一种不锈钢材料伺服阀滑阀副偶件表面处理方法与流程

本发明涉及一种不锈钢材料伺服阀滑阀副偶件表面处理方法，特别涉及一种不锈钢材料伺服阀精密配合滑阀副偶件光整工艺方法，属于精密加工技术领域。

背景技术：

伺服阀是航天伺服机构重要元件，具有结构复杂，尺寸精度高、加工难度大的特点。为实现电液转换的功能，伺服阀在设计上采用了多处微米级间隙配合的偶件结构，其中滑阀副偶件配合间隙要求在3～5μm；配合的轴与孔圆柱度1μm，因此对于毛刺及其敏感，即使有微米量级的毛刺也会阻碍偶件的正常运动，严重时甚至会引起伺服阀功能失效。精密配合偶件易产生毛刺部位主要有轴零件外圆均压槽口、孔零件内部相交孔部位等，针对这些部位，去毛刺的技术要求为即不损伤零件已有微米级精度，又要将毛刺去除干净。目前伺服阀针对精密配合偶件去毛刺领域尚无有效的方法，因为单独使用现有的去毛刺技术无法保证既去除毛刺又保证零件微米级加工精度，因此普遍采用手工去除的方法，该方法加工效率低，废品率高，在当前航空航天产业高质量高可靠性的大环境下，手工方法急需进行改进。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种不锈钢材料伺服阀滑阀副偶件表面处理方法，该方法针对阀芯阀套零件机加全流程，应用多种工艺方法对零件进行多道光整(粗抛、半精抛、精抛)，即由粗到精逐级对零件外轮廓及内孔相交部位逐级进行表面抛光及微小毛刺去除，最终提高零件去毛刺质量，保证零件微米级加工精度。

本发明的技术解决方案是：

一种不锈钢材料伺服阀滑阀副偶件表面处理方法，滑阀副偶件包括阀芯和阀套，阀套上带有径向圆孔、径向方孔和轴向通孔，轴向通孔用于与阀芯相配合；

该方法包括对阀芯的外表面的处理方法和对阀套的内、外表面处理方法，其中，对阀芯的外表面处理方法的步骤包括：

(11)采用车铣机加工的方式按照阀芯的结构设计要求加工阀芯，在进行车铣机加工时留有工艺余量，工艺余量为0.2-0.3mm；

(12)采用外轮廓离心光整方法对步骤(11)得到的阀芯进行表面光整和去除毛刺；

(13)对步骤(12)得到的阀芯进行淬火，以提高阀芯的硬度；

(14)对步骤(13)得到的淬火后的阀芯进行半精磨削，工艺余量为0.1-0.15mm；

(15)对步骤(14)得到的阀芯进行外轮廓离心光整，以倒钝棱边去除毛刺；

(16)对步骤(15)得到的阀芯进行精密磨削加工，外圆及工作边工艺余量为0.01-0.02mm；

(17)对步骤(16)得到的阀芯进行柔性砂轮抛光，得到外表面处理后的阀芯。

所述的步骤(11)中，阀芯材料为440c不锈钢，车铣机加工后阀芯的外圆及工作边预留0.2-0.3mm加工余量；

所述的步骤(12)中，外轮廓离心光整方法使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50-60hz、光整时间20-30min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％-7％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％-2％，油酸的质量浓度为10％-12％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％-5％，磷酸钠的质量浓度为0.8％-1％；

所述的步骤(14)中，半精磨削后阀芯的外圆及工作边预留0.1-0.15mm加工余量；

所述的步骤(15)中，进行外轮廓离心光整时使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50-60hz、光整时间20-30min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％-7％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％-2％，油酸的质量浓度为10％-12％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％-5％，磷酸钠的质量浓度为0.8％-1％；

所述的步骤(16)中，精密磨削加工后阀芯的外圆预留0.01-0.02mm加工余量，工作边预留0.01-0.02mm加工余量；

所述的步骤(17)中，进行柔性砂轮抛光时，砂轮背吃刀量0.03-0.05mm，采用走刀磨削方法，磨削时间10-12min，砂轮选用100-120目绿碳砂轮。

对阀套的内、外表面处理方法的步骤包括：

(21)采用车铣机加工的方式按照阀套的结构设计要求加工阀套，在进行车铣机加工时留有工艺余量，外圆工艺余量为0.2-0.3mm；

(22)采用外轮廓离心光整方法对步骤(21)得到的阀套进行表面光整和去除毛刺；

(23)对步骤(22)得到的阀套先进行轴向通孔挤压珩磨，然后进行淬火，以提高阀套的硬度；进行轴向通孔挤压珩磨的目的是为了去除径向圆孔与轴向通孔的相交部位产生的毛刺；

(24)对步骤(23)得到的淬火后的阀套进行磨削，尺寸达图；

(25)对步骤(24)得到的阀套进行外轮廓离心光整，以倒钝棱边去除毛刺；

(26)对步骤(25)得到的阀套进行精密加工；

(27)对步骤(26)得到的阀套进行电化学抛光，得到处理后的阀套。

所述的步骤(21)中，阀套材料为440c不锈钢，车铣机加工后阀套的外圆预留0.2-0.3mm加工余量，轴向通孔加工预留0.1-0.15mm的加工余量；

所述的步骤(22)中，外轮廓离心光整方法使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50-60hz、光整时间20-30min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％-7％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％-2％，油酸的质量浓度为10％-12％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％-5％，磷酸钠的质量浓度为0.8％-1％；

所述的步骤(23)中，轴向通孔挤压珩磨时的工作压力为7-9mpa，磨料为150-200目，加工时间5-6min；

所述的步骤(24)中，半精磨削后阀套的外圆尺寸与图纸要求一致，轴向通孔采用珩磨加工，余量0.01-0.02mm；

所述的步骤(25)中，进行外轮廓离心光整时使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50-60hz、光整时间20-30min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％-7％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％-2％，油酸的质量浓度为10％-12％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％-5％，磷酸钠的质量浓度为0.8％-1％；

所述的步骤(26)中，进行精密加工是指：轴向通孔采用研磨加工方法，工艺余量为0.002mm，线切割加工径向方孔，要求径向方孔与通孔相交部位保持尖边，禁止倒钝；

所述的步骤(27)中，进行电化学抛光时，抛光液的溶质包括硫酸氨和柠檬酸，溶质为水，硫酸氨的质量浓度为2％-3％，柠檬酸的质量浓度为0.2％-0.3％，抛光时间为3-4min，抛光温度为85-90℃。

有益效果

(1)本发明了一种偶件光整工艺方法(工艺流程)。该方法(工艺流程)主要针对零件精密加工过程，在各工序间加入了不同的去毛刺工艺方法，每种工艺方法均根据零件结构以及尺寸精度等特点使用加工参数，即通过多种去毛刺方法的组合最终实现偶件去除毛刺的目的。

(2)采用本工艺方法之前，阀芯阀套在生产过程中均由操作人员手工去除毛刺，加工效率低，毛刺去除质量一致性差，零件的报废率高。采用该方法后，各序去毛刺过程中均由工艺方法及工艺参数保证毛刺去除效果，质量一致性与加工效率、零件合格率均得到了提高。

附图说明

图1为滑阀副偶件(阀芯、阀套)结构示意图。

具体实施方式

阀芯阀套零件加工时在特定工步实施光整去毛刺工序，由粗到精实现逐级去除毛刺的效果，最终保证滑阀副偶件无毛刺残留。

(1)阀芯零件轮廓光整工艺流程及方法

该方法流程：阀芯形状加工→外轮廓离心光整(工序一)→淬火→半精加工→外轮廓离心光整(工序二)→精加工→柔性砂轮抛光(工序三)→总检

工艺参数：

工序一：阀芯材料440c不锈钢、阀芯车铣加工后外圆及工作边预留0.2mm精加工余量、磨料采用碳化硅小球、设备运转频率50hz、加工时间20min、磨液浓度20％(磨液成分：三乙醇胺5％、十二脘基苯磺酸钠1％、油酸12％、油酸硝酸钠5％、磷酸钠0.8％)。

工序二：阀芯材料440c不锈钢、阀芯淬火后半精磨后外圆及工作边预留0.1mm精加工余量、磨料采用碳化硅小球、运转频率50hz、加工时间30min、磨液浓度10％(磨液成分：三乙醇胺5％、十二脘基苯磺酸钠1％、油酸12％、油酸硝酸钠5％、磷酸钠0.8％)。

工序三：阀芯半精磨削后外圆预留0.01-0.02mm精磨余量，工作边预留0.01-0.02mm精磨余量，砂轮背吃刀量0.05mm，采用走刀磨削方法，磨削时间10min，砂轮选用100目绿碳砂轮。

(2)阀套轮廓及内腔交叉孔光整工艺流程及方法

该方法流程：阀套形状加工→外轮廓离心光整(工序一)→内孔挤压珩磨(工序二)→淬火→半精加工→外轮廓离心光整(工序三)→精加工→电化学抛光(工序四)→总检

工艺参数：

工序一：阀套材料440c不锈钢、阀芯车铣加工后外圆及工作边预留0.2mm精加工余量、磨料采用碳化硅小球、设备运转频率50hz、加工时间20min、磨液浓度20％(磨液成分：三乙醇胺5％、十二脘基苯磺酸钠1％、油酸12％、油酸硝酸钠5％、磷酸钠0.8％)。

工序二：阀套材料440c不锈钢，内孔预留0.1mm精加工余量，工作压力7mpa、磨料150目、加工时间5min。

工序三：阀套材料440c不锈钢、外圆精磨达图纸要求尺寸下差、磨料采用碳化硅小球、设备运转频率50hz、加工时间30min、磨液浓度10％(磨液成分：三乙醇胺5％、十二脘基苯磺酸钠1％、油酸12％、油酸硝酸钠5％、磷酸钠0.8％)。

工序四：阀套材料440c不锈钢，外圆达图纸尺寸下差，内孔预留0.002mm精加工余量，抛光液浓度2％，加工温度85℃，加工时间3min。

实施例

一种不锈钢材料伺服阀滑阀副偶件表面处理方法，滑阀副偶件包括阀芯和阀套，阀套上带有径向圆孔、径向方孔和轴向通孔，轴向通孔用于与阀芯相配合，如图1所示；

该方法包括对阀芯的外表面的处理方法和对阀套的内、外表面处理方法，其中，对阀芯的外表面处理方法的步骤包括：

(11)采用车铣机加工的方式按照阀芯的结构设计要求加工阀芯，在进行车铣机加工时留有工艺余量，工艺余量为0.2mm；

(12)采用外轮廓离心光整方法对步骤(11)得到的阀芯进行表面光整和去除毛刺；

(13)对步骤(12)得到的阀芯进行淬火，以提高阀芯的硬度；

(14)对步骤(13)得到的淬火后的阀芯进行半精磨削；

(15)对步骤(14)得到的阀芯进行外轮廓离心光整，以倒钝棱边去除毛刺；

(16)对步骤(15)得到的阀芯进行精密磨削加工；

(17)对步骤(16)得到的阀芯进行柔性砂轮抛光，得到外表面处理后的阀芯。

所述的步骤(11)中，阀芯材料为440c不锈钢，车铣机加工后阀芯的外圆及工作边预留0.2mm加工余量；

所述的步骤(12)中，外轮廓离心光整方法使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50hz、光整时间20min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％，油酸的质量浓度为10％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％，磷酸钠的质量浓度为0.8％；

所述的步骤(14)中，半精磨削后阀芯的外圆及工作边预留0.1mm加工余量；

所述的步骤(15)中，进行外轮廓离心光整时使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50hz、光整时间20min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％，油酸的质量浓度为10％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％，磷酸钠的质量浓度为0.8％；

所述的步骤(16)中，精密磨削加工后阀芯的外圆预留0.01mm加工余量，工作边预留0.01mm加工余量；

所述的步骤(17)中，进行柔性砂轮抛光时，砂轮背吃刀量0.03mm，采用走刀磨削方法，磨削时间10min，砂轮选用100目绿碳砂轮。

对阀套的内、外表面处理方法的步骤包括：

(21)采用车铣机加工的方式按照阀套的结构设计要求加工阀套，在进行车铣机加工时留有工艺余量，工艺余量为0.2mm；

(22)采用外轮廓离心光整方法对步骤(21)得到的阀套进行表面光整和去除毛刺；

(23)对步骤(22)得到的阀套先进行轴向通孔挤压珩磨，然后进行淬火，以提高阀套的硬度；进行轴向通孔挤压珩磨的目的是为了去除径向圆孔与轴向通孔的相交部位产生的毛刺；

(24)对步骤(23)得到的淬火后的阀套进行半精磨削；

(25)对步骤(24)得到的阀套进行外轮廓离心光整，以倒钝棱边去除毛刺；

(26)对步骤(25)得到的阀套进行精密加工；

(27)对步骤(26)得到的阀套进行电化学抛光，得到处理后的阀套。

所述的步骤(21)中，阀套材料为440c不锈钢，车铣机加工后阀套的外圆预留0.2-0.3mm加工余量，轴向通孔加工预留0.1mm的加工余量；

所述的步骤(22)中，外轮廓离心光整方法使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50hz、光整时间20min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％，油酸的质量浓度为10％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％，磷酸钠的质量浓度为0.8％；

所述的步骤(23)中，轴向通孔挤压珩磨时的工作压力为7mpa，磨料为150目，加工时间5min；

所述的步骤(24)中，半精磨削后阀套的外圆尺寸与图纸要求一致，轴向通孔采用珩磨加工，余量0.01mm；

所述的步骤(25)中，进行外轮廓离心光整时使用外轮廓离心光整设备进行，外轮廓离心光整设备的磨料采用碳化硅小球，外轮廓离心光整设备的运转频率50hz、光整时间20min，磨液的溶质包括三乙醇胺、十二脘基苯磺酸钠、油酸、油酸硝酸钠和磷酸钠，溶剂为水，三乙醇胺的质量浓度为5％，十二脘基苯磺酸钠的质量浓度为1％，油酸的质量浓度为10％，油酸硝酸钠的质量浓度为4％，磷酸钠的质量浓度为0.8％；

所述的步骤(26)中，进行精密加工是指：轴向通孔采用研磨加工方法，工艺余量为0.002mm，线切割加工径向方孔，要求径向方孔与通孔相交部位保持尖边，禁止倒钝；

所述的步骤(27)中，进行电化学抛光时，抛光液的溶质包括硫酸氨和柠檬酸，溶质为水，硫酸氨的质量浓度为2％，柠檬酸的质量浓度为0.2％，抛光时间为3min，抛光温度为85℃。

阀芯阀套零件经过该工艺方法表面光整与去毛刺处理后，进行以下测试：

1、尺寸复测：

阀芯外圆采用杠杆千分尺比较测量，测量精度0.1μm；阀套通孔采用气动测量仪测量，测量精度0.1μm，复测后要求各尺寸满足图纸要求，同时满足阀芯与阀套间隙3-5μm

2、去毛刺质量检查

将阀芯阀套放置在超景深显微镜下放大100倍检查，要求阀芯外圆倒钝r0.1、工作边保持锐边无毛刺；阀套径向圆孔倒钝r0.1，径向方孔与通孔相交部位保持锐边。

以上两个验证合格后产品方可进行装配，目前该工艺方法已应用于阀芯与阀套的生产中。