液压控制阀的材料及工艺要求

液压控制阀的材料及工艺要求

液压阀中阀芯、阀套等精密零件一般选用45钢、40Cr、Cr12MoV、

12CrNi3A、18CrNiWA及GCr15等高级工具钢、高合金结构钢、优质钢及轴承钢等材料。要求材料具有良好的耐磨性、线胀系数和变形量小等优点。为了提高阀芯的耐磨性，必须使材料表面达到一定的硬度（一般要求硬度大于58HRC），因而，针对不同的材料可选用淬火、渗碳、渗氮等不同的热处理手段。

水压阀中阀芯的材料除了要求能达到较高的硬度外，还应有良好的耐淡水或海水腐蚀性能。虽然奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能较好，但难以通过热处理提高材料的表面硬度。一般可选用2Cr13、1Cr17Ni2等马氏体不锈钢、0Cr17NiCu4Nb等沉淀硬化不锈钢或工程陶瓷作为水液压阀阀芯的材料，其中马氏体不锈钢只能用于淡水。0Cr17NiCu4Nb是一种高强度不锈钢，其抗腐蚀性能接近1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢。该不锈钢加工时一般先进行固溶处理，在精密加工前进行沉淀强化处理（当时效温度在420°C，保温10h以上时，可获得最高硬度）。

水压阀中阀套的材料首先应具有良好的耐腐蚀、磨损性能。此外，阀套与阀芯材料的合理搭配也十分重要，应防止阀套与阀芯材料发生粘着磨损、腐蚀磨损等，以提高水压阀的寿命和工作可靠性。阀套一般可选用耐腐蚀性好的QA19-4青铜或高分子材料，其中高分子材料应具有强度高、耐磨性好、线胀系数小、吸水率低、加工性能好等特点。

油压阀中阀体的材料多为灰铸铁或孕育铸铁（HT20-40、HT30-54）。水压阀阀体的材料可选用2A50、2A14等锻铝，加工后对铝件表面进行阳极氧化处理。也可采用1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢材料。

阀类元件要求阀芯在阀体孔内移动灵活，工作可靠，泄露小且寿命长。通常各种滑阀的配合间隙一般为0.005~0.035mm，配合间隙公差为0.005~0.015mm。其圆度和圆柱度的公差一般为0.002~0.008mm。对于台阶式阀芯和阀孔，各圆柱面的同轴度公差为0.005~0.01mm。对于平板阀，其阀芯与阀座的平面度误差应不大于0.0003mm。

阀芯与阀孔的配合表面一般要求表面粗糙度Ra值为0.1~0.2μm。考虑到孔的加工比外圆困难，一般规定阀芯外圆的表面粗糙度Ra值为0.1μm，阀孔内圆表面的Ra值为0.2μm。

可见，对阀芯和阀孔的形状精度、位置精度及其表面粗糙度都有较严格的要求，必须采用合适的加工工艺才能满足规定要求。

一、阀芯的加工

下面以圆柱滑阀阀芯为例介绍阀芯的加工工艺。

阀芯一般采用棒料作为毛坯，经正火后加工，其工艺过程为：切端面钻中心孔，粗车和精车外圆、端面和沉割槽内孔等，钻削、铣削，热处理，修磨中心孔，磨削外圆，外圆光整加工。

1粗加工

阀芯外圆和长度应留有足够的加工余量。粗加工后零件应进行调质处理，使其硬度在25~30HRC之间。

2 半精加工

用弹簧夹头或软三爪夹紧工件外圆，平端面，钻中心孔，车外圆并且留有恰当余量。

各凸肩的节流工作边要严格保持尖锐，不得倒钝。阀芯两端的中心孔是加工过程中的定位基准，加工过程中一定要使中心孔具有良好的孔行、高精度和较小的表面粗糙度值。

3.热处理

半精加工后阀芯应采用真空淬火等热处理方法，使其硬度为60~66HRC。然后进行稳定化处理，即-70~-80℃冷处理2h和160℃低温时效处理4h。

4.精加工

1）粗磨外圆及凸肩。磨削前先修好阀芯中心孔，再粗磨阀芯外圆和凸肩各端面。阀芯外圆和凸肩应与阀套孔相应的尺寸配作。粗磨后应留有0.03mm的精磨余量。

2）稳定化处理。先进行-70~-80℃冷处理2h后，再进行160℃低温时效处理

20h，以消除加工造成的材料内应力。

3）精磨外圆。先精研中心孔，然后在高精度磨床上加工。精磨后工件的精度可达Ra0.63~1.25μm。

4）光整加工。在液压元件的生产过程中，研磨是常用的光整加工方法之一。除研磨外，外圆表面还有超精加工、双轮珩磨等光整加工方法。它们的共同特点是采用细粒度磨料和较小的切削量，使切削力和产生的热量都很小，并使磨料运动产生复杂的网纹，从而获得很高的表面质量。此外，还有滚压、抛光等方法。

在磨削加工中，能使工件表面粗糙度Ra值在0.16μm以下的磨削工艺统称为高光洁度（表面粗糙度值小）磨削。它包括精磨磨削、超精磨磨削和镜面磨削。一般，表面粗糙度Ra值在0.08~0.16μm之间的称为精磨磨削，Ra值在0.02~0.04μm之间的称为超精磨削，Ra值达到了0.01μm的称为镜面磨削。与研磨等加工方法相比，高光洁度磨削具有生产率高，适用范围广，且能提高几何形状精度和位置精度等优点。

二、阀体的加工

阀体的材料毛坯一般采用锻件或铸件。锻件首先应进行固溶处理，其目的是消除加工应力，使材料结晶组织中的碳化物溶解呈奥氏体组织。固溶处理后材料硬度低，适合一般的机械加工。阀体的加工主要是阀体孔的加工，其工艺方案需要根据精度要求、毛坯状况、工件材质、设备条件等因素制订。通常阀体孔有以下工艺方案：

1）钻—扩—镗—铰—推—研；

2）钻—扩—镗—铰—研；

3）钻—镗—镗—铰—研（珩）；

4）扩—镗—镗—铰—研（珩）；

5）钻—刚性镗铰—研（珩）；

6）钻—刚性镗铰—金刚石铰；

7）扩—刚性镗铰—金刚石铰；

8）钻—扩—铰—珩—金刚石铰；

9）钻—扩—镗—铰—刚性镗铰—金刚石铰；

10）扩—镗—镗—铰—金刚石铰。

下面以两种工艺方案为例进行说明。

1.扩—镗—镗—铰—研（珩）

这种工艺方案适用范围较广，适合于阀孔尺寸较大的阀体加工。扩—镗—镗—铰工序可在加工中心上一次完成。使用双刃扩孔钻可起到找直阀孔的作用，粗、精镗的加工量越来越少，起进一步减小表面粗糙度值和提高直线度的作用。铰孔主要起确定尺寸的作用。通过上述工序加工，孔的尺寸精度可达到0.003~0.005mm，表面粗糙度值达Ra0.4~0.8μm，最后通过研磨或珩磨达到阀孔的技术要求。

2.扩—刚性镗铰—金刚石铰

阀孔径扩张后采用刚性镗铰工艺进行半精加工，然后用金刚石铰刀铰削。其特点是适用于长径比较大的孔，其稳定性好，并且刚性镗铰刀前后带导向，保证了工件的直线度要求，再加上内冷却排屑，大大改善了加工条件，保证了表面粗糙度要求。镗铰后表面粗糙度值达到Ra0.8~1.6μm，几何精度高于0.005mm，工件尺寸可达到6级精度。金刚石铰刀的切削原理，类似于珩磨和研磨，也是采用磨料微刀切削，但对上道工序要求较高。因此，将金刚石铰与刚性镗铰配合使用，即可保证较高的加工精度，又能提高生产率。