井口裝置閘閥體對(duì)稱(chēng)度檢具的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

1項(xiàng)目背景

井口裝置閘閥是應(yīng)用在陸地和海洋采油(氣)等領(lǐng)域,用于控制流體切斷或接通的重要部件。在石油和天然氣資源不斷減少的背景下,其開(kāi)采難度大大增加,對(duì)井口裝置的設(shè)計(jì)和加工制造要求越來(lái)越高。其中閘閥體中腔孔與兩端閥座孔的對(duì)稱(chēng)度,對(duì)整套閥門(mén)的密封性能、開(kāi)啟和關(guān)閉產(chǎn)生的扭矩都有關(guān)鍵性的影響作用。閘閥體也是井口裝置制造商的主要產(chǎn)品之一,因閘閥體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需多道工序加工完成,其位置度是生產(chǎn)制造過(guò)程中最難保證的參數(shù),在實(shí)際生產(chǎn)中需要高精確度的量具檢測(cè)配合,然后再采用試切法進(jìn)行調(diào)整加工以滿足設(shè)計(jì)要求。由于市場(chǎng)上沒(méi)有通用和專(zhuān)用的檢測(cè)工具,早期的檢測(cè)方法是用深度尺、卡尺、內(nèi)徑百分表等多種量具的測(cè)量值,再經(jīng)過(guò)尺寸鏈計(jì)算得出位置度的誤差值,因檢測(cè)基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不統(tǒng)一,需要使用多種量具進(jìn)行分段測(cè)量,所以造成累積誤差較大,最終無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。前幾年,公司工藝部自主研發(fā)了一款以閥體閘板中腔孔為定位基準(zhǔn)的專(zhuān)用檢測(cè)工具(圖1),設(shè)計(jì)原理是在定位盤(pán)上安裝百分表,利用杠桿擺臂,將兩端閥座孔端面與閘板中腔孔對(duì)稱(chēng)度數(shù)值反映在百分表上。

圖1 原有閘閥體專(zhuān)用檢測(cè)工具

雖然該檢測(cè)工具基本滿足閥體設(shè)計(jì)要求,但還存在一些缺陷:

其一,檢測(cè)工具由多個(gè)零件組成,存在制造誤差和裝配間隙,不僅檢具制造周期長(zhǎng),而且精確度不高,導(dǎo)致閥體質(zhì)量不穩(wěn)定,報(bào)廢率居高不下:

其二,減小檢測(cè)工具與閥體之間的定位間隙,需要設(shè)置嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚦叽缈刂崎y體中腔孔公差,對(duì)機(jī)械加工要求較高:

其三,因閥體中腔孔和兩端閥座孔位置尺寸沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),顯然設(shè)置閥體中腔孔為檢具定位基準(zhǔn),會(huì)造成專(zhuān)用檢具規(guī)格較多、制造成本上升、占用倉(cāng)庫(kù)空間、不易管理等問(wèn)題。

眾所周知,沒(méi)有高精確度的檢測(cè)工具,就無(wú)法保證生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制和最終產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)不降低成本,企業(yè)就會(huì)失去競(jìng)爭(zhēng)力,因此需要我們進(jìn)一步去對(duì)閘閥體專(zhuān)用檢測(cè)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

2閘閥體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸分析

井口裝置系列閥體的閘板中腔孔和兩端閥座孔位置屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),同一規(guī)格產(chǎn)品每家公司設(shè)計(jì)的尺寸及公差各不相同。閘閥體的共同特征如下:整體外形結(jié)構(gòu)相同,外形尺寸比較大,質(zhì)量重,中腔孔直徑大且較深:尺寸公差帶和位置公差也基本相同,兩側(cè)閥座孔端面之間的尺寸公差為±0.025mm,兩側(cè)閥座孔端面與中腔孔的對(duì)稱(chēng)度為±0.025mm。閘閥體的不同特征:中腔孔直徑和中腔孔端面到兩側(cè)閥座孔中心的尺寸,以及兩側(cè)閥座孔端面之間的距離都屬于非標(biāo):不同規(guī)格、不同壓力等級(jí)、不同公司的設(shè)計(jì)尺寸都有差異(圖2)。

圖2 閘閥體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸

2檢測(cè)工具精確度對(duì)制造誤差的影響

制造精度是由多部分綜合性很強(qiáng)的工序共同決定的,往往在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)誤差,系統(tǒng)誤差可分為變值誤差和常值誤差,若能分析出常值系統(tǒng)誤差的偏差大小和方向,就可以通過(guò)改進(jìn)和調(diào)整來(lái)減小甚至消除這部分誤差。而測(cè)量工具準(zhǔn)確度屬于常值誤差的一項(xiàng),提高檢測(cè)工具準(zhǔn)確度就意味著可以減小甚至消除制造誤差。根據(jù)對(duì)閥體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和尺寸鏈公差帶、位置公差的分析,若一次加工不能符合設(shè)計(jì)要求,則二次上機(jī)裝夾無(wú)法校正,因此難以返修,故檢具的精確度對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制和產(chǎn)品合格率起到重要影響。簡(jiǎn)單說(shuō),沒(méi)有精確的測(cè)量工具,就無(wú)法保證制造過(guò)程質(zhì)量控制和最終產(chǎn)品質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

4對(duì)稱(chēng)度檢測(cè)工具設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法

基于閘閥體結(jié)構(gòu)及尺寸分析和對(duì)以前檢測(cè)工具存在缺陷的分析,通過(guò)公需科目培訓(xùn)《創(chuàng)新知識(shí)基礎(chǔ)》的學(xué)習(xí),總結(jié)了幾個(gè)案例的創(chuàng)新思維方式,試用幾種創(chuàng)新思維方法對(duì)閘閥體的中腔孔與兩端閥座孔對(duì)稱(chēng)度通用檢測(cè)工具進(jìn)行研究,最終利用逆向思維設(shè)置兩側(cè)閥座孔端面為檢具定位基準(zhǔn),使測(cè)量基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致,用百分表檢測(cè)閘閥中腔孔與閥座孔端面的相對(duì)位置,這樣既符合基準(zhǔn)重合原則,又可以消除累積誤差。主要從這幾方面尋找突破點(diǎn):

第一,需要重新定義檢測(cè)工具定位基準(zhǔn),增強(qiáng)通用性,消除與工件的配合間隙:

第二,選擇平面為基準(zhǔn),不僅更容易實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙配合,而且能使檢測(cè)精確度更高更可靠,并且不需要工藝設(shè)置縮小檢測(cè)基準(zhǔn)尺寸公差:

第三,盡量減少組成檢測(cè)工具的零部件數(shù)量和運(yùn)動(dòng)部位,避免因零部件的制造誤差和裝配間隙而影響檢測(cè)工具精確度。

5對(duì)稱(chēng)度檢測(cè)工具設(shè)計(jì)創(chuàng)新和實(shí)際檢測(cè)方法

綜合上述分析,最終確定將測(cè)量基準(zhǔn)選擇在閥體座圈孔側(cè)平面上,既實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙貼合,又符合基準(zhǔn)重合原則。根據(jù)閥體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用座圈孔側(cè)平面與檢測(cè)工具貼合,設(shè)計(jì)測(cè)量距離可以進(jìn)行微調(diào),這樣設(shè)計(jì)就不受其他公差帶和尺寸影響,所以不同規(guī)格、不同尺寸的閘閥體,只要在檢測(cè)工具的距離調(diào)節(jié)范圍內(nèi),就可以使用同一副工具。使用時(shí)需經(jīng)過(guò)閥體中腔孔放入座圈孔側(cè)平面,要求整體結(jié)構(gòu)體積必須設(shè)計(jì)輕、巧,具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)呈"L"形,主要由支架、磁鐵、鎖緊螺絲和千分量表四部分構(gòu)成,之間的連接方式采用螺釘固定式,減少部件之間運(yùn)動(dòng)部位和間隙。支架采用鋁合金材質(zhì),具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn):支架的定位端面與閥體座圈孔側(cè)平面部位設(shè)計(jì)安裝了三個(gè)小圓柱形磁鐵(加工產(chǎn)品基本是碳素結(jié)構(gòu)鋼),利用磁鐵特性使檢測(cè)工具與產(chǎn)品基準(zhǔn)面無(wú)縫貼合,磁鐵低于定位平面2mm用膠水固定,這樣既不易劃傷零件又能保持良好的吸合力。支架的豎直部位處割孔和長(zhǎng)槽,千分表的探針插入支架開(kāi)孔處,通過(guò)緊固側(cè)上方鎖緊螺絲使腰槽變形即可固定千分表,還可適當(dāng)調(diào)節(jié)千分表的夾持距離,增強(qiáng)通用性。千分表具有檢測(cè)精確度高的優(yōu)點(diǎn),又是通用標(biāo)準(zhǔn)件,易采購(gòu)且成本低。具體檢測(cè)工具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

檢測(cè)方法:把檢測(cè)工具放在一側(cè)閥體座圈孔的端面上,調(diào)節(jié)千分表的伸縮頭觸碰在中腔孔上并進(jìn)行左右移動(dòng),觀察千分表指針處在閥體中腔孔的最高點(diǎn)位置時(shí),把千分表指針校零,然后把檢測(cè)工具放在另一側(cè)閥體座圈孔的端面上并進(jìn)行左右移動(dòng),當(dāng)千分表指針也處在閥體中腔孔的最高點(diǎn)位置時(shí),此時(shí)的千分表數(shù)值就是對(duì)稱(chēng)度的誤差值。

這種設(shè)計(jì)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,零部件數(shù)量較少,組合體運(yùn)動(dòng)部位少,裝配間隙和制造誤差都得到了改善,使用操作快捷,能快速直觀地反映對(duì)稱(chēng)度值。

6結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新型對(duì)稱(chēng)度檢測(cè)工具的檢測(cè)距離可以靈活調(diào)節(jié)以應(yīng)對(duì)多種規(guī)格的閘閥體,還具有檢測(cè)精確度高、使用簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn):另外,其體積小而輕,制造成本低。

可以說(shuō),創(chuàng)新就是提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本的"密碼":無(wú)論何時(shí),沒(méi)有創(chuàng)新的企業(yè)在市場(chǎng)上參與競(jìng)爭(zhēng)就如同在"刀刃上行走",稍有不慎,就有被對(duì)手超越和被市場(chǎng)淘汰的可能!