空调四通阀端孔及内平面加工专机研制.pdf

空调四通阀端孔及内平面加工专机研制 吕晓天① 刘 中华① 应 申舜② 林绿高① ① 浙江缙云高新机械制造有限公 司， 浙江 缙云 3 2 1 4 0 4； ② 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室， 浙江 杭州 3 1 0 0 3 2 摘要 设计 了一种新型的空调专用四通阀端孔及内平面／ j - r 的专用机床 ， 该专用机床集成挤光与拉削的加 工工艺 ， 并实现 自动上下料。首先 ， 介绍 了四通阀工作原理 ； 然后 ， 分析 了四通阀挤光和拉削加工工 艺特点 ， 在此基础上 ， 设计了该挤光拉削一体化加工专机的机械结构 ； 接着分析 了其工作原理 ， 并以 底座为例 。 介绍了关键零部件的设计方法 ； 最后给出了应用研究。应用结果表明 ， 该四通阀加工专机 工作可靠 ， 结构简单 ， 自动化程度高， 便于维修、 调整 ， 可有效提高劳动生产率。 关 键词 四通 阀挤 光拉 削 空调专机 中图分类号 T P 2 4 2 文献标识码 A De v e l o p me n t o f a c u s t o mi z e d e q u i p me n t s u i t a b l e t o e n d i n g h o l e a n d ； n t e r i o r p l a n e p r o c e s s i n g o f f o u r wa y v a l v e i n a i r c o n d i t i o n e r LV Xi a o t i a n ，LI U Z ho n g h u a ，YI NG S h e ns h u n ，LI N L v g a o J i n y u n G a o x i n Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u r e C o ． ， L t d ． ， J i n y u n 3 2 1 4 0 4 ，C HN； ②Mi n i s t ry o f E d u c a t i o n K e y L a b o r a t o ry o f S p e c i a l P u r p o s e E q u i p me n t a n d A d v a n c e d P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ， Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， H a n g z h o u 3 1 0 0 3 2， C H N Abs t r a c t Th i s p a p e r pr e s e n t s t h e c us t o mi z e d e q u i p me n t s u i t t a b l e t o e n di ng h o l e a n d i n t e r i o r pl a n e p r o c e s s i n g o f f o u r -wa y v a l v e s， t h e c u s t o mi z e d e q u i p me n t i n t e r g r a t e s pr o c e s s i ng f u nc t i o ns i n c l u di n g b u r n i s h i n g，b r o a c - h i n g，a u t o ma t i c wo r k p i e c e l o di ng a n d u n l o a d i n g．Th e o p e r a t i n g pr i n c i p l e o f f o ur -wa y v a l v e s i s fi r s t l y p r e s e n t e d；Th e n，t h e b r o a c hi n g p r o c e s s a nd b u r n i s hi n g p r o c e s s a r e r e s pe c t i v e l y a n a l y z e d，o n t hi s ba s i s ， t h e b a s i c s t r u c t u r e o f t h e c us t o mi z e d e q u i p me n t t h a t i n t e g r a t i ng b u r n i s hi n g a n d b r o a c h i n g p r o c e s s i s de - s i g n e d． I t s o pe r a t i n g p r i n c i p l e i s t h e n p r e s e n t e d，t a k e t h eu n d a t i o n f o r e x a mp l e，d e s i g n s me t h o d o f t h e k e y c o mpo n e n t s o f t he c us t o mi z e d e q u i p me n t i s p r e s e nt e d；I n t h e e nd，t h e a p p l i c a t i o n o f t h e e q u i p me n t i s p r o s p e c t e d．Pr a c t i c a l a p p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e c u s t o mi z e d e q u i p me n t i s r e l i a b l e，h a s s i mp l e s t r u t t u r e a n d h i g h d e g r e e a u t o ma t i z a t i o n．I n a dd i t i o n，i t e n s u r e s e a s y ma i n t e n a n c e s a n d c l e a n n e s s，c a n e f - f e c t i v e l y i mp r o v e t h e pr o du c t i v i t y o f f o u r wa y v a l v e ． Ke y wor dsFo u r -wa y Va l v e；Bu r n i s h i n g；Br o a c h i ng；Ai r Co n d i t i o n e r ；Cus t o mi z e d Eq u i p me n t 随着人们生活水平 的 1 3 益提高 ， 空调 已成为现代 家庭不可缺 的家用电器设备 。空调四通阀是空调重要 部件 ， 用量很大 。其性能对空调影 响很大 ， 很多文献对 此进了研究 ， 如劳特斯空调 江苏 有 限公司对多例 四 通阀损坏 尤其是用 涡旋压缩机 的空调机组 原 因进 行剖析 ， 总结 了一些 四通 阀损坏原 因， 并提出改进设计 方案 。上海交 大设计 了一套空 调用双稳态 四通 阀 性能匹配测试系统 j ， 可对 双稳态 四通阀的驱动 与控 制 ， 同时对 四通阀线圈 电阻 、 外接电阻、 线圈工作 电压 和电流等匹配参数进行实时测量 与分析。结果表明 ， 该测试系统很好地实现了对双稳态 四通阀各项性能指 标的测量 ， 以及对故 障的初步判别 ， 具有结构简单 ， 工 作可靠 ， 使用方便 ， 测量精度高等特点。此外 ， 上海交 大还研究了四通换向阀对家用热泵空调系统性能的影 响 ， 热泵四通换 向阀容 量实验台的研 制 ， 空调 四 通换 向阀封 头失 效分析 j 。南京理工 大学对 空调用 浙江省重大科技专项 2 0 1 1 C 1 1 0 6 6 ； 浙江省 自然科学基金 Y1 1 1 0 9 5 3 ； 科技型中小企业技术创新 基金 0 8 C 2 6 1 1 3 3 0 0 8 0 4 6 9 设计与研究 D e s ig n a nd R e s e a rc h 四通换 向阀的1 二 作特性和换 向性能分析 。天津焊 接研究所研制了空调四通换 向阀成套焊接专机[ 。 以上研究有效促进 了空调四通阀的制造 、 测试 、 焊 接及加工水平。由于四通阀内与活塞及滑块配合面处 的尺寸和表面质量精度要求高， 如图 1 所示 ， 其加工装 备和加lT丁艺的研究非常重要。 目前， 许多加 _ I 厂家 通常采用挤光及拉削分离的方法完成 ， 生产中还是采 用手工模式， 即一人看一台机器 ， 人工送料 ， 这种生产 模式生产效率很低 ， 既浪费劳动力也会让工人很疲倦 ， 而且人T送料会产生累积误差， 并且整个加工工艺对 工人操作熟练程度要求高 ， 且劳动强度大 。针对生产 现况 ， 本文研发了空调四通 阀阀端孑 L 及 内平面一体化 加工专机 ， 并将人工上下料改为人工喂料 ， 机械手上下 料 ， 从而降低工人的劳动强度， 并采用一挤光两拉削组 合的加工工艺形式 ， 合理分配加工时间， 提高了生产效 率 剖面A-A Il 挤 光 位 图1 阀体零件 图 1 四通 阀挤光与拉 削加工工艺分析 1 ． 1 四通 阀工作 原理 四通换向的基本条件是活塞两端的压力差 F。 一 必须大于摩擦阻力．厂 ， 否则 ， 四通 阀将不会换 向。换 向 所需的最低动作压力差是靠系统流量来保证的。当左 右活塞腔的压力差大于摩擦 阻力 厂时， 四通 阀换 向开 始 ， 当主滑阀运动到中间位置时 ， 四通阀的三条接管相 互导通 ， 压缩机排 出的冷媒从 四通 阀接管直 接通 出 压缩机回气 口 ， 使压力差快速 降低 ， 形成 瞬时串气 状态 中间流量状态 。此时 ， 若压缩机的排气流量远 大于四通阀的中间流量 ， 便可 以建立足够大的换 向压 力差而使 四通阀换向到位 ； 反过来 ， 若压缩机 的排气量 小于四通 阀的中间流量， 则四通 阀换向所需 的最低动 作压力差便不能建立 ， 即 ， 一 厂 ， 四通阀不能继续换 向而停在中间位置， 形成串气 。 1 ． 2挤光 工艺分 析 四通阀两端孔是活塞的配合面， 尺寸精度要求高 ， 表面粗糙度 R 的上限值 为 0 ． 4 m， 要 想获得 高的表 面质量可采用传统的磨削加工工 艺， 但磨 削加工后在 工件 的表面会留下微细的凹凸不平的刀痕 ， 直接会影 响到四通阀装配后的使用后果 ， 影 响四通阀的换 向效 果 ， 而且四通阀零件两端孑 L 壁簿 ， 夹持易变形 ， 不宜采 用磨削加工。挤光加工是利用机械挤压 的原理 ， 获得 光洁如镜的金属表面的一种加工方法 ， 是一种无切屑 加工， 它可 以将工件表面的不平度辗平而达到改变表 层结构 、 机械特性 、 尺寸 的要求 ， 兼融 了高效 、 优质 、 经 济 、 环保 、 方便 、 安全的特点 ， 是别的机加工方式无法做 到的。在挤光加工时， 只需将工件置于工件定位座上 ， 无需夹紧， 两挤光头只需通过两挤光油缸驱动即可完 成 ， 整个结构简单 、 紧凑 ， 制作方便 。 1 ． 3 拉 削工 艺分析 四通阀的内平面是滑块的配合面 ， 加T后的表面 粗糙度 的上 限值 为 0 ． 8 m， 平 面度要 求不 大于 0 ． 0 5 m m， 尺寸精度和表面质量也对 四通 使用过程 中的换向效果起着关键性的作用 。为了完成 内平 面的 加工 ， 本专机中采用了拉削加T。 艺。拉削加T的特 点是运动简单 ， 只有一个主运动， 而进给运动是依靠拉 刀刃齿的齿升量来完成的， 具有生产率高 ， 一次拉削行 程就可完成粗加T 、 精加工． T 二 序， 并具有加上精度和表 面质量高的特点 ， 而且也具有加工成本低的特点 。 2 挤光拉 削一体化加工专机设计 2 ． 1 专机 结构设 计 专机如图2所示 ， 主要包括 底座部分 、 挤光部分 、 拉削部分 、 机械上下料部分 、 输送带部分 、 电气控制系 统 、 气动控制系统 、 液压控制系统 、 冷却排屑系统 、 操纵 按钮系统。挤光部分与拉削部分分别安装于底座上表 面 ， 并呈品字形排列 ， 机械上下料部分架于挤光部分和 送料部分上方 ， 电气控制 系统位于底座 内部 的控制箱 内， 气动控制系统位于机械上下料部分后侧 ， 液压控制 系统位于机床左侧 ， 冷却系统位于机床后侧 ， 人工喂料 处在机床的左后侧 ， 操纵按钮安装于机床的右上位 ， 通 过操纵按钮系统可进行各种动作循环 的操作 ， 机床应 用 了机 、 电、 液一体化技术 ， 结构紧凑 ， 布局合理。 2 ． 2 挤光拉削一体化工作原理 本专机将挤光 、 拉削T艺整合于同一台机床上， 将 挤光 、 拉削的效能充分地进行了发挥。结合 2对专 麓 。 I| 一j． 0 cu 1 0平弗q删 机的工作循环作一介绍。在操作位 1处 ， 操作工将工 件置于上料输送带 2上 ， 随着电动机驱动 ， 四通阀运行 到位 ， 行程开关到位检测 ， 反馈于挤光上料部分 3进行 夹持工件 ， 夹持的工件通过气动系统指令放入挤光部 分 9 ， 挤光上料部分 3返 回原位 ， 此 时挤光部分 9开始 动作 ， 挤光完成后 ， 一组分料部分 4上配置的两组气爪 将工件分别从挤光位与送料位抓起 ， 向上移动并平移 ， 将一工件放人送料位 ， 另一工件放人下料输送带 6位， 通过送料部分 1 1 ， 一工件送进拉 削部分 8导套 内， 拉 削动作开始 ， 另一工件随着下料输送带 6流人下道工 序 ， 与此同时 ， 挤光上料部分 3开始动作 ， 回到初始的 动作 ， 如此周而复始 ， 在 一台机床上完成一挤光 、 两拉 削的动作循环。 l 一操作位 ；2 一上料输送带 ； 3 一挤 光上料 部分 ；4 一分料部分 ； 5 一冷却排屑 系统 ；6 -- ．F 料输送带 ；7 一操纵按扭 系统 ；8 一拉 削部分；9 一挤光部分；1 O 一底座；l 1 一送料部分；l 2 一电气 控制系统；1 3 一气动控制系统；1 4 一液压控制系统。 图2 专机 总体 图 2 ． 3关键零部件设计 专机加工节拍 为每 1 2 s 2件 ， 在设置气动部分 的 动作分配时间时， 通常将送料气缸 、 气爪等用 时为 0 ． 5 s 、 0 ． 2 s内。在本 专机中共有 2 4组气缸 ， 2组拉 削油 缸 ， 一对挤光油缸 ， 挤光 动作 、 拉削动作 、 气缸送料 、 夹 爪夹持工件的动作相互 穿又 ， 由于动作快速 、 频繁 ， 故 应保证整机有 足够 的刚性 ， 否 则会引起整机 的振动 。 作为支承件的底座的合理设计是专机设计的重要环节 之一 ， 底座在整台机床中起着关键性 的作用 ， 底座的设 计既要满足承受动 、 静载荷 的要求 ， 又要满足相关零部 件的安装连接要求 ， 同时又要保证排屑通畅， 并满足专 机占地空间小的需求。 ； u J o 平 昂q删 D e s ig n a n d R 黜a 『c h 设计与研究 结合图 2所示 ， 底 座 l 0为一框架式焊接结构 ， 主 体采用空管焊接而成 ， 在底座框架上表面铺设一层钢 板 ， 为有足够的的刚性 ， 钢板与空管为满焊焊接 ， 以形 成一整体式结构 ； 结合生产实际和装配水平 ， 为保证底 座的加工精度 ， 降低成本 ， 并便 于装配 ， 在钢板上表 面 焊接有安装平板 ， 平板呈品字形排布 ， 从而减小了加工 面积 ， 使安装于其上的挤光部分 、 拉削部分接触 良好 ， 最终保证了装配精度 ， 也 即保证各部件 间的相互位置 精度和运动精度。在底座的正前部 ， 设置了电线柜 ， 将 所有的电源线置于电线柜 内， 一方面将走线布局得更 加合理 ， 另一方面节省 了整机的占地空间。工件在加 工过程 中为获得好 的加工精度和表面粗糙度 ， 充分地 冷却和顺畅地排屑也是非常重要 的一个方面， 由此须 在底座上设置有冲屑管道 ， 在工件进人导套位与拉刀 出口上方排布着冲屑管 ， 设有排屑通道 ， 通道采用簿板 焊接而成 ， 并成 1 5 。 倾斜 布置 ， 使切屑顺利排 出， 不至 于堆积于拉削位 、 送料位的导轨上 ， 从而延长了导轨的 使用寿命 。 3 结语 此专机经过一段时间的运行 ， 使用效果反映 良好。 它的使用， 减轻了工人的劳动强度， 且运行平稳 、 安全 、 高效 ， 便于操作 ， 生产效率大大提高。 参考文献 [ I ] 李苏 ． 热泵空调 四通 阀损坏分析及 设计改进 [ J ] ． 制冷 与空调 ， 2 0 0 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