流体阀体和改进的制造方法

专利名称：流体阀体和改进的制造方法
技术领域：
本公开大体上涉及流体阀体，具体而言，涉及流体阀体和降^氐其成本的 制造方法。
背景技术：
通常，在诸如油气管道分配系统、化学加工厂以及例如食品饮料加工、 制药过程、化妆品生产过程等的卫生加工的工业过程中，需要控制过程流体。 通常，诸如压力、温度和过程流体特性的过程条件决定了可以用于实现流体 控制系统的阀和阀组件的类型。阀通常具有包括入口和出口的流体通路，该 流体通路穿过阀体。
各种类型的结构可用于制造流体阀体，诸如铸件、锻件或机械加工的实 心材料。通常，流体控制过程确定了适于过程中使用的阔体的材料和结构的 类型。对于诸如提供洁净蒸汽、用于注射的水或食品饮料服务的要求卫生条 件的过程，由于铸件的孔隙可在阀内沿流体流动的路径隐藏微生物和其他污 染物，因此铸件不可用。锻件可用于制造在卫生用流体控制系统中使用的流 体阀体，但是其通常对于少量生产这种阀体在经济上不可行。诸如金属棒料
的实心体或物体可用于制造在卫生用流体控制系统中使用的阀体。然而，由 于实心物体必须具有足够大的初始尺寸以提供阀体的最大外部尺寸或直径，
而且最后的壁厚可能相对于初始的壁厚较小，因此在加工过程中浪费大量的 材料。因此，相对于加工阀体内表面所花费的时间，大量的加工时间花费在 去除材料多余的外部厚度。
图1是为用在卫生用流体控制过程中所制造的已知阀体示例的横截面
图。阀体100由两个实心物体(例如，金属棒料)加工而成，以提供阀体件
105和107。零件105的第一端110被加工为形成用于连接至过程流体控制 系统的另外部分(例如，管)的法兰112。法兰112具有外径A,其通过加 工形成主体100的实心物体的初始更大外径实现。第一端110具有内径B， 其需要加工掉或去除实心物体的大量材料。类似地，阀体100的端口 120需 要去除大量材料以使得具有直径C的端口 120满足阀体100所需的流体流动 特性。零件105的第二端13(H皮加工为包括具有外径D和内径E的法兰132, 以及邻近端口 120的具有直径F的增大区域。再者，用于形成零件105的实 心物体的相当多的材料必须加工掉(即，转变为废料)以形成内径E和F。
单独的实心物体(例如， 一块棒料)用于提供具有开口端142的横向或 侧向零件107。侧向零件107的端部142被加工为包括法兰144,其具有外 径G和横向地延伸至端部110的内径B的内径H。再者，用于形成阀体零 件107的实心物体的相当多的材料必须加工掉，以形成端部142的外径G 和内径H。在侧向零件107加工后，使用诸如气体保护钨极电弧焊、焊条电 弧焊、埋弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、电气弧焊、等离子弧 焊和/或原子氢焊的任一种或几种已知技术的组合，在阀体100的侧向部分 117处经由焊-接部115将侧向零件107永久地连接或冲妻合至零件105。
如可从已知阀体IOO容易地看出，用于形成零件105和107的实心物体 的初始尺寸或直径必须足够大，以使零件105和107的直径和轮廓能够形成， 这导致了大量的加工时间、大量的材料废料和相应增大的劳动成本，所有这 些促使阀体100的制造相对昂贵。

发明内容
根据一个示例， 一种制造流体阀体的方法包括获得一定长度的管和形 成所述一定长度的管的第一和第二端，使得所述第一端被设置为一开口，所 述第二端被设置为连接至所述流体阀体的第二元件。另外，所述管的第二端 被连接至所述第二元件，以形成所述流体阀体的至少一部分。
根据另一示例， 一种流体阀体包括一定长度的管，该管具有被设置为开 口端的第一端和连接至所述流体阀体的第二元件的第二端。所述管的第二端
与所述第二元件;坡连接在 一起以形成所述流体阀体的至少 一部分。


图l是已知流体阀体的横截面图。
图2是示例性流体阀体的横截面图。
图3是可替代示例性流体阀体的横截面图。
图4是可用于制造在此7>开的示例性流体阀体的示例工艺过程的代表 性流程图。
具体实施例方式
一般而言，在此描述的示例性流体阀体包括阀体，流体可在该阀体的端 部之间流过阀体和通过该阅体的一个或多个流体通道或端口。通常，用于卫 生流体流动应用的已知流体阀体由例如金属棒材坯料的实心物体制造。这种 棒材坯料在其加工完成时必须具有尺寸足以形成所述流体阀体的所需轮廓 的初始外部尺寸或直径。加工过程通常需要去除大量金属，其在加工过程中 变为废料。另外，制造这种流体阀体需要大量的加工时间并导致相当大的劳 动成本或支出。
使用铸造工艺形成阀体能够明显地减少废料和制造时间量。然而，因为 铸件的孔隙可导致隐藏微生物或其他污染物，因此铸件不适合用作卫生用阀 体。此外，尽管锻件能够用于制造卫生应用中使用的流体阀体，但是锻件相 对昂贵，因此对于流体阀体的低量生产在经济上不可行。
图2是示例性流体阀体200的横截面图。如图2所示，示例性阀体200 包括由选择的和/或切削长度的管加工的第一零件或元件210。第一零件或元 件210被加工以形成端部211，其具有开口 212和用于与流体控制系统的另 外部分连接的法兰214。法兰214具有外径I，开口2U具有内径J。如从图 2中可意识到，使用一根管来形成第一零件或元件210,比加工实心物体或 金属棒材坯料的类似件(例如，如图1所示已知阀体100的零件105的情况)
需要更少的加工，并由此产生更少的废料。
第一元件或零件(例如一根管)210的相对端或第二端216被设置为连 接至示例性阀体200的第二零件或元件220。元件210的第二端216可通过 任一适合的加工(例如，切削)和/或钻孔操作被设置为所需形状。第二元 件220由实心物体(例如，金属才奉材坯料)加工而成，并具有端部222，该 端部222包4舌具有外径K的法兰224。端部222包括具有直径L的开口 226, 其延伸至具有直径M的增大区域228。第二元件220的另 一端或第二端230 被设置(例如，加工)为接合或连接至第一元件(例如，管)210的第二端 216，并包括一成型或切削部分232，以接合或连接至第一元件(例如，管) 210的第二端216的一部分。邻近第二端230的为具有直径N的端口 240, 其被设置为控制通过端口 240的流体流动。零件或元件210的第二端216与 第二元件220的第二端230通过实现永久且密封结合的任一接合技术 (joining techniques)连接或接合在一起。当由金属物体制造时，示例性连 接或接合技术可包括气体保护鵠极电弧焊、焊条电弧焊、埋弧焊、药芯焊丝 电弧焊、熔化极气体保护焊、电气弧焊、等离子弧焊和原子氲焊。在示例性 阀体200中，焊透结合部或焊4妄部236可形成在第一元件210与第二元件 220之间。
通常，示例性流体阀体可由两件或多件诸如管和棒料材料的材料制造。 在图2的示例性阀体200中，主体200包括通过加工实心物体或金属棒料材 料形成的第三零件或元件250。第三元件250包括端部252，该端部252包 括具有外径O和内径P的法兰254。端部252包括具有直径P的开口 256。 可替代地，由于端部252在将第三元件250装配至示例性流体阀体200之前 形成为最终结构，因此第三元件250可以为预成型零件。第三元件250的第 二端258祐 没置为分别接合第一元件210和第二元件220的第二端216和 230中的至少一个。第三元件250通过上述任一连接或接合技术连接或接合 至阀体200以实现永久且密封结合，在本示例中，第三元件250可通过焊透 结合部或焊接部259接合。在图2所示的示例性阀体200中，结合部或焊接 部259将第三元件250"l妄合至第一元件210和第二元件220。然而，才艮据i殳 计要求，第三元件250可仅接合至第一元件210和第二元件220其中之一。
图2的示例性流体阀体200是减少了制造阀体所需的加工时间量的制造 方法的结果。第 一元件210可由预先选择为具有适当长度和内外径的 一根金 属管制成，其与实心金属物体或棒料材料所需的加工时间相比需要更少的加 工时间。通过利用一才艮管210形成阀体200的第一元件210,从制造过程消 除了大量的加工时间以及相应的大量废料和损失时间。图l的已知流体阀体 100通常需要大约四个小时的加工时间来制造零件105和107。相反，制造 图2的第一元件210、第二元件220和第三元件250所需的加工时间为大约 两个半小时。此夕卜，图1的已知阀体100由重约IOO磅的初始棒材坯料制成， 所示完成的阀体100重约25磅，产生了大约75磅的废料。在图2的示例中， 使用预先选择的具有适当长度和内外径的管形成第一元件210产生更少的 材料成本，这是因为在制造过程中产生相当少的废料。尽管需要另外的焊接 时间将第一元件210连接至第二元件220，与由诸如棒料的实心金属物体制 造的阀体相比，示例性阀体200的制造花费更少。通常，具有高抗腐蚀性的 低碳不锈钢合金可在制造用于卫生用流体流动应用的流体阀体中使用。
图3是可替代示例性流体阀体300的横截面图。如图3所示，示例性阀 体300包括先前所示的由初始的一根金属管加工的第一元件210。在此示例 中，第一元件或管件210的第二端216被设置(例如，通过加工和/或钻孔) 为连接至阀体300的第二元件320。第二元件320包括第一部分322和第二 部分344,其由净皮加工以提供所述部分322和344的轮廓的实心物体或金属 棒料件制成。第一部分322具有外尺寸或直径S,第二部分344具有外尺寸 或直径U。如可从图3容易看出的，第一部分322的外尺寸S明显地小于第 二部分344的外尺寸U。通过由单独的更小直径的实心物体或件制成第一部 分322，可实现实心物体的成本、形成第二部分344所需的加工时间量和在 制造过程中被加工掉变成废料的材料量的明显减少。
第一部分322包括第一端324,该第一端324通过加工一皮设置为4姿合或 连接至第二部分344的第一端334。第一端324具有开口 326，该开口 326 包括具有直径R的扩大区域328。第一部分322的第二开口端330通过加工 被设置为包括具有外径S和内径T的法兰332。第二部分344的第一端334 包括具有直径R的开口 336,以形成扩大区域338的一部分。开口 336与相 应形状的开口 326在第一部分322的第一端324处流体连通。第二部分344 包括第二端342,该第二端342通过加工被设置为接合或连接至第一元件210 的第二端216。第二部分344包括被设置为连接或接合第一元件210的第二 端216的一部分的成型或切削部分346。邻近第二部分344的第二端342的 为具有直径Q的端口 340,用于控制通过端口 340的流体流动。第二部分 344的第一端334与第一部分322的第一端324通过任一上述示例性接合技 术连接或接合在一起，以实现诸如焊接部355的永久且密封结合。
示例性阀体300还包括先前所示的通过加工实心物体或金属棒料材料 形成的第三零件或元件250。第三元件250包括具有法兰254、开口 256的 端部252,和#皮_没置为4妄合或连4^第一元件210的第二端216或第二部分344 的第二端342中的至少一个的第二端258。如图3所示，第二端258接合第 一元件210的第二端216和第二部分344的第二端342。第三元件250通过 上述任一连接或接合技术在结合部或焊接部358处连接或接合至第二端216 和342以实现永久且密封结合。
图4是用于制造示例性流体阀体的方法的示例性流程图表示。具体而 言，图4示出了可用于制造在此描述的示例性阀体的示例性制造方法400。 开始，根据所需内外径(例如，第一元件或零件210的内外径)选择管(方 框402 ),然后，如果没有预先选择至所需长度，则将该管切削至所需长度 (方框404)。如结合图2和3的示例性阀体所述， 一定长度的管被加工为 形成具有开口的端部(例如图2和3的具有开口 212的端部211 )。然而， 该端部和开口可仅仅部分加工或粗加工(方框406 )，最终加工可稍后完成。 通过在制造过程的稍后时间完成管的端部和开口的最终加工，由于没有完全
加工由于多种原因稍后在过程中可能被废弃的零件，可节省时间和支出。通 常， 一旦示例性阀体的最终装配成功完成，可实现阀体的一些部分的最终加
工，以降低先前完全加工的废弃部分的可能性。因此，图4所示的方法400 描述了粗加工操作和最终加工操作。
管的另一端或第二端(例如图2和3的端部216)可选择地加工(方框 408)，在一些应用中，第二端将完全地加工，因为该端将4妾合或连4妻至完 成阀体的第二元件(例如图2和3的第二元件220和320 )。可替代地，管 的第二端可钻孔以形成所需轮廓(方框410)。
紧接着，示例性阀体的第二元件可通过图4所示的可替代方法制造。选 择用于形成第二元件的材料(方框412),根据用于示例性阀体的所需应用， 所选的材料可以为实心物体或由金属制成的 一块棒料。将第二元件切削至所 需长度(方框414),然后加工以形成所需轮廓。可替代地，加工方法可以 为加工第二元件的一端(例如图2和3的端部222和330 )和至少部分地加 工第二元件的端口 (例如图2和3的端口 240和340)和另一端(例如图2 和3的端部230和342)(方框416),或者部分加工第二元件的两端(方 框418)。在第二元件所需加工完成后，管(例如第一元件或管210)和第 二元件(例如图2和3的第二元件220和320)被放置在诸如夹具的夹持装 置中，并例如通过上述的焊接连接或接合在一起(方框420)。该组件可最 终加工以实现所需最终轮廓(方框422)。根据管和/或第二元件先前加工的 程度，管和第二元件中的任意一个或两个可能需要最终加工。
方框430-438示出了制造示例性阀体的第二元件的可替代方法。选择用
于形成第二元件(例如图3的第二元件320 )的两个部分(例如图3的第一
和第二部分322和344 )(方才匡430 )。所选的用于两个部分的结构可以为
金属制成的实心物体或由棒材坯料。两个部分切削至用于各自部分的所需长
度(方框432 )。图4的示例性方法，具体为用于形成两部分式第二元件的
方法，包括至少部分加工第二元件的第一部分的端部(例如图3的端部324
和330 )(方框434)。第二元件的两个部分的第二部分在两端(例如图3
的端部334和342 )处均至少部分加工或粗加工，并形成作为第二部分的一 部分的端口 (例如图3的端口 340)(方框436)。应当清楚地理解，第二 元件的两个零件或部分可在第一和第二部分中的任意一个或两个中包括端 口 ，第二部分中的端口的描述仅仅是例示在此描述的示例性制造方法和设 计。第一和第二部分然后被放置在诸如夹具的夹持装置中(方框438 )，并 例如通过上述的焊接被连接或接合在一起，以形成第二元件。该可替代的制 造方法包括将管(例如，第一元件或零件210)和第二元件(例如，图3的 第二元件320)放置在诸如夹具的夹持装置中，使得该管和第二元件例如通 过上述的焊接连接或接合在一起(方框420),然后，该管和第二元件组件 可最终加工以实现所需最终轮廓(方框422)。根据管和/或第二元件先前加 工的程度，管和第二元件中的任意一个或两个可能需要最终加工。
如先前所公开的，示例性阀体可包括如图2和3所示的由管制成的第一 元件或零件、第二元件和第三元件(例如图2和3的第三元件250)。如果 需要第三元件，则选择用于制造第三元件的结构(例如，由金属制成的实心 物体或一块棒料)(方框440 )。第三元件可切削至所需长度(方框442), 端部(例如图2和3的端部252和258 )-故加工以形成所需4仑廓(方框444)。 可替代地，选择过程可包括预成型零件或第三元件的选择(方框440),该 预成型零件或第三元件包括诸如具有法兰(例如，图2和3的法兰254 )的 端部(例如图2和3的端部252 )的最终部分，以便不需要该最终部分的加 工。预成型的第三元件的一端(例如图2和3的端部258 );陂加工为形成一 轮廓(方框446),以^^第三元件-陂连接至或接合管和第二元件中的至少一 个。在第三元件的适当加工完成后，管和第二元件组件以及第三元件被放置 在诸如夹具的夹持装置中，并例如通过在此所公开的焊接连接或接合在一起 (方框448 )。通常，第三元件的加工可在第三元件被连接至管和第二元件 组件之前完成。
参照图4所示的流程图描述示例的制造方法。但是，本领域普通技术人 员将容易明白，存在其他方式以实现制造流体阀体的方法，诸如使用CNC
机器、所述部分的手工加工和/或改变图4所图示的操作顺序。
尽管在此描述了一些制造示例性方法、设备和物件，但是本专利所覆盖 的范围并不限于此。相反，本专利覆盖完全属于所附权利要求范围书内的文 字上的或者等同原则下的所有制造方法、设备和物件。
权利要求
1、一种制造流体阀体的方法，该方法包括获得一定长度的管；形成所述一定长度的管的第一和第二端，使得所述第一端被设置为一开口，所述第二端被设置为连接至所述流体阀体的第二元件；以及将所述管的第二端连接至所述第二元件，以形成所述流体阀体的至少一部分。
2、 如权利要求l所述的方法，其中所述将所述管的第二端连接至所述 第二元件包括焊接。
3、 如权利要求1所述的方法，其中所述管和所述第二元件由金属制成。
4、 如权利要求1所述的方法，其中所述流体阀体被设置为用作流体调 节装置的一部分。
5、 如权利要求1所述的方法，其中所述形成所述管的第二端包括钻孔 或切削中的至少一种。
6、 如权利要求l所述的方法，进一步包括由基本为实心的物体形成所述第二元件，使得所述第二元件包括第 一端 和被设置为连接至所述管的第二端的第二端。
7、 如权利要求6所述的方法，其中所述第二元件的第二端在形成所述 第二元件之前连接至所述管的第二端。
8、 如权利要求6所述的方法，进一步包括形成所述管和所述第二元件中的至少一个的所述第二端，以接合所述流 体阀体的第三元件；由基本为实心的物体形成所述第三元件，使得所述第三元件的第一端被 设置为开口端，而且，所述第三元件的第二端被设置为连接至所述管或所述 第二元件中的至少一个的所述第二端；以及将所述第三元件的第二端连接至所述管或所述第二元件中的至少一个 的所述第二端。
9、 如权利要求8所述的方法，其中将所述第三元件的第二端连接至所 述管或所述第二元件中的至少 一个的所述第二端包括焊接。
10、 如权利要求8所述的方法，其中所述管、第二元件或第三元件中的 至少一个由金属制成。
11、 如;K利要求1所述的方法，进一步包括由第一部分和第二部分形成所述第二元件，使得所述第一部分的第一端 被设置为接合所述第二部分，而且，所述第一部分的第二端被设置为开口端； 所述第二部分包括端口、被设置为接合所述第一部分的第一端的第一端，和 被设置为接合所述管的第二端的第二端；以及将所述第一和第二部分的第一端连接在一起。
12、 一种流体阀体，包括一定长度的管，所述管具有被设置为开口端的 第一端和连接至所述流体阀体的第二元件的第二端，所述管的第二端与所述 第二元件,皮连接在 一起以形成所迷流体阀体的至少 一部分。
13、 如权利要求12所述的流体阀体，其中所述管的第二端与所述第二 元件通过焊纟妄部连接。
14、 如权利要求12所述的流体阀体，其中所述流体阀体是流体调节装 置的一部分。
15、 如权利要求12所述的流体阀体，其中所述管的第二端通过钻孔或 切削中的至少一种形成。
16、 如权利要求12所述的流体阀体，其中所述第二元件由基本为实心的物体形成，使得所述第二元件包括端口和连接至所述管的第二端的第二二山柳o
17、 如权利要求16所述的流体阀体，其中所述管或所述第二元件中的 至少一个的所述第二端连接至所迷流体阀体的第三元件，其中所述第三元件 由实心物体形成，使得所述第三元件的第一端被设置为开口端，所述第三元 件的第二端连接至所述管或所述第二元件中的至少一个的所述第二端。
18、 如权利要求17所述的流体阀体，其中所述第三元件的第二端与所 述管或所述第二元件中的至少一个的所述第二端通过焊接部连接。
19、 如权利要求17所述的流体阀体，其中所述管、第二元件或第三元 件中的至少一个由金属制成。
20、 如权利要求12所述的流体阀体，其中所述第二元件进一步包括第 一和第二部分，其中所述第一部分包括连接至所述第二部分的第一端和被设 置为开口端的第二端，其中所述第二部分的第一端连接至所述第一部分的第 一端，所述第二部分的第二端连接至所述管的第二端。
全文摘要
公开了流体阀体和改进的制造方法。公开的流体阀体包括管(210)和第二元件(220)，两者连接在一起以形成所述阀体的至少一部分。
文档编号F16K27/00GK101360940SQ200680051166
公开日2009年2月4日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年12月15日
发明者塞缪尔·哈罗德·拉森, 托尼·艾伦·杜兰特 申请人:费希尔控制产品国际有限公司