球阀组件及其制造方法 本发明涉及一种回转球阀组件及高效而经济地制造这种组件的方法，以提供一种容易安装在液流管道中的防漏组件。回转球阀组件通常带着一段短的铜管出售，该铜管与上述组件钎焊在一起，用作适宜于在要安装球阀的位置上与液流管道钎焊在一起的短管。现有技术的回转球阀组件一般含有一个壳体，壳体内装有转动球阀、位于球的两侧的密封圈和/或座圈、一个迫使上述密封圈或座圈与球形成密封接合的弹簧、一个独立形成的带螺纹的环圈，它与壳体螺纹接合并压缩上述弹簧。有些现有技术的球阀不用弹簧，而是依靠带螺纹的环圈来压缩密封圈和/或座圈，使之与球形成密封接合。
Aeroquip公司(本申请的受让人)生产过一种上述类型的现有技术球阀，其出售零件号为RB01-004-141414。这种回转球阀组件在进口端和出口端分别带有一根短管，其中一根短管钎焊到与壳体螺纹连接的环圈上，另一根短管则与壳体本身钎焊在一起。常常用来在组件内施加压缩力的一种弹簧是一种不锈钢波形弹簧，该弹簧是用一种具有交错排列的波峰和波谷的单一波形钢带或长条制成地。金属条带缠绕成一个绕组，绕组中的每一圈的外圆周构成一个尺寸允许弹簧装入一段圆柱形管件中的圆筒。上述条带的缠绕要使得任何给定绕组或者说波形的波谷分别与相邻绕组的波峰对准并与下一圈交错的绕组或者说波形的波谷对准。这种排列在成对相邻的绕组或者说波形的圆周周围形成了交错的接触点和间隙。
现有技术的回转球阀组件中，在将带螺纹的环圈装入壳体内时，该环圈在完全接合之前直接与弹簧相接触。这种环圈在其最初接触弹簧之后要作进一步转动，当沿环圈的螺纹将其转动至完全接合的密封位置时，会对弹簧产生一个扭转力。这种加在弹簧上的扭转力容易使贴近环圈的绕组或者说波形发生相对于较靠近回转球阀的绕组或者说波形的转动，造成相邻绕组或者说波形间相对准的波谷和波峰彼此错位，从而使一圈绕组的几个波峰与相邻绕组圈的波峰相对。这种错位会使弹簧的压缩力变得比波谷和波峰彼此完全对准接触时小。
按照本发明，提供了一种回转球阀组件及其总装方法，这种球阀组件比现有技术中尺寸相当的回转球阀组件便宜，它不需要独立形成的带螺纹的环圈，并具有比现有技术的回转球阀更好的防漏性能。本发明的回转球阀特别适用于空调和致冷设备。
按照本发明的回转球阀组件的组装方法，采用一种电磁成形工艺使一根钎焊在壳体上的铜制短管的一个环形部分径向向内变形。在该环形部分发生变形之前，将回转球体放入壳体内，并在球的一侧放入一个密封圈，在球的另一侧放入一个座圈和一个压缩弹簧，最好在弹簧的与座圈相对的一侧设置一个刚性垫圈。通过按上述设置的部件对弹簧和垫圈施加一个直接的线性轴向载荷，并在零件受到上述载荷的同时，施加一个电磁力使短管的紧靠弹簧和垫圈的环形部分发生径向向内的变形，从而保证密封圈、球、座圈、弹簧和垫圈的总装。在短管发生径向向内的电磁变形的过程中对弹簧施加的直线性载荷保证了弹簧维持其支承密封圈和座圈与球形成密封接合的最佳压缩力，从而制成一种安全可靠、防漏性能好的回转球阀组件，而且这种方法的成本显著低于上面所述现有技术的回转球阀组件。
下面结合附图简单说明本发明，附图中：
图1是本发明的回转球阀组件的剖视图；
图2是本发明的回转球阀组件在线性压缩弹簧并使短管的一个环形部分径向向内变形以支承垫圈、弹簧及壳体中的其他零件的步骤之前的部分组装的剖视图；
图3是一个局部剖视的正视图，示出用于使本发明组件的短管的一个环形部分发生径向向内凸出的电磁变形的装置，并示出支承在该装置中的图2所示组件的零件；
图4是图3所示机器的一部分的局部放大视图，但示出球阀组件在要被电磁变形的零件插入用于成形的线圈之前移动到安置在定位器上的位置；
图5是类似于图4的视图，示出在对压缩弹簧施加线性载荷进行变形步骤之前上述装置与组装零件之间的相对定位；
图6是类似于图5的视图，示出紧接变形步骤之后的各零件间的相对定位；
图7是本发明的组装好的回转球阀组件的端视图；
图8是在整个加载和变形过程中用于支承球阀组件的定位器；
图9是另一个实施例的类似于图1的视图。
参看图1，图中示出一个总装好的回转球阀组件V，该组件含有一个沿轴线A从进口端11延伸至出口端12的壳体或者说主体10，该壳体最好用黄铜制成。但是，也可以用带有黄铜内衬的其他合适金属例如铜来制造。壳体10含有一条沿轴线A从进口端11(工厂一侧)延伸至出口端12(现场一侧)的通道13，上述壳体10含有：一个与出口端12相隔一小段距离的第一内圆柱壁14、一个较大的第二内圆柱壁15和一个大致延伸至进口端11的更大的第三内圆柱壁16。第一凸肩17使第一内圆柱壁14与第二内圆柱壁相连接，第二凸肩18使第二内圆柱壁15与第三内圆柱壁16相连接。
进口端11具有一个其大小可接纳厂制短管20的第一锥口孔19。如图2所示，厂制短管20在变形改成图1所示的形状之前是一段圆柱形的粗短管件20A。该管件20A从第一端21A延伸至其尺寸可紧贴地装入机壳10的第一锥口孔19内并可用普通方法钎焊在其中而形成与壳体10的密封接合的第二端22A。
现场短管54固定在壳体10的出口端12上。壳体10设有一个其直径稍大于第一内圆柱壁14之直径的第二锥口孔55。现场短管54沿轴线A从接合端56延伸至自由端57。接合端56位于第二锥口孔55内并与之钎焊在一起。如果需要的话，可以做出一个其直径大于第一内圆柱面14的直径但小于第二锥口孔55的直径的第三锥口孔58。该第三锥口孔58起到一个收集多余钎焊料的焊料收集器的作用。如果需要的话，还可以在第一锥口孔19与第三内圆柱壁16之间做出另一个锥口孔(未示出)，用作厂制短管20钎焊时的焊料收集器。
壳体10上形成第三内圆柱壁16部位的外表面是离开壳体10的其它部分而扩大的，并具有8个一组的外平面26，如图7所示，这8个面基本上构成一个八角形。壳体10的位于其外端12与平面26之间的部分有一个外圆柱壁28和一个从壁28大致径向向外延伸至平面26的凸肩29。注液管入口通道25径向穿过壳体出口端12与凸肩29之间的壳体壁并与第一内圆柱壁14区内的通道13相连通。注液管33(见图7)与上述壁14相连接，从而与入口通道25相连通。径向壁孔27从一个平面26穿过壳体延伸至第三内圆柱壁16。在壁孔27内钎焊上或用其他合适方法固定上一个作动管30，该作动管30从与壁孔27相连接的端部延伸至自由端31，该自由端31被向内弯曲，形成一个尺寸小于上述作动管30内壁的其余部分的缩口。上述作动管30也具有外螺纹32，可与盖子34相连接。
在壳体10内设置一个带有中心通道41的旋转球体40，当球40转动至图1所示的开启位置时，上述中心通道41与轴线A对中，并且，球40位于它的细长槽42面对壁孔27的位置上。杆44穿过壁孔27并安装在作动管30内。上述杆44从由作动管30向外延伸的作动柄45延伸至基本上是平直的探头46处，该探头46的尺寸使之可紧贴地进入球40的细长槽42内。上述作动柄45具有两个相对的平面，可用扳手夹住该两平面，而转动杆44并通过球上与探头46相接合的槽42使球40转动。杆44具有一个扩大的圆柱形部分47，该扩大部分47与作动管30的缩口自由端31相接合，上述的自由端31用以将杆44夹持在作动管30内但允许其转动。杆44设置有环形槽，槽内安置密封圈48以防止流体漏出。
显然，杆44的转动可使球40从中心通道41与轴线A相垂直的关封位置转动到图1所示的中心通道41与轴线A成一直线的开启位置，在此开启位置上接纳来自厂制短管20的流体并将它输送到出口端12和与之钎焊在一起的现场短管54。
如图1所示，靠紧第一凸肩17设置一个用PTFE(聚四氟乙烯)或其他能够对球40的球形表面起液密的密封作用的合适材料制成的密封圈50，该密封圈50的大小使之能够与第二内圆柱壁15和凸肩17形成密封接合。密封圈50还具有一个曲面51，其轮廓与球40的球形外表面相匹配，以便在球40被驱动时与球形成密封接合。
至此所述的回转阀组件的部分与上面提到的在Aeroquip产品目录KA28B中所公布的Aeroquip RB01系列的球阀基本相似。
从图1与图2的比较可以看出，厂制短管20在它电磁变形和随后成形为图1所示的形状之前是一个从接合端22A延伸至自由端21A的简单的圆柱形管20A，其接合端22A被钎焊固定于壳体10的第一锥口孔19内。一种用聚苯撑硫或其他合适塑料制成的座圈60安置在与球40相接合的位置上。该座圈60的形状是环形的，它具有一个沿轴线A延伸的通道61、一个形状与球40相接合的球面62、一个凸部64和一个从该凸部64径向向外延伸的凸肩66。
压缩弹簧70与凸肩66相接合。该压缩弹簧70是用单根金属(最好是不锈钢)条制成的，所述金属条按螺旋形状缠绕，并形成一条从一端到另一端的波动路线，该波动路线形成了与波相似的交替的波谷和波峰。并绕成具有一个圆形的横截面形状，其一层的波谷与相邻一层的波峰相接触，而这一层的波峰则与相邻一层的波谷相隔开。虽然弹簧70相邻两层交替的波谷与波峰相接触，但这相邻两层不会在接触点上粘结在一起。因此，正如前面对现有技术的回转球阀所讨论的，当单独制成的端件或者说套环被转动至与壳体相接合时，这种转动(作用在与它最接近的弹簧的部分上)容易使弹簧的这一最接近的部分扭转，从而使一些波谷脱开与相邻波峰的接合，并使这种波谷位移到与相邻层的波谷相对准的位置上，结果，便明显地损失了弹簧70施加的压缩力。按照本发明，不存在上述的装配过程中的扭转运动，结果是，弹簧保持其波谷与波峰间的正确对准，弹簧70保持其预定的压缩力。
从图中可以清楚地看出，座圈60的凸部64伸入弹簧70的孔口内，并且孔口相对于凸部64的大小可使向外延伸的凸肩66与弹簧70之一端相接合。
一个外径可装入圆柱形管20A的自由端21A中的垫圈74安置成与弹簧70的与座圈60相对的一侧的端部相接合。该垫圈74的内孔75的直径大致与球40的中心通道41的直径相同。
上述组合好的部件便可进行下一步工艺过程，即：将圆柱形管20A的一个环形部分径向向内变形，而使这一部分成为图1所示的最终所需的厂制短管20的形状。尤其在图1可以看出，最终的回转球阀组件具有一个向内延伸的并在轴线位置上与垫圈74相接合的槽76，从而使弹簧70保持紧压着座圈60，使其与球40处于密封接合的状态并使球40与密封圈50处于密封接合的状态。
下面参看图3～6，这些图简要地示出一种用于总装本发明的阀组件的电磁机80，该电磁机含有压缩弹簧70的装置，该装置使密封圈50和座圈60与球40保持密封接合，并且在使弹簧70压缩的同时，使要变成厂制短管20的圆柱形管20A发生电磁变形而使其与弹簧70相邻的环形部分径向向内变形、形成槽76，该槽76支承该弹簧使其处于永久的压缩状态。
电磁机80含有一个安装成可绕轴线X转动并带有几个外套82的刻度盘81，每个外套82支持一个可在其中从图3和4所示的降低位置滑动到图5和6所示的升高位置的定位器84。设置了夹子85以便将每个外套82固定在刻度盘81上。每个外套82具有一个套筒轴承(未示出)，它可使与之相连接的定位器84在其中从图3和4所示的降低位置沿轴向移动至图5和6所示的升高位置。
尤其在图8可以看到，每个定位器84具有大致为圆柱形的侧壁，并从带有一个扩大的环圈87的上端延伸至下端88。带有一个扩大的头部90的柱杆89从定位器84的主体部分86的下端伸出。从环圈87向上伸出一个具有内表面的圆柱形壁92，其内表面的大小可以接纳现场短管54和壳体10中的出口端12与径向凸肩29之间的那一部分。圆柱形壁92的上端设有一个缺口91，该缺口91的尺寸允许注液管33置于其内，这样便可支承部分组装好的本发明的回转球阀组件，而径向凸肩29则靠落在圆柱形壁92的上端部上。当这样定位时，回转球阀和未变形的粗短管件20A的其余部分将向上延伸，如图3和6所示。
定位器84还具有一个沿平行于定位器84的轴线延伸的槽94。刻度盘81安装成可由一般的动力和支承机构使其绕轴线X转动，以便在全过程的各种工位(包括图3左边所示的变形工位和图3右边所示的加料/卸料工位)中以周期性转动的方式支承外套82以及与它们相连接的定位器84。
可以看出，当定位器84位于图3左边所示的变形工位上时，已经在一个远端的工位例如位于图3右侧的工位或一个与其呈60°或90°角的工位(这要视工位数目而定)上将组合好的但还未变形的球阀置于定位器84之上。
用于转动刻度盘81的动力装置100支承在工作台面101上。该工作台面101通过几个构件103牢牢地安装在地板上。
一个带有活塞的气缸104固定在台面101上，该活塞带动安装块105从邻近台面101的降低位置(图3)移动到图4和5所示的升高位置。上述安装块105上牢牢地固定有一对夹爪，该夹爪具有固定在安装块105上的垂直支杆107和向着相对的夹爪延伸的水平支杆108。相对夹爪的水平支杆108具有彼此隔开一段距离的向内端部，上述的隔开距离大于从每个定位器84的下端88延伸出来的柱杆89的直径但小于上述的扩大头部90的直径。两垂直支杆107之间的距离大于上述扩大头部90的直径。因此，当刻度盘81转动时，图3左侧所示的靠近变形工位的定位器84的柱杆89和扩大头部90将进入垂直支杆107之间的空间内，而柱杆89则位于相对夹爪的水平支杆108的端部之间的间隙。当定位器84带着本发明的组合好的但未变形的回转球阀在该工位上上升时，电磁机80便已准备好启动而压缩弹簧70，并使圆柱形管20A发生电磁变形以完成回转式球阀组件V的最终总装。
一个支承着托架111和安装板112的垂直支架110从台面101向上延伸，在上述安装板112上固定一个由精密气动控制器控制的气缸113。从该气缸113伸出一根可由气缸113带动沿垂直方向移动的杆114，该杆114穿过对中联接器115并与加载元件116相连接，该加载元件起到应变测量仪的作用而测定当气缸113启动而推动杆114时它所施加的载荷量。上述杆114还与一根心轴117相连接以便使心轴与杆114一起作垂直移动，所述的心轴117穿过内部带有套筒轴承的轴承箱118。
在电磁机80的一个固定位置上还安装了一个波形成形器120和一个线圈绕组121。波形成形器120的形状是环形的，其圆柱形壁122构成一条尺寸可接纳圆柱形管20A的通道123(该通道123与管20A彼此很靠近但稍稍隔开)。波形成形器120具有径向凸缘124。线圈121包围波形成形器120的圆柱形壁122，并靠紧径向凸缘124。线圈121通过电缆与具有可储存能量达32千焦耳的电容器的适当电源相连接。例如，带有电源的电磁机80的电磁成形部分可以是例如Maxwell Magneform公司(美国加利福尼亚州，圣第亚哥市)以商标MAGNEFORM出售的一种。
当组合好的但未变形的回转球阀置于定位器84上、并且刻度盘81转位将这种组合好但未变形的回转球阀组件送至图3所示位置时，便启动气缸104，伸出它的杆，而安装块105和夹爪则向上支承定位器84并支承旋转球阀组件至图5所示的位置，在该位置上，处于未变形状态的圆柱形管20A穿过波形成形器120的通道123。定位器84上升至压缩弹簧70的上部大致处于线圈121的中心的位置。然后，启动气缸113以降低与垫圈74相接合并压缩上述压缩弹簧70的心轴117。从图5可注意到，在该位置时，心轴117穿过由垫圈74和弹簧70构成的开孔，并进入球40的中心通道41中。加载元件116测量因气缸113的压力使心轴117作用在压缩弹簧上的预载荷量。作用在上述弹簧上的载荷量取决于阀的大小；但是，对于14号球阀的尺寸，该载荷量应为400～500磅。除非确证心轴对弹簧施加的载荷量处于对该尺寸的弹簧所规定的最佳值的公差范围内，否则与加载元件116一起动作的控制器则阻止电磁成形机构的启动。
假定对弹簧施加的载荷处于规定的范围内，电磁电源便接通，从而使圆柱形铜管20A的一个圆环部分径向向内变形而形成上述的环形槽76来压紧垫圈74、以保持压缩弹簧70牢牢地定位并对座圈60施加适当的压力，使它与转动球40间保持密封，同时又推压转动球40与密封圈50形成密封接合。
然后气缸113反向，使心轴117离开球阀组件V。同理，气缸104启动，使定位器84和球阀组件V退出和降低到低于波形成形器120和线圈121的位置。然后刻度盘81转位60°(假设是六工位机器)，到达可将球阀组件V从电磁机80取下的位置。注意，从电磁机取下的回转球阀组件V除了由电磁成形工艺形成的环形槽76外，还带有一个具有圆柱形壁的厂制短管。通常希望用一般的型锻技术将厂制短管20锻成图1所示的成品球阀组件的形状。另外，如图1和7所示，可对作动管30和注液管33加一个端盖34。
已满意地发现，对于某些用途可以不用压缩弹簧而制成球阀组件。参看图9，图中示出总的以标号200表示的回转球阀组件。可以清楚地看出，该球阀组件的各种零件，除了座圈以外，从壳体10的进口端11至出口端12的零件都与图1所示实施例的相同。如图9所示，在上述实施例中所用的弹簧已被省去。然而，即使去除弹簧，重要的还是要在圆柱形管20A向内变形的过程中总装球阀组件200，并使支持垫圈和座圈的环形槽承受最好是非扭转的轴向力。如图9所示，具有形状可与球40密封接合的球形表面262的座圈260被安置成球形表面262与球40相接合。座圈260具有一个凸部264和一个从该凸部264径向向外伸出的凸肩266。如果需要的话，座圈260可以做成不带凸部264，而是简单地从通道261径向向外延伸至凸肩266。
厂制短管220钎焊在壳体10进口端11的第一锥口孔19内。如图9中点划线所示，厂制短管220最初是简单的圆柱形管件220A。该厂制短管从第一端221延伸到第二端222。
外径可装入圆柱形管220A内的垫圈274设置成与座圈260的凸肩266相接合。该垫圈274具有一个孔口275。在座圈260具有凸部264的那类情况下，垫圈274的孔口275的大小足够让凸部264通过，从而使垫圈274与向外伸出的凸肩266以面对面的关系相接合。
由于各种零件按上述方法设置，故可像图1～8所示实施例那样施加轴向力，同时，被组装的零件受到这种轴向力，推动座圈260与球40形成密封接合，而球40又与密封圈50形成密封接合，圆柱形管220A则在电磁机80内经受电磁作用形成一个向内延伸的环形槽276，该环形槽276与垫圈274相接合并处于推压座圈260密封地紧贴球40、而球40又密封地紧贴密封圈50的位置上。
对于那些要用压缩弹簧的实施例而言，可以采用很多种类的压缩弹簧来代替图1和2所示实施例中所述的特定类型的压缩弹簧70，这一点应属于本发明的申请范围。
显然，熟悉本技术的人们很容易对上述实施例作很多其他的改动，因此，本发明的范围应仅由所附权利要求的范围来确定。