所述角阀主体上焊接角阀接头的位置处具有与阀腔相连通的过水孔，所述角阀接头呈圆筒状，所述过水孔的直径小于角阀接头的内径，所述角阀主体位于过水孔周边的外壁和角阀接头靠近角阀主体的内壁焊接固定。这样的结构，使得角阀主体的外壁和角阀接头的内壁紧贴，而用于将角阀主体和角阀接头焊接的焊缝位于此处，能够保证焊缝的质量，从而增加焊接处所能承受的外力，提高焊接强度。

在上述的角阀中，所述角阀主体和角阀接头通过激光焊接固定。采用激光焊接能够满足在阀体内部进行焊接的需要，焊接更为方便。

与现有技术相比，本角阀制造工艺的优点在于：

1、本角阀制造工艺通过分别先对角阀主体和角阀接头进行表面加工，角阀主体和角阀接头通过激光焊接的焊缝位于阀体内部，制得的阀体外表面看不到焊缝，显得更为平整、光洁，一致性更好。采用激光焊接使得阀体受热区域金相变化范围小，因热传导所导致的变形也最低，使激光焊接得到的阀体力学性能更好。

2、本角阀制造工艺采用激光焊接在阀体内部进行焊接，使的焊缝位于阀体内部，无需对阀体外表面进行整体抛光。并且激光焊接的焊缝强度较高、没有明显的凸起，激光焊接之后的后续处理更简单，从而简化了工艺过程，提高了生产加工效率。

3、本角阀制造工艺无需增加对阀体进行酸洗、拉丝、抛光等表面处理工序，更为节能环保。

本角阀制造工艺用到的定位工装的优点在于，能够快速对角阀主体和角阀接头进行定位，操作更简单，改善了焊接质量。

本角阀制造工艺制得的阀体外表面看不到焊缝，角阀主体和角阀接头连接处更为平整、光洁，一致性更好。

附图说明

图1是本角阀制造工艺的工艺流程图。

图2是本角阀制造工艺中激光束入射状态的示意图。

图3是本角阀的定位工装的立体结构示意图。

图4是本角阀的定位工装的剖视结构示意图。

图5是本角阀的定位工装中芯棒的主视结构示意图。

图6是本角阀的定位工装中芯棒的俯视结构示意图。

图7是本角阀的阀体的剖视结构示意图。

图8是本角阀的角阀接头的剖视结构示意图。

图中，1、角阀主体；1a、过水孔；2、角阀接头；2a、弧形连接面；3、焊缝；4、架体；4a、底座；4b、立板；5、V形块；6、定位板；6a、抵靠面；6b、让位开口；7、芯棒；7a、芯棒头；8、挡板；8a、挡头；9、转轴；10、凸轮；11、手柄。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：

如图7和图8所示，角阀包括角阀主体1和角阀接头2，角阀接头2呈筒状，角阀接头2固定在角阀主体1上形成阀体，阀体内具有阀腔。阀芯从角阀主体1的一端装入阀腔，阀芯上安装有把手。角阀接头2与阀腔相连通，和角阀主体1的另一端，分别作为角阀的进水端和出水端。

如图1所示，本角阀制造工艺，包括以下步骤：

a、角阀主体制备：原料按照角阀主体1形状、尺寸下料，对表面进行加工后钻过水孔1a，得到角阀主体1。

本实施例中，步骤a中的角阀主体1通过锻造成型得到形状和尺寸满足要求的毛胚。再对角阀主体1的毛胚先粗车外圆，再精车外圆，使角阀主体1的外表面光洁度达到产品要求。同时，可以在车削加工时对端面、内孔进行表面加工，并加工出所需的连接结构，例如螺纹连接结构。作为优选方案，上述的车削加工可以采用从粗车到精车的多步车削加工。步骤a完成之后对角阀主体1的外圆尺寸进行检验，然后对角阀主体1进行清洗。在实际的生产和制造过程中，角阀主体1也可以选用形状尺寸满足要求的钢管，下料时截取合适长度。

b、角阀接头制备：原料下料，对表面进行加工后，在一端加工出与角阀主体1外壁形状相匹配的弧形连接面2a，得到角阀接头2。

本实施例中，步骤b中的角阀接头2采用有缝钢管，下料时截取需要的长度。再对角阀接头2的表面先粗车外圆和内孔，再精车外圆和内孔，对角阀接头2连接端的端面通过线切割加工形成弧形连接面2a。步骤b完成之后需要对角阀接头2的内孔尺寸和弧形连接面2a的尺寸进行检验，然后对角阀接头2进行清洗。在实际的生产制造过程中，角阀接头2也可以采用锻造成型或者冲压之后焊接成型等方式加工。

步骤a和步骤b得到的角阀主体1和角阀接头2外表面光洁度更好，尺寸精度更高，使得后续角阀主体1和角阀接头2焊接之后得到的阀体外表面的一致性更好。步骤a和步骤b可以交换顺序或者两个步骤同时进行。步骤a和步骤b的顺序不影响整个角阀制造工艺，只需保证激光焊接工序有足够的零部件供应即可。

c、激光焊接：将角阀主体1和角阀接头2定位，使角阀接头2的弧形连接面2a与角阀主体1外壁贴合，在角阀接头2内部通过激光焊接将角阀主体1和角阀接头2焊接为一体，激光束从角阀接头2的内孔射入。如图2所示，步骤c中，激光焊接的焊缝位于角阀主体1和角阀接头2之间并沿周向连续分布。本实施例中，激光焊接时，激光束从角阀接头2的内孔射入，在角阀主体1和角阀接头2的接触面处形成光斑。激光束从角阀接头2的内孔射入，在角阀主体1和角阀接头2的接触面处形成光斑。克服了激光焊接阀体内部时激光束难以照射到焊接处的难点，给激光焊接提供足够的空间。激光束的焦距L为100±0.5mm，激光束的入射角度α为50±2°。激光束能够在整个焊接过程中不被遮挡，减少激光束的能量损失，改善激光焊接质量。激光焊接后角阀主体1和角阀接头2之间的间隙为0～0.1mm，使得角阀主体1和角阀接头2的连接处能够紧密贴合在一起，使阀体一致性更好。

步骤c中，通过定位工装对焊接之前的角阀主体1和角阀接头2进行定位，本实施例中，定位工装包括架体4、V形块5、定位板6和芯棒7。芯棒7穿过角阀接头2能将角阀接头2和角阀主体1定位，定位板6固定在架体4的上部，定位板6上具有供角阀接头2顶部抵靠的抵靠面6a和供芯棒7穿过的让位开口6b，V形块5滑动连接在架体4上并与定位板6位置正对使V形块5能够作用在角阀主体1上与角阀接头2位置相对的外壁上，架体4上还设置有能够带动V形块5滑动靠近或者远离定位板6的驱动机构。

步骤c完成之后，对角阀主体1和角阀接头2的焊缝3进行喷砂处理。通过喷砂能够将焊缝3处的氧化物去除，改善阀体内部的质量。

d、检验：对角阀主体1和角阀接头2激光焊接之后进行密封性检查。

e、装配：将阀芯装入角阀主体1内，并安装把手。

f、成品检验：对成品进行密封性检查。

本角阀制造工艺通过分别制造角阀主体1和角阀接头2，并将角阀主体1和角阀接头2进行焊接得到角阀的阀体，在制备角阀主体1和角阀接头2的过程中，分别先对角阀主体1和角阀接头2进行表面加工。再对角阀主体1和角阀接头2激光焊接，角阀主体1和角阀接头2的焊缝位于角阀接头2的内部，使得阀体外表面在焊接之后无需进行抛光等表面加工，阀体外表面弧形面更为连续，表面光洁度更好，改善了阀体外表的一致性。同时，激光焊接过程中，阀体受热均匀，保证了阀体的力学性能。从而，在外形质量和力学性能上都得到提高，使得阀体的质量更好。

实施例二：

本实施例中公开了实施例一的角阀制造工艺中，用于定位角阀主体1和角阀接头2的定位工装。

如图3和图4所示，本角阀的定位工装包括架体4、V形块5、定位板6和芯棒7。架体4包括位移底部的底座4a和固定在底座4a两侧的立板4b，定位板6固定在立板4b的上部，定位板6上具有抵靠面6a和让位开口6b。V形块5的两侧分别具有滑块，立板4b与滑块对应的位置处具有与滑块相匹配的滑槽，滑块能够在对应的滑槽内上下滑动使V形块5能够相对于架体4滑动。架体4上还设置有能够带动V形块5滑动靠近或者远离定位板6的驱动机构。架体4的立板4b上还固定有挡板8，挡板8上具有挡头8a。

本实施例中，驱动机构包括转轴9、凸轮10和手柄11，凸轮10固定在转轴9上，凸轮10表面与V形块5底部接触，手柄11连接在转轴9一端，通过手柄11带动V形块5动作。在实际的生产和制造过程中，驱动机构包括气缸，气缸的活塞杆抵靠在V形块5的底部，可通过电控方式控制V形块5动作。

如图4和图5所示，芯棒7包括芯棒7和位于芯棒7端部的芯棒头7a，芯棒7的直径与角阀接头2内径相匹配，芯棒头7a的直径与过水孔1a的内径相匹配，芯棒头7a位于芯棒7中部或者与芯棒7偏心设置。为了方便芯棒7的使用，芯棒7远离芯棒头7a的一段直径可以小于角阀接头2内径。

本角阀的定位工装的操作方式是：先将角阀接头2套在芯棒7上，并将芯棒7插入角阀主体1上的过水孔1a，调整角阀接头2位置使角阀接头2的弧形连接面2a与角阀主体1外壁的圆弧面贴合后，将角阀主体1和角阀接头2放置到定位工装上，使角阀接头2的顶部与抵靠面6a相抵靠，挡头8a对角阀主体1进行限位，操作驱动机构通过V形块5对角阀主体1底部进行挤压将角阀主体1与角阀接头2固定，取出芯棒7，等待激光焊接。激光焊接完成之后，操作驱动机构使V形块5松开，取下工件。

实施例三：

本实施例中公开了采用实施例一的角阀制造工艺制造的角阀，如图7和图8所示，角阀包括角阀主体1和角阀接头2，角阀接头2通过焊接固定在角阀主体1上，角阀接头2的一端具有与角阀主体1外壁形状相匹配的弧形连接面2a，且当角阀接头2安装到角阀主体1上时弧形连接面2a与角阀主体1外壁贴合，角阀主体1和角阀接头2的焊缝3位于角阀接头2内部。本实施例中，角阀主体1和角阀接头2通过激光焊接固定。

如图7所示，角阀主体1内具有阀腔，角阀主体1上焊接角阀接头2的位置处具有与阀腔相连通的过水孔1a，角阀接头2呈圆筒状，过水孔1a的直径小于角阀接头2的内径，角阀主体1位于过水孔1a周边的外壁和角阀接头2靠近角阀主体1的内壁焊接固定。

本角阀的阀体焊接之处在角阀接头2内部，阀体外表面看不到焊缝3，加之角阀接头2上的弧形连接面2a与角阀主体1外壁贴合，使得角阀主体1和角阀接头2连接处更为平整、光洁，实现了连接处的自然过渡，使阀体外表面的一致性更好。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。