專利名稱：流體閥體和改進(jìn)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體上涉及流體閥體，具體而言，涉及流體閥體和降^氐其成本的 制造方法。
背景技術(shù)：
通常，在諸如油氣管道分配系統(tǒng)、化學(xué)加工廠以及例如食品飲料加工、 制藥過程、化妝品生產(chǎn)過程等的衛(wèi)生加工的工業(yè)過程中，需要控制過程流體。 通常，諸如壓力、溫度和過程流體特性的過程條件決定了可以用于實現(xiàn)流體 控制系統(tǒng)的閥和閥組件的類型。閥通常具有包括入口和出口的流體通路，該 流體通路穿過閥體。
各種類型的結(jié)構(gòu)可用于制造流體閥體，諸如鑄件、鍛件或機(jī)械加工的實 心材料。通常，流體控制過程確定了適于過程中使用的闊體的材料和結(jié)構(gòu)的 類型。對于諸如提供潔凈蒸汽、用于注射的水或食品飲料服務(wù)的要求衛(wèi)生條 件的過程，由于鑄件的孔隙可在閥內(nèi)沿流體流動的路徑隱藏微生物和其他污 染物，因此鑄件不可用。鍛件可用于制造在衛(wèi)生用流體控制系統(tǒng)中使用的流 體閥體，但是其通常對于少量生產(chǎn)這種閥體在經(jīng)濟(jì)上不可行。諸如金屬棒料
的實心體或物體可用于制造在衛(wèi)生用流體控制系統(tǒng)中使用的閥體。然而，由 于實心物體必須具有足夠大的初始尺寸以提供閥體的最大外部尺寸或直徑，
而且最后的壁厚可能相對于初始的壁厚較小，因此在加工過程中浪費大量的 材料。因此，相對于加工閥體內(nèi)表面所花費的時間，大量的加工時間花費在 去除材料多余的外部厚度。
圖1是為用在衛(wèi)生用流體控制過程中所制造的已知閥體示例的橫截面
圖。閥體100由兩個實心物體(例如，金屬棒料)加工而成，以提供閥體件
105和107。零件105的第一端110被加工為形成用于連接至過程流體控制 系統(tǒng)的另外部分(例如，管)的法蘭112。法蘭112具有外徑A,其通過加 工形成主體100的實心物體的初始更大外徑實現(xiàn)。第一端110具有內(nèi)徑B， 其需要加工掉或去除實心物體的大量材料。類似地，閥體100的端口 120需 要去除大量材料以使得具有直徑C的端口 120滿足閥體100所需的流體流動 特性。零件105的第二端13(H皮加工為包括具有外徑D和內(nèi)徑E的法蘭132, 以及鄰近端口 120的具有直徑F的增大區(qū)域。再者，用于形成零件105的實 心物體的相當(dāng)多的材料必須加工掉(即，轉(zhuǎn)變?yōu)閺U料)以形成內(nèi)徑E和F。
單獨的實心物體(例如， 一塊棒料)用于提供具有開口端142的橫向或 側(cè)向零件107。側(cè)向零件107的端部142被加工為包括法蘭144,其具有外 徑G和橫向地延伸至端部110的內(nèi)徑B的內(nèi)徑H。再者，用于形成閥體零 件107的實心物體的相當(dāng)多的材料必須加工掉，以形成端部142的外徑G 和內(nèi)徑H。在側(cè)向零件107加工后，使用諸如氣體保護(hù)鎢極電弧焊、焊條電 弧焊、埋弧焊、藥芯焊絲電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、電氣弧焊、等離子弧 焊和/或原子氫焊的任一種或幾種已知技術(shù)的組合，在閥體100的側(cè)向部分 117處經(jīng)由焊-接部115將側(cè)向零件107永久地連接或沖妻合至零件105。
如可從已知閥體IOO容易地看出，用于形成零件105和107的實心物體 的初始尺寸或直徑必須足夠大，以使零件105和107的直徑和輪廓能夠形成， 這導(dǎo)致了大量的加工時間、大量的材料廢料和相應(yīng)增大的勞動成本，所有這 些促使閥體100的制造相對昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示例， 一種制造流體閥體的方法包括獲得一定長度的管和形 成所述一定長度的管的第一和第二端，使得所述第一端被設(shè)置為一開口，所 述第二端被設(shè)置為連接至所述流體閥體的第二元件。另外，所述管的第二端 被連接至所述第二元件，以形成所述流體閥體的至少一部分。
根據(jù)另一示例， 一種流體閥體包括一定長度的管，該管具有被設(shè)置為開 口端的第一端和連接至所述流體閥體的第二元件的第二端。所述管的第二端
與所述第二元件;坡連接在 一起以形成所述流體閥體的至少 一部分。


圖l是已知流體閥體的橫截面圖。
圖2是示例性流體閥體的橫截面圖。
圖3是可替代示例性流體閥體的橫截面圖。
圖4是可用于制造在此7>開的示例性流體閥體的示例工藝過程的代表 性流程圖。
具體實施例方式
一般而言，在此描述的示例性流體閥體包括閥體，流體可在該閥體的端 部之間流過閥體和通過該閱體的一個或多個流體通道或端口。通常，用于衛(wèi) 生流體流動應(yīng)用的已知流體閥體由例如金屬棒材坯料的實心物體制造。這種 棒材坯料在其加工完成時必須具有尺寸足以形成所述流體閥體的所需輪廓 的初始外部尺寸或直徑。加工過程通常需要去除大量金屬，其在加工過程中 變?yōu)閺U料。另外，制造這種流體閥體需要大量的加工時間并導(dǎo)致相當(dāng)大的勞 動成本或支出。
使用鑄造工藝形成閥體能夠明顯地減少廢料和制造時間量。然而，因為 鑄件的孔隙可導(dǎo)致隱藏微生物或其他污染物，因此鑄件不適合用作衛(wèi)生用閥 體。此外，盡管鍛件能夠用于制造衛(wèi)生應(yīng)用中使用的流體閥體，但是鍛件相 對昂貴，因此對于流體閥體的低量生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上不可行。
圖2是示例性流體閥體200的橫截面圖。如圖2所示，示例性閥體200 包括由選擇的和/或切削長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，其具有開口 212和用于與流體控制系統(tǒng)的另 外部分連接的法蘭214。法蘭214具有外徑I，開口2U具有內(nèi)徑J。如從圖 2中可意識到，使用一根管來形成第一零件或元件210,比加工實心物體或 金屬棒材坯料的類似件(例如，如圖1所示已知閥體100的零件105的情況)
需要更少的加工，并由此產(chǎn)生更少的廢料。
第一元件或零件(例如一根管)210的相對端或第二端216被設(shè)置為連 接至示例性閥體200的第二零件或元件220。元件210的第二端216可通過 任一適合的加工(例如，切削)和/或鉆孔操作被設(shè)置為所需形狀。第二元 件220由實心物體(例如，金屬才奉材坯料)加工而成，并具有端部222，該 端部222包4舌具有外徑K的法蘭224。端部222包括具有直徑L的開口 226, 其延伸至具有直徑M的增大區(qū)域228。第二元件220的另 一端或第二端230 被設(shè)置(例如，加工)為接合或連接至第一元件(例如，管)210的第二端 216，并包括一成型或切削部分232，以接合或連接至第一元件(例如，管) 210的第二端216的一部分。鄰近第二端230的為具有直徑N的端口 240, 其被設(shè)置為控制通過端口 240的流體流動。零件或元件210的第二端216與 第二元件220的第二端230通過實現(xiàn)永久且密封結(jié)合的任一接合技術(shù) (joining techniques)連接或接合在一起。當(dāng)由金屬物體制造時，示例性連 接或接合技術(shù)可包括氣體保護(hù)鵠極電弧焊、焊條電弧焊、埋弧焊、藥芯焊絲 電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、電氣弧焊、等離子弧焊和原子氳焊。在示例性 閥體200中，焊透結(jié)合部或焊4妄部236可形成在第一元件210與第二元件 220之間。
通常，示例性流體閥體可由兩件或多件諸如管和棒料材料的材料制造。 在圖2的示例性閥體200中，主體200包括通過加工實心物體或金屬棒料材 料形成的第三零件或元件250。第三元件250包括端部252，該端部252包 括具有外徑O和內(nèi)徑P的法蘭254。端部252包括具有直徑P的開口 256。 可替代地，由于端部252在將第三元件250裝配至示例性流體閥體200之前 形成為最終結(jié)構(gòu)，因此第三元件250可以為預(yù)成型零件。第三元件250的第 二端258祐 沒置為分別接合第一元件210和第二元件220的第二端216和 230中的至少一個。第三元件250通過上述任一連接或接合技術(shù)連接或接合 至閥體200以實現(xiàn)永久且密封結(jié)合，在本示例中，第三元件250可通過焊透 結(jié)合部或焊接部259接合。在圖2所示的示例性閥體200中，結(jié)合部或焊接 部259將第三元件250"l妄合至第一元件210和第二元件220。然而，才艮據(jù)i殳 計要求，第三元件250可僅接合至第一元件210和第二元件220其中之一。
圖2的示例性流體閥體200是減少了制造閥體所需的加工時間量的制造 方法的結(jié)果。第 一元件210可由預(yù)先選擇為具有適當(dāng)長度和內(nèi)外徑的 一根金 屬管制成，其與實心金屬物體或棒料材料所需的加工時間相比需要更少的加 工時間。通過利用一才艮管210形成閥體200的第一元件210,從制造過程消 除了大量的加工時間以及相應(yīng)的大量廢料和損失時間。圖l的已知流體閥體 100通常需要大約四個小時的加工時間來制造零件105和107。相反，制造 圖2的第一元件210、第二元件220和第三元件250所需的加工時間為大約 兩個半小時。此夕卜，圖1的已知閥體100由重約IOO磅的初始棒材坯料制成， 所示完成的閥體100重約25磅，產(chǎn)生了大約75磅的廢料。在圖2的示例中， 使用預(yù)先選擇的具有適當(dāng)長度和內(nèi)外徑的管形成第一元件210產(chǎn)生更少的 材料成本，這是因為在制造過程中產(chǎn)生相當(dāng)少的廢料。盡管需要另外的焊接 時間將第一元件210連接至第二元件220，與由諸如棒料的實心金屬物體制 造的閥體相比，示例性閥體200的制造花費更少。通常，具有高抗腐蝕性的 低碳不銹鋼合金可在制造用于衛(wèi)生用流體流動應(yīng)用的流體閥體中使用。
圖3是可替代示例性流體閥體300的橫截面圖。如圖3所示，示例性閥 體300包括先前所示的由初始的一根金屬管加工的第一元件210。在此示例 中，第一元件或管件210的第二端216被設(shè)置(例如，通過加工和/或鉆孔) 為連接至閥體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,其由凈皮加工以提供所述部分322和344的輪廓的實心物體或金屬 棒料件制成。第一部分322具有外尺寸或直徑S,第二部分344具有外尺寸 或直徑U。如可從圖3容易看出的，第一部分322的外尺寸S明顯地小于第 二部分344的外尺寸U。通過由單獨的更小直徑的實心物體或件制成第一部 分322，可實現(xiàn)實心物體的成本、形成第二部分344所需的加工時間量和在 制造過程中被加工掉變成廢料的材料量的明顯減少。
第一部分322包括第一端324,該第一端324通過加工一皮設(shè)置為4姿合或 連接至第二部分344的第一端334。第一端324具有開口 326，該開口 326 包括具有直徑R的擴(kuò)大區(qū)域328。第一部分322的第二開口端330通過加工 被設(shè)置為包括具有外徑S和內(nèi)徑T的法蘭332。第二部分344的第一端334 包括具有直徑R的開口 336,以形成擴(kuò)大區(qū)域338的一部分。開口 336與相 應(yīng)形狀的開口 326在第一部分322的第一端324處流體連通。第二部分344 包括第二端342,該第二端342通過加工被設(shè)置為接合或連接至第一元件210 的第二端216。第二部分344包括被設(shè)置為連接或接合第一元件210的第二 端216的一部分的成型或切削部分346。鄰近第二部分344的第二端342的 為具有直徑Q的端口 340,用于控制通過端口 340的流體流動。第二部分 344的第一端334與第一部分322的第一端324通過任一上述示例性接合技 術(shù)連接或接合在一起，以實現(xiàn)諸如焊接部355的永久且密封結(jié)合。
示例性閥體300還包括先前所示的通過加工實心物體或金屬棒料材料 形成的第三零件或元件250。第三元件250包括具有法蘭254、開口 256的 端部252,和#皮_沒置為4妄合或連4^第一元件210的第二端216或第二部分344 的第二端342中的至少一個的第二端258。如圖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通過 上述任一連接或接合技術(shù)在結(jié)合部或焊接部358處連接或接合至第二端216 和342以實現(xiàn)永久且密封結(jié)合。
圖4是用于制造示例性流體閥體的方法的示例性流程圖表示。具體而 言，圖4示出了可用于制造在此描述的示例性閥體的示例性制造方法400。 開始，根據(jù)所需內(nèi)外徑(例如，第一元件或零件210的內(nèi)外徑)選擇管(方 框402 ),然后，如果沒有預(yù)先選擇至所需長度，則將該管切削至所需長度 (方框404)。如結(jié)合圖2和3的示例性閥體所述， 一定長度的管被加工為 形成具有開口的端部(例如圖2和3的具有開口 212的端部211 )。然而， 該端部和開口可僅僅部分加工或粗加工(方框406 )，最終加工可稍后完成。 通過在制造過程的稍后時間完成管的端部和開口的最終加工，由于沒有完全
加工由于多種原因稍后在過程中可能被廢棄的零件，可節(jié)省時間和支出。通 常， 一旦示例性閥體的最終裝配成功完成，可實現(xiàn)閥體的一些部分的最終加
工，以降低先前完全加工的廢棄部分的可能性。因此，圖4所示的方法400 描述了粗加工操作和最終加工操作。
管的另一端或第二端(例如圖2和3的端部216)可選擇地加工(方框 408)，在一些應(yīng)用中，第二端將完全地加工，因為該端將4妾合或連4妻至完 成閥體的第二元件(例如圖2和3的第二元件220和320 )?？商娲兀?的第二端可鉆孔以形成所需輪廓(方框410)。
緊接著，示例性閥體的第二元件可通過圖4所示的可替代方法制造。選 擇用于形成第二元件的材料(方框412),根據(jù)用于示例性閥體的所需應(yīng)用， 所選的材料可以為實心物體或由金屬制成的 一塊棒料。將第二元件切削至所 需長度(方框414),然后加工以形成所需輪廓?？商娲?，加工方法可以 為加工第二元件的一端(例如圖2和3的端部222和330 )和至少部分地加 工第二元件的端口 (例如圖2和3的端口 240和340)和另一端(例如圖2 和3的端部230和342)(方框416),或者部分加工第二元件的兩端(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(例如圖2和3的第二元件220和320)被放置在諸如夾具的夾持裝 置中，并例如通過上述的焊接連接或接合在一起(方框420)。該組件可最 終加工以實現(xiàn)所需最終輪廓(方框422)。根據(jù)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個或兩個可能需要最終加工。
方框430-438示出了制造示例性閥體的第二元件的可替代方法。選擇用
于形成第二元件(例如圖3的第二元件320 )的兩個部分(例如圖3的第一
和第二部分322和344 )(方才匡430 )。所選的用于兩個部分的結(jié)構(gòu)可以為
金屬制成的實心物體或由棒材坯料。兩個部分切削至用于各自部分的所需長
度(方框432 )。圖4的示例性方法，具體為用于形成兩部分式第二元件的
方法，包括至少部分加工第二元件的第一部分的端部(例如圖3的端部324
和330 )(方框434)。第二元件的兩個部分的第二部分在兩端(例如圖3
的端部334和342 )處均至少部分加工或粗加工，并形成作為第二部分的一 部分的端口 (例如圖3的端口 340)(方框436)。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，第二 元件的兩個零件或部分可在第一和第二部分中的任意一個或兩個中包括端 口 ，第二部分中的端口的描述僅僅是例示在此描述的示例性制造方法和設(shè) 計。第一和第二部分然后被放置在諸如夾具的夾持裝置中(方框438 )，并 例如通過上述的焊接被連接或接合在一起，以形成第二元件。該可替代的制 造方法包括將管(例如，第一元件或零件210)和第二元件(例如，圖3的 第二元件320)放置在諸如夾具的夾持裝置中，使得該管和第二元件例如通 過上述的焊接連接或接合在一起(方框420),然后，該管和第二元件組件 可最終加工以實現(xiàn)所需最終輪廓(方框422)。根據(jù)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個或兩個可能需要最終加工。
如先前所公開的，示例性閥體可包括如圖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(例如圖2和3的第三元件250)。如果 需要第三元件，則選擇用于制造第三元件的結(jié)構(gòu)(例如，由金屬制成的實心 物體或一塊棒料)(方框440 )。第三元件可切削至所需長度(方框442), 端部(例如圖2和3的端部252和258 )-故加工以形成所需4侖廓(方框444)。 可替代地，選擇過程可包括預(yù)成型零件或第三元件的選擇(方框440),該 預(yù)成型零件或第三元件包括諸如具有法蘭(例如，圖2和3的法蘭254 )的 端部(例如圖2和3的端部252 )的最終部分，以便不需要該最終部分的加 工。預(yù)成型的第三元件的一端(例如圖2和3的端部258 );陂加工為形成一 輪廓(方框446),以^^第三元件-陂連接至或接合管和第二元件中的至少一 個。在第三元件的適當(dāng)加工完成后，管和第二元件組件以及第三元件被放置 在諸如夾具的夾持裝置中，并例如通過在此所公開的焊接連接或接合在一起 (方框448 )。通常，第三元件的加工可在第三元件被連接至管和第二元件 組件之前完成。
參照圖4所示的流程圖描述示例的制造方法。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員將容易明白，存在其他方式以實現(xiàn)制造流體閥體的方法，諸如使用CNC
機(jī)器、所述部分的手工加工和/或改變圖4所圖示的操作順序。
盡管在此描述了一些制造示例性方法、設(shè)備和物件，但是本專利所覆蓋 的范圍并不限于此。相反，本專利覆蓋完全屬于所附權(quán)利要求范圍書內(nèi)的文 字上的或者等同原則下的所有制造方法、設(shè)備和物件。
權(quán)利要求
1、一種制造流體閥體的方法，該方法包括獲得一定長度的管；形成所述一定長度的管的第一和第二端，使得所述第一端被設(shè)置為一開口，所述第二端被設(shè)置為連接至所述流體閥體的第二元件；以及將所述管的第二端連接至所述第二元件，以形成所述流體閥體的至少一部分。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述將所述管的第二端連接至所述 第二元件包括焊接。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述管和所述第二元件由金屬制成。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體閥體被設(shè)置為用作流體調(diào) 節(jié)裝置的一部分。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成所述管的第二端包括鉆孔 或切削中的至少一種。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括由基本為實心的物體形成所述第二元件，使得所述第二元件包括第 一端 和被設(shè)置為連接至所述管的第二端的第二端。
7、 如權(quán)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 第二元件之前連接至所述管的第二端。
8、 如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述管和所述第二元件中的至少一個的所述第二端，以接合所述流 體閥體的第三元件；由基本為實心的物體形成所述第三元件，使得所述第三元件的第一端被 設(shè)置為開口端，而且，所述第三元件的第二端被設(shè)置為連接至所述管或所述 第二元件中的至少一個的所述第二端；以及將所述第三元件的第二端連接至所述管或所述第二元件中的至少一個 的所述第二端。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中將所述第三元件的第二端連接至所 述管或所述第二元件中的至少 一個的所述第二端包括焊接。
10、 如權(quán)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 至少一個由金屬制成。
11、 如;K利要求1所述的方法，進(jìn)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 被設(shè)置為接合所述第二部分，而且，所述第一部分的第二端被設(shè)置為開口端； 所述第二部分包括端口、被設(shè)置為接合所述第一部分的第一端的第一端，和 被設(shè)置為接合所述管的第二端的第二端；以及將所述第一和第二部分的第一端連接在一起。
12、 一種流體閥體，包括一定長度的管，所述管具有被設(shè)置為開口端的 第一端和連接至所述流體閥體的第二元件的第二端，所述管的第二端與所述 第二元件,皮連接在 一起以形成所迷流體閥體的至少 一部分。
13、 如權(quán)利要求12所述的流體閥體，其中所述管的第二端與所述第二 元件通過焊纟妄部連接。
14、 如權(quán)利要求12所述的流體閥體，其中所述流體閥體是流體調(diào)節(jié)裝 置的一部分。
15、 如權(quán)利要求12所述的流體閥體，其中所述管的第二端通過鉆孔或 切削中的至少一種形成。
16、 如權(quán)利要求12所述的流體閥體，其中所述第二元件由基本為實心的物體形成，使得所述第二元件包括端口和連接至所述管的第二端的第二二山柳o
17、 如權(quán)利要求16所述的流體閥體，其中所述管或所述第二元件中的 至少一個的所述第二端連接至所迷流體閥體的第三元件，其中所述第三元件 由實心物體形成，使得所述第三元件的第一端被設(shè)置為開口端，所述第三元 件的第二端連接至所述管或所述第二元件中的至少一個的所述第二端。
18、 如權(quán)利要求17所述的流體閥體，其中所述第三元件的第二端與所 述管或所述第二元件中的至少一個的所述第二端通過焊接部連接。
19、 如權(quán)利要求17所述的流體閥體，其中所述管、第二元件或第三元 件中的至少一個由金屬制成。
20、 如權(quán)利要求12所述的流體閥體，其中所述第二元件進(jìn)一步包括第 一和第二部分，其中所述第一部分包括連接至所述第二部分的第一端和被設(shè) 置為開口端的第二端，其中所述第二部分的第一端連接至所述第一部分的第 一端，所述第二部分的第二端連接至所述管的第二端。
全文摘要
公開了流體閥體和改進(jìn)的制造方法。公開的流體閥體包括管(210)和第二元件(220)，兩者連接在一起以形成所述閥體的至少一部分。
文檔編號F16K27/00GK101360940SQ200680051166
公開日2009年2月4日 申請日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者塞繆爾·哈羅德·拉森, 托尼·艾倫·杜蘭特 申請人:費希爾控制產(chǎn)品國際有限公司