滑阀偶件加工工艺
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2256页（16969字）
电液伺服阀中，阀芯和阀套称为滑阀偶件，也可称为滑阀液压放大器。它是靠阀芯和阀套之间的轴向相对运动改变节流孔面积，对液流进行控制，从而达到控制执行机构的目的。
滑阀偶件是电液伺服阀中最重要的部件之一，其制造精度特别是阀芯与阀套的配合间隙、节流工作边的尺寸和形状以及它们的相互位置等精度直接影响到伺服阀流量曲线的线性度、压力增益、滞环、分辨率、重叠量、内漏等性能，也会影响伺服阀的使用寿命。
(1)滑阀偶件的结构特点及技术要求
典型圆柱滑阀偶件的结构见图37．8－2。小流量伺服阀都采用矩形节流窗口。有些小流量的伺服阀也有不用阀套而直接将节流窗口开在壳体上的，见图37．8－3。
图37．8－2 典型圆柱滑阀偶件结构图
图37．8－3 无阀套滑阀偶件结构图
滑阀偶件的技术要求见表37．8－1。
表37．8－1 滑阀偶件的技术要求 单位：μm
(2)阀套加工工艺过程
图37．8－4为四通断续节流窗口阀套。图37．8－5为全周边(内环槽)节流窗口阀套。其内孔与阀芯配套，保证间隙0．001～0．003mm；其外圆与壳体配套，保证间隙0．001～0．003mm；表面H与内孔B相交处去毛刺保留锐边(R不大于0．005mm)；图37．8－4中16个矩形孔宽度b相差不大于0．01mm；同一个H面上4个矩形孔工作边的位置度公差(通常习惯叫共面度)0．002mm。
图37．8－4 四通断续节流窗口阀套
图37．8－5 全周边(内环槽)节流窗口阀套
阀套内孔直径一般为Φ4～19mm，深径比L／D为7～12。阀套外圆与壳体一般采用间隙密封，也有采用过盈量很小(过盈量为0．002mm)的过盈配合，或者采用橡胶圈密封。采用橡胶圈密封时可适当加大配合间隙，但对胶圈槽的制造有严格的尺寸和粗糙度要求。
这两种最常见阀套的典型加工工艺过程见图37．8－6。
图37．8－6 阀套加工工艺过程
(3)阀套主要加工工艺及工艺难点分析
A．阀套的材料及其对工艺过程的影响
电液伺服阀阀套材料应具有耐磨性、线膨胀系数小、尺寸稳定等特点。目前多采用Cr12MoV、GCr15、9Cr18Mo等高合金工具钢、轴承钢。这些材料都存在有较严重的碳化物偏析，材料中的硬质点在粗加工时加剧了刀具的磨损及切削应力的产生，在精加工时易出现磨削裂纹及崩边掉块等缺陷，严重地影响产品质量。为了克服碳化物偏析的不利影响，可对原材料进行反复锻打、拉拔，以提高碳化物分布的均匀性。对于Cr12MoV，一般都要求原材料共晶碳化物不均匀度达到Ⅰ组电渣钢的指标。
阀套加工过程中需多次进行热处理，以便提高硬度、稳定尺寸、减少变形。热处理工序一般作如下安排：加工前进行调质处理，HRC26～30，改善其金相组织，减小淬火后的裂纹和变形；半精加工后采用真空淬火，HRC58～62，真空淬火可以使零件变形小，已加工表面不产生氧化皮；真空淬火后工件立即进行冰冷处理，使淬火后残余奥氏体数量减少，材料组织稳定，加工及使用过程中变形小；精加工中间进行人工时效处理，消除切削应力；配套加工前再进行一次高低温稳定化处理，以消除精加工过程的微量变形，进一步稳定组织，减少变形。这样可使阀套在配磨、配研后得到稳定的很高的尺寸精度和形状位置精度。
B．阀套内孔加工工艺
阀套内孔属细长孔，其深径比大，精度要求高。加工时所用的刀杆、砂轮杆、研磨杆等均属细长杆，其刚性差，不能承受较大的切削力，很容易弯曲变形和磨损，此外，阀套内孔壁有很多径向圆孔、方孔或环槽，给内孔的精加工增加了难度，因此阀套内孔往往成为阀套加工的关键之一。其加工工艺从粗加工开始就必须严格控制。
阀套内孔的加工方法多种多样。工件淬火前通常采用麻花钻头钻孔、镗孔、铰孔或用枪钻钻孔。淬火后则可采用内孔磨削、珩磨、研磨；也可采用电火花内圆磨削、金刚石研具研磨。最后再用研磨棒研孔。
阀套淬火前内孔各种加工方法见表37．8－2。淬火后内孔各种加工方法见表37．8－3。按生产批量大小，阀套内孔加工方法的选择见表37．8－4。
表37．8－2 阀套淬火前内孔各种加工方法
图37．8－7 圆片浮动镗刀
图37．8－8 大螺旋角铰刀
图37．8－9 枪钻
表37．8－3 阀套淬火后内孔各种加工方法
图37．8－10 内圆磨削简图
图37．8－11 电火花内圆磨削简图
图37．8－12 不可调整体研磨棒
图37．8－13 电镀金刚石研具
表37．8－4 阀套内孔加工方法的选择
C．阀套矩形孔加工工艺
阀套矩形孔(以下简称方孔)作为节流窗口，其尺寸精度和位置精度都要求相当高，特别是节流工作边有位置度、面积梯度和对阀套内孔的垂直要求，如图37．8－4所示。同一截面上的4个节流工作边的共面度(即位置度)为0．002mm，对内孔B的垂直度为0．002mm，16个矩形工作边的宽度b相差不大于0．01mm，因而方孔的加工一直是阀套加工的关键和难点。
目前阀套方孔的加工一般多采用电火花穿孔。也有采用电火花线切割加工的。用线切割加工出的方孔四个棱角有相当于钼丝半径的圆角，不易修整，因而很少采用。
电火花穿方孔的机床刚性要好，主轴与工作台的垂直精度和工作台的坐标精度要求在0．002mm以内，同时机床应有良好而稳定的动态品质。
电火花穿方孔的夹具应具有高精度的基准面、定位面以及使阀套转动方便而准确的分度机构。工件转动后，其轴向位置的变化量应不大于0．0005mm。
电火花穿方孔的电极应具有较高的形状位置精度要求。电极在下节D．中详细介绍。对电极的一般要求见表37．8－5。
表37．8－5 电火花穿方孔电极的一般要求
加工前安装好夹具，其基准面和定位面对机床主轴的垂直度以及对工作台纵向的平行度均应保持在0．001mm以内；安装工件时要仔细擦净定位面，工件放正后用压板轻轻压紧即可，电极固定在锥形轴套电极夹头上精磨好后不松开，连同锥形轴套电极夹头一起装入机床主轴并找正电极夹头上心轴基准面与工作台横向平行度不大于0．001mm。锥形轴套电极夹头见图37．8－14。电火花穿方孔加工示意图见图37．8－15。
图37．8－14 锥形轴套电极夹头
图37．8－15 电火花穿方孔示意图
在加工节流方孔前一般先用普通电极扩出较大的方孔，留出0．5mm厚度再加工节流方孔，见图37．8－16。这样不但可以提高加工效率，而且可大大减少节流方孔电极的损耗，从而提高节流方孔加工精度。
图37．8－16 扩方孔
节流方孔的加工一般分粗、精两次加工，也可分粗、半精、精三次加工。加工时按加工精度及粗糙度要求合理选择电参数。由于不同的电火花机床采用的脉冲电源各异，其电参数规范及匹配方式也不相同，通常先作大量的工艺试验，将优选的参数记录在工艺规程中。电参数选择是否合理，对加工效率及加工精度有很大影响。
加工中由于电极会损耗，穿第一个孔时在穿过孔后应再伸出0．5mm，在穿过第二个孔时电极应再多伸出0．5mm，见图37．8－17，以后依此类推，始终利用电极未放电的部分进行精加工修整，以便保证各工作边位置精度和使尺寸趋于一致。
图37．8－17 电极穿方孔深度
电火花加工节流方孔后应进行稳定化处理，在－70℃～－80℃的低温中放置2小时，然后在160℃温度中放置20小时，使工件充分消除加工应力。
用电火花加工节流方孔往往还不能保证节流工作边的共面度和面积梯度，这时可对方孔进行修研。电火花加工方孔的精度愈低，方孔研磨量愈大，修研时间愈长，因此电火花加工节流方孔时应尽量提高其加工精度，否则修研时间长，方孔节流工作边(锐边)易出现塌边现象，即工作边出现很小的圆弧或倒角，影响伺服阀性能。修研方孔的技术难度较大，应在专用夹具上用专用研具仔细修研。夹具和研具的精度要求都很高。图37．8－18是修研方孔的示意图，图中研具常采用铸铁或硬质合金条制造，在研具工作表面加工出能容纳研磨膏的斜槽，四条棱边保持锐边。研磨膏通常选用粒度为W3．5的氧化铬，修研过程中要随时进行测量检查。为提高研磨效率，也可采用电镀超硬磨料的研具进行研磨。
图37．8－18 修研方孔示意图
D．电火花穿方孔的电极
电火花穿方孔的电极材料多选用铜钨合金WCu20。这种材料在电加工中损耗小，但放置一段时间后会弯曲变形，因此用铜钨合金作电极时，精磨电极与加工方孔工序相隔时间不超过三小时。对尺寸小的方孔也可用硬质合金作电极。
方孔电极的结构设计见图37．8－19。加工工艺见表37．8－6。
图37．8－19 方孔电极结构设计图
表37．8－6 方孔电极的加工工艺
为节省电极材料，非工作部分用45钢与铜钨合金电极焊接而成。焊接后必须进行退火，以消除焊接应力。退火温度和时间选取530～600℃、2～2．4h。温度过高或时间过长都会引起铜钨合金的严重腐蚀。使电极四个棱边开裂，出现黄灰色WO3粉未，甚至电极被腐蚀而断裂，造成整批电极报废，见图37．8－20。电极粗磨后进行人工时效是为了消除加工应力，时效温度为150～180℃，时间为5～20h。
图37．8－20 电极退火后的腐蚀现象精加工用的电极制造精度很重要。它直接影响到节流孔的加工精度。电极又极易变形，其精度不容易保证，精磨时必须采取特殊措施和装夹方法，如图37．8－21所示，将待加工的电极装夹在锥形轴套电极夹头上，使电极的平面与夹头上心轴基准面平行；然后将夹头装入方铁锥孔中，找正心轴基准面(见图37．8－14)与方铁底面平行度不大于0．001mm，再用锁紧螺母固定；在平面磨床上精磨电极一个面后翻转方铁，精磨电极另一个面。方铁四个面相互平行度、垂直度以及对内锥孔轴线的对称度均在0．001mm之内。磨完电极四个面后方可松开锁紧螺母，将锥形轴套电极夹头取下，不松开电极，一起装到电火花机床的主轴中。
图37．8－21 电极精磨加工示意图
E．阀套内环槽加工工艺
全周边节流窗口阀套的内环槽作为节流窗口，其槽边是节流工作边(见图37．8－5)，因此它的加工工艺与节流方孔的加工同样成为加工的关键和难点。内环槽的加工方法有多种，参见表37．8－7。
表37．8－7 阀套内环槽加工方法
目前用电火花磨削内环槽是比较先进的一种精加工方法。热处理前粗车内环槽，槽边留磨削余量0．1～0．15mm，槽底因要求不高可不留磨削余量。为减少电火花磨削的切削量，使槽底清根，内环槽在节流工作边的一侧车成70°的斜角，见图37．8－22。
图37．8－22 阀套内环槽车削工序图
车内环槽时位置尺寸很难保证，测量不方便，可在车床上配置电器对刀装置及数显装置控制尺寸。淬火后对外圆进行半精加工，使其尺寸一致，以便作为电火花磨削时的定位基准。在专用的电火花机床上以外圆定位(见图37．8－23)，找正外圆，其跳动量应在0．002mm之内。用铜钨合金电极(见图37．8－24)先磨削内孔，接着磨削内环槽，使阀套内孔、内环槽一次装夹加工，以保持高的位置精度。由于加工时工件和电极均作旋转运动，因而增加了切削液的冲刷作用，可更快地带走熔融的金属微粒和表面氧化物，改善导电性，提高加工效率；电极的转动还可克服电极本身的制造误差、安装误差对加工精度的影响。
图37．8－23 电火花磨削内环槽示意图
图37．8－24 铜钨合金电极
由于电火花磨削加工精度高，节流工作边不需要研磨加工，即可保证尺寸精度、形状位置精度和表面粗糙度，因此改造旧设备，使加工过程实现数显化、数控化，使加工尺寸的控制实现自动化，有很大的技术经济价值。
(4)阀套内孔及工作边的测量
A．阀套内孔圆柱度的测量
阀套内孔圆柱度要求很高。目前测量圆柱度比较先进的方法是用形状测量仪测量，且可直接记录出圆柱度误差。但这种仪器价格昂贵，对环境要求严格，仅能在计量室内使用。生产现场则普遍采用气动量仪，分别测量内孔的圆度(椭圆度)、锥度和轴线的直线度来综合确定其圆柱度；也有的用圆度仪测量多个截面的圆度和尺寸后经综合计算确定圆柱度。不少工厂习惯用直线度量规进行测量，但这种方法要准备很多分档很细的精密塞规，测量时比较烦琐，且测出的只是内孔的最小孔径，不能确定真实的形状偏差。
B．阀套工作边的测量
阀套节流工作边的测量大多在万能工具显微镜上进行，如图37．8－25所示，将阀套安装在万能工具显微镜的两顶尖之间。其中一顶尖为特殊空心顶尖，可引入导线。将小灯泡置于内孔中靠近孔壁处并相对工作台固定，用遮盖板挡住底光，用小灯泡作为上光源测量节流工作边。测量时纵向移动工作台，灯泡随之沿阀套轴向移动，调整到节流工作边得到最清晰的影像。缓慢转动阀套一周，转动过程中如节流工作边影像不清晰则纵向移动工作台，使图像保持清晰。一周中工作台纵向位移的差值即阀套节流工作边对阀套孔轴线的垂直度误差；如果测方孔节流工作边，此值也是各节流工作边的共面度误差。同样，纵向移动工作台可测出A、B、C的实际尺寸。
图37．8－25 用万能工具显微镜测量节流工作边示意图
对方孔节流阀套，其节流工作边的位置尺寸和共面度的测量也可在精密平台上用千分表测量(见图37．8－26)，或用带数显表的精密高度尺进行测量。由于方孔过小，测量杆端部小球有一定直径，不可能测到节流工作边的棱边和两侧的根部，因而比不上用万能工具显微镜测量得准确。
图37．8－26 千分表测量工作边示意图
节流工作边轴向位置尺寸A、B、C在配磨阀芯时可用气动流量测量法测量，使阀芯上相应的尺寸A、B、C精磨到设计要求的重叠量。
(5)阀芯加工工艺过程
典型阀芯见图37．8－27，其外圆d与阀套内孔配磨，保证间隙0．001～0．003mm；四个台肩工作边的轴向位置尺寸A、B、C与阀套上相应的节流工作边配磨，保证重叠量要求；反馈槽两侧面F与反馈杆小球配套，保证配合间隙0～0．0015mm；外圆和槽的形状位置精度(见图37．8－27)也都很严格，使阀芯的加工存在较大的难度。阀芯典型加工工艺过程见图37．8－28。
图37．8－27 阀芯
图37．8－28 阀芯加工工艺过程
(6)阀芯主要加工工艺及分析
阀芯的材料选择及热处理工序安排与阀套相同，阀芯的加工关键是外圆和工作边的配套加工。
A．阀芯中心孔加工工艺
阀芯中心孔作为工艺定位基准，其加工精度直接影响到阀芯外圆、台肩和槽的加工精度，在加工过程中往往按需要进行多次修整。一般在热处理淬火后用中心孔磨床修磨中心孔，其圆度在0．5μm以内，粗糙度为Ra0．32μm，两端中心孔要在同一轴线上；在配磨前将中心孔圆度仔细修研到0．2μm以内，粗糙度为Ra0．1μm，才能保证配磨阀芯的精度。
B．阀芯中槽及均压槽加工工艺
阀芯的反馈槽(简称中槽)宽为0．8±0．002mm，两侧面F对外圆d的垂直度为0．0004mm，对工作边A尺寸的对称度为0．025mm，表面粗糙度为Ra0．4μm，与反馈杆小球配合，应保证间隙0～0．0015mm(或0～0．0015mm过盈)。中槽的加工难度大，其加工过程如下：
淬火前车出或铣出0．3～0．5mm的中槽；淬火后粗磨中槽，两侧面F各留精磨余量0．01～0．04mm，对D基准(尚有余量)的对称度为0．03mm，粗糙度为Ra0．8μm，热处理时效后精磨中槽达到最终尺寸、对称度和粗糙度的要求；与反馈杆小球的配套间隙最后由配研小球达到。
粗磨中槽选60#～80#粒度的白刚玉砂轮，精磨中槽选用W63～W40粒度的棕刚玉砂轮。先用砂轮修正器修出初形，然后凭工人经验再用手工精修，其宽度为0．6～0．65mm，砂轮两侧修出1°～2°的侧后角，见图37．8－29。砂轮修正的几何形状好，可使磨出的中槽精度高、易清根。修整砂轮时以及磨削过程中要特别谨慎，避免砂轮破碎。
图37．8－29 磨阀芯中槽砂轮
采用电镀金刚石或立方氮化硼砂轮(见图37．8－30)磨削阀芯中槽可大大提高工作效率。这种砂轮耐用度高，不需修整可连续使用很久，既方便又安全，但砂轮尖边处电镀质量不好，使磨出的中槽不易清根，表面粗糙度一般只达到Ra0．5μm，往往需要留0．005μm左右的余量，再用W63～W40粒度的棕刚玉砂轮精磨一次。
图37．8－30 电镀超硬磨料砂轮
阀芯中槽的宽度一般用分档块规测量，块规的厚度尺寸间隔为0．001μm；也可用球塞规测量。
阀芯外圆上的均压槽在淬火前用切槽刀或成形排刀(见图37．8－31)车出，淬火后用砂轮磨槽；也可在淬火后用成形砂轮直接磨出均压槽。
图37．8－31 车阀芯均压槽排刀
C．阀芯外圆磨削及径向配磨工艺
阀芯外圆磨削是阀芯加工的关键工序之一，特别是外圆的径向配磨(或配研)一直是伺服阀制造中的关键环节，其配合间隙及形状精度将直接影响伺服阀的分辨率和滞环等技术指标。
阀芯外圆的圆柱度为0．00025～0．00005mm，粗糙度为R。0．1～0．04μm，与阀套配合间隙为0．001～0．003mm，阀芯应能在阀套中滑动灵活无卡滞现象。
阀芯外圆在淬火后的加工一般为粗磨、精磨、配磨、配研等工序。各工序的加工要求见表37．8－8。
表37．8－8 阀芯淬火后外圆的加工工序表
由于阀芯外圆与阀套内孔的配合公差只有2μm，其形状精度和粗糙度的要求都比较高，不容易实现互换。目前大多采用配磨的方法，即先将阀套内孔按图纸要求加工合格，然后按阀套内孔实际尺寸配磨阀芯外圆，保证所需的配合间隙。手工配磨加工和测量都很麻烦，生产效率低，不易保证配套质量，批量生产中可采用径向配磨仪对阀芯进行配磨。
配磨时砂轮线速度为25～30m／min，工件转速为200～250r／min，纵向进给速度为0．3～0．4m／min，横向进给量为0．5～1μm／次。
图37．8－32是液压径向自动配磨原理图。使用时按阀套内孔尺寸选好内径测头，开动机床接通配磨装置，将相配的阀套放在测孔仪上，调整好内测头，这时阀套内孔的尺寸即转换成电信号输入到测量仪的存储器中。外测头伸缩机构与机床液压系统相通，当磨削开始时，机床液压操纵外测头送进到位，同时外测头卡爪张开，卡住阀芯外圆；砂轮送进，自动磨削循环开始。经过粗磨、精磨和无火花磨削，此时卡爪将正在磨削的阀芯尺寸转换成电信号输入到测量仪中，并从存储器中取出阀套内孔的电信号，这些电信号与预先规定的配合间隙的信号相比较，其差值在测量仪指示盘上指示，并控制砂轮的横向进给装置，直到达到要求的最终尺寸，卡爪张开，外测头退回，自动配磨终止。
图37．8－32 液压径向配磨原理图
另一种径向配磨方法为气动配磨，见图37．8－33。这种配磨装置可安装在配磨机床上进行主动测量。
图37．8－33 气动径向配磨原理图
使用时先用校对环或校对棒或用标准样件调整好浮子位置，将阀套放在内径测头上，相配的阀芯放在测轴量头的测架上，观察浮子位置，并读出相应的间隙值，决定砂轮的进给量，直到间隙值合格，退出砂轮，取下工件。
这些配磨方法效率较高，质量稳定。生产中为保证滑阀偶件运动灵活，动态响应快，通常对配磨后的阀芯留0．001mm左右的余量，用少量研磨膏(M1．5～2．5)进行精研磨，可进一步降低阀芯表面粗糙度值，去掉显微毛刺，这是提高滑阀偶件精度较好的工艺方法。
滑阀偶件径向配合间隙的测量方法有多种。这里仅介绍综合气动测量，气动测量的积累误差较小，灵敏度也较高，使测量结果更接近实际间隙，而且测量方便、直观。测量原理见图37．8－34。
图37．8－34 滑阀偶件径向间隙综合气动测量原理
使用时将校对环D和校对棒d分别放在内径和外径测量架上，各有气隙S1和S2存在，通过它们的空气流量为Q1和Q2，而决定空气总流量的全部出气间隙为S=S1+S2，与其相对应的总的空气流量为Q=Q1+Q1，此值决定了浮标在玻璃管内的上升高度。为了说明问题，用图37．8－35作为测轴部分的等效形式图。设测孔量头直径为Dg，测轴量头的工作部位尺寸为dg，偶件的配合间隙为X，则
X=D－d=(Dg+S1)－(dg－S2)
=(Dg－dg)+(S1+S2)=(Dg－dg)+5
式中(Dg－dg)为定值
∴X=F(S)=中(Q)，而Q=F(X)
图37．8－35 综合气动测量测轴部分等效形式图
即偶件配合间隙X变化影响玻璃管内流量Q变化。因此只要按校对棒确定出间隙X的上下极限值Xmax和Xmin，就可以得到气动量仪的浮标位置A与B。将AB间按Xmax－Xmin标定读尺，以测定滑阀偶件的径向间隙X之大小。
D．阀芯工作边精磨及轴向配磨工艺
阀芯工作边在磨削之前必须将中心孔修研好。粗磨时，磨削用量要选取适当，尽量减小表面变质层，应在保证磨削表面质量的前提下，提高生产率。同时尽量控制各边的余量均匀，精磨时按阀套工作边的A、B、C尺寸计算阀芯工作边尺寸并留适当余量。各生产单位的制作工艺不同，所留余量也不尽相同，一般双边留0．05～0．06mm。阀芯工作边尖角棱边受磨削热影响敏感，散热不好，磨削时容易出现烧伤，退火使硬度下降，而工作边棱边的硬度很难测定，也不可能百分之百检查，因此必须严格控制磨削用量，特别是控制砂轮进给量不能太大。粗磨工作边时多选用粒度较粗(70#～80#)的白刚玉砂轮，硬度中软，也可在砂轮端面开些径向槽，以增加散热面积，减少烧伤。若烧伤不严重时，也可在精磨时修磨掉烧伤层。精磨时，选用W63～W40粒度的棕刚玉砂轮，每次进给量控制在0．01mm以内，并采用切入式磨削，可减少毛刺及烧伤现象。磨削后磁粉探伤，检查加工表面有无裂纹。最后进行滑阀偶件轴向配磨。滑阀偶件的轴向配磨是保证电液伺服阀流量及压力特性的主要手段，是滑阀偶件制造过程中必不可少的工序。一般滑阀偶件的轴向尺寸，根据设计的不同可分为正重叠、零重叠和负重叠三种形式。其零位流量特性曲线见图37．8－36。相应的阀芯位移流量曲线见图37．8－37。A、D为进油边，B、C为回油边。所谓滑阀偶件的轴向配磨，即是在测得各工作边的重叠量后，确定各工作边的磨削余量，配磨阀芯相应工作边，直到达到图纸和技术条件要求的重叠量。过去阀芯工作边的配磨多采用手工进行，凭工人经验控制配磨尺寸的精度，现在国外已采用计算机数据处理的自动流量综合系统，进行自动轴向配磨。目前国内也已试验应用轴向微进给机构，精确控制磨削进给量及配磨尺寸，减少配磨时测重叠量的次数，见图37．8－38。
图37．8－37 位移流量曲线
图37．8－38 带有微进给机构轴向配磨原理图
重叠量测量的基本原理是通过一定的试验方法测量出零位附近阀芯的位移量(即阀套节流窗口的开启量)与节流孔输出量(流量或压力)之间的关系，进行确定滑阀偶件的轴向重叠量。它能把阀芯、阀套之间的配合间隙、工作边可能产生的圆角、每组节流孔的共面度误差和面积梯度误差等反映到阀芯的开启量上，是综合性的测量，这是其他计量方法难以达到的。
图37．8－39是阀芯位移与输出流量之间的关系曲线，从图中可看出，在滑阀节流孔开启量为10μm以上时，所测得的曲线比较直，而在10μm以下时的曲线是弯曲的。造成弯曲的原因是由于阀芯与阀套的径向间隙、工作棱边微小圆角、工作边共面度误差、以及流量测量元件的灵敏度或摩擦力诸因素所致。
图37．8－39 阀芯位移与输出流量的关系曲线
图37．8－40是阀芯位移与输出压力之间的关系曲线，压力测试的原理是将滑阀的节流工作边视作一个可变节流孔，为了能用简单的方法确定零开口点，设置了旁路喷咀，在测出阀芯位移与节流压力的关系曲线后，经坐标变换，可获得一个与位移——流量曲线相似的关系曲线，从而可以方便地确定出滑阀的重叠量。
图37．8－40 阀芯位移与输出压力的关系曲线
重叠量的测量方法，从滑阀输出形式上分，有流量测量方法和压力测量方法；从所用工作介质上分，有气动测量方法和液压测量方法；从操作和数据处理方法上分，有人工测试和计算机辅助测控等。现仅介绍应用较多的气动流量测量和液压流量测量的原理。
气动流量测量由于设备简单、无污染、测试方便易行、能较准确反映滑阀重叠量而得到普遍应用，是目前国内外使用较广泛的一种方法，其原理见图37．8－41。气动测试装置由气源、气动元件、试验夹具、位移及流量的测量和调试元件等构成。
图37．8－41 气动测试装置原理
测试时，先将阀芯调到中位(即两节流孔的输出气量为最小，浮子处在最低点)，将千分表对零，以此为零位，使阀芯右移60～80μm(不含死区范围)。通过变换开关K2，可在阀芯从右至左的一次行程内完成对四个工作边的逐点气动测量。根据所测数据，在坐标纸上绘出阀芯位移与输出气量(浮子高度)的关系曲线后，再分别作出各工作边曲线直线段的延伸线与横坐标相交于A0、B0、C0、D0，此四点则为各工作边的零位，见图37．8－42。通常A0、D0之间的距离“δ”决定着滑阀的重叠量。此值除以阀芯最大工作位移乘100%，即为滑阀重叠量的百分数。A0、C0及B0、D0之间的距离“△”决定着滑阀零位对中压力的高低和进回油工作边的匹配关系，影响着伺服阀的压力特性和零位泄漏特性，配磨时一般回油边应比进油边多磨去一些，工作边的磨量可根据所做曲线和设计要求来确定，尽量做到各边余量均匀去除，以保证各工作边对阀芯中槽的对称性、确保滑阀质量。表37．8－9为某些常用伺服阀气动试验时的参考值范围。
图37．8－42 气动测试阀芯位移与输出气量的关系曲线
表37．8－9 常用伺服阀气动试验技术指标
气动流量测量由于受浮子流量计测量范围的限制和气体介质本身存在的缺陷等影响，测量结果往往不十分稳定，配磨结果与实际调试结果也有较大差异，特别是4L／min以下100L／min以上的滑阀偶件，其测量结果的可靠性较差，小流量和负重叠的滑阀常出现重叠量超差，压力特性曲线畸变等现象，大流量滑阀则常出现重叠量误差偏大的现象。为此可使用液压流量测量方法，测试系统原理见图37．8－43。
图37．8－43 液压测试系统原理图
液压测试系统由液压源、试验夹具、测量元件及微机测控系统等部分组成。液压测量的特点是流量液压缸的测量范围广(0．05～30L／min)。供油压力可在较大范围内(1～6MPa)任意调整，适用于各种流量规格的滑阀测试。由于工作介质和试验方法与伺服阀的实际测试情况基本相同，因而滑阀重叠量的配磨结果更接近于调试结果。
(7)滑阀偶件去毛刺工艺分析
液压产品生产过程中清除毛刺的质量将直接影响到产品工作中的安全性、可靠性，特别是航空用的液压附件中的关键零件，对去毛刺的要求更严，一直是生产中的关键环节之一，国内外对此都非常重视。现重点分析滑阀偶件工作边处保留锐边去毛刺。
阀芯阀套节流工作边应为直角的尖锐棱边，不能有圆角，因为此处保持锐边可使系统获得高的工作精度，对控制系统的工作性能有很大好处。工作边上有微小的圆角倒钝，都将改变伺服阀的特性。同时阀芯阀套上所有节流工作边的棱边处都不能有显微毛刺，否则工作中会在毛刺处出现压力降。毛刺是不规则的，它出现在部分圆周上时，会造成径向压力不平衡，影响液体流量，从而改变流量特性曲线。另外，毛刺的存在是一种不稳定状态，当受到液压力或摩擦时会局部或全部从零件上脱落，进入油液或滑阀偶件中，严重时，使滑阀偶件卡死，无法正常工作。
A．阀芯工作边去毛刺工艺
阀芯节流工作边的毛刺是影响伺服阀质量的关键问题之一。阀芯节流工作棱边要保持锐边无毛刺，见图37．8－44。
图37．8－44 阀芯工作边去毛刺保留尖边
实践证明，阀芯工作棱边的显微毛刺小至0．001mm也会影响伺服阀的性能，甚至使阀芯卡死，伺服阀失去工作能力。但要使阀芯工作边保持锐边无毛刺也相当困难，加工中常因去毛刺不当而出现崩边掉块，使阀芯报废。阀芯工作边去毛刺作为工艺关键进行试验研究，采用切入式磨削，控制精磨余量及进给量，减少毛刺产生。四条工作边精磨前，预先加工出适当倒角，以减小毛刺根部的强度。配磨加工后，用多种方法去锐边毛刺，如用天然油石、木条、竹片、硬橡胶等进行去毛刺试验，都收到一定效果；也可采用研磨套加少量研磨膏，按一定方向去除毛刺，但阀芯工作边上的毛刺，必须从圆柱面和端面两个方向反复清除。手工去毛刺要求工人技术熟练，稍有不慎就会使棱边产生圆角或倒钝，而且效率低，质量不稳定，为了改进，可采用机械去毛刺方法，参见图37．8－45。图中的硬质合金条需磨后精研，使其工作表面的平行度和垂直度均在0．001mm之内。操作时，阀芯装夹在该装置的两顶尖之间旋转，将装有硬质合金条的夹具移到工作位置，使硬质合金条压向阀芯台肩圆柱面，手工左右移动夹具体(如图上箭头方向)，可把沿外圆棱边的毛刺清除掉，但会有部分毛刺倒向台肩的端面，再用硬质合金条的侧面内贴紧台肩端面清除毛刺。由于材料比较粘韧，还会有一部分毛刺倒翻到圆柱面的边棒上，须反复多次才能清除干净。清洗后用50倍放大镜检查清除毛刺的质量，同时检查棱边的锐边保持情况。这种方法效率较高，工作锐边不易破坏，操作方便。但对较大的毛刺或零件硬度偏高时，也会出现崩边，质量不够稳定。图37．8－46是磁力研磨去毛刺原理图。工件装夹在两顶尖或夹盘、顶尖间回转，并以一定的频率、振幅做轴向摆动。在工件两侧设置软铁芯，其上缠有线圈，通过直流电流，以形成直流磁场。由于工件为导磁材料，故相对两磁极也形成直流相应的N、S极。在加工区充填由铁粉和氧化铝粉构成的复合磨料，在磁场作用下磨料被磁化而具磁性，沿着磁力线有规律地排列，偏离被加工区的某单颗粒磨粒所受的磁场力可分解为沿等磁力线方向的为△Fy和沿着磁力线方向的力△Fx，它们的合力△Fn指向加工区。在磁力研磨过程中，工件表面除受到磁场力Fy的作用外，还受到磁压力Py的作用，在Fy与Py的共同作用下形成了径向切削分力，致使磨粒对工件表面产生切削作用。控制磁性参数就可以控制磨粒的切削作用，达到去除毛刺的目的。阀芯棱边处磁力线比较密集，磨粒的切削作用比较强，其上的毛刺很容易被研掉，对其他表面还可降低表面粗糙度，而不影响工件的尺寸与形状精度。
图37．8－45 阀芯去毛刺示意图
图37．8－46 磁力研磨去毛刺原理图
在一定的磁性参数条件下，只要研磨时间控制得当，就可以得到适当大小的棱角倒角。例如用2～4min就可以去除单侧高度20μm左右的毛刺，而且可以保持锐边，满足图纸R≤0．005mm的要求。通过试验认为，磁力研磨去毛刺是阀芯锐边去毛刺较好的方法，也适用于大批量生产，容易实现去毛刺自动化，但要控制精加工毛刺不大于20μm。磁力研磨去毛刺简易装置见图37．8－47。
图37．8－47 磁力研磨去毛刺装置
1－左右旋螺母；2－左右压板；3－铝热板；4－磁极；5－励磁线圈；6－铁芯；7－转接板；8－工件；9－工作台；10－丝杠
B．阀套去毛刺工艺
阀套在加工过程中有多处出现毛刺，见图37．8－48。各部位毛刺的产生及其去除方法简单介绍如下：外环槽口部毛刺为车削或磨削加工后的毛刺，在车削后用锉刀修锉R倒圆角或外圆磨削加工后由钳工在回转夹具上用什锦锉去毛刺；侧边孔处毛刺是钻孔后的毛刺，由钳工用刮刀或在旋转机械上装球面铣刀去除；电火花方孔的毛刺去除比较困难，要保证锐边无毛刺，先用研磨条修研方孔，保证共面度及粗糙度，然后研磨内孔，将翻到内孔的毛刺去除，有时要反复多次，因为毛刺会在研磨过程中翻来复去，最后用30～50倍显微镜观察，直到全部去除毛刺、又保证锐边(R0．005mm)为止；对内环槽阀套，电火花磨削后的毛刺多为电渣瘤状，粘在内环槽的侧壁及底面，工具不容易触及到，工作中对液压偶件又是很大的隐患。其去除方法有：一种是电火花内圆磨削内环槽时电极进到槽底，将两侧面及底部的电渣瘤去除，也可以用成形车刀配上电子对刀装置刮掉电渣瘤；另外还可用尼龙刷去除阀套内孔与侧边孔相交处的毛刺，也可去除阀套节流工作边处的显微毛刺，只要选择好尼龙刷中磨料球的磨料粒度、尼龙刷压缩量及往复次数，可以收到很好的效果，但在尼龙刷去毛刺后要精研内孔，以保证锐边无毛刺。图37．8－49是尼龙刷去毛刺示意图。
图37．8－48 阀套上毛刺的分布
(a)方孔阀套；(b)内环槽阀套
1－车削加工后的毛刺；2－钳工钻孔后的毛刺；3－电火花穿孔后的毛刺；4－电火花磨削后的毛刺
图37．8－49 尼龙刷去毛刺示意图
在阀套加工后采用磨粒流去毛刺是比较理想的方法。它可以同时去除内孔、交叉孔、侧边孔及方孔或内环槽等处毛刺，只要磨粒能流到之处都能将毛刺去除，效率高，不破坏已加工表面粗糙度，但要保持锐边比较困难，必须设计专用夹具。另外阀套在半精加工后也可采用电化学去毛刺。