加工正錐面密封環的熱套式磨削裝置的制作方法

本發明涉及一種用于加工密封環的密封端面，特別是具有正錐形密封端面密封環的磨削裝置。

背景技術：

在機械密封中實現密封的核心構件是軸向固定并可隨軸旋轉的動環，以及經軸端密封面與動環相對設置并可作軸向浮動的非旋轉的靜環。錐面機械密封是指在動環和/或靜環的密封端面上開設有沿徑向與端面具有一定錐度的正錐形或倒錐形的密封面，通過改變錐形面的參數變化來調整介質在密封端面之間形成的流體膜的動、靜壓效應，以獲得充足的開啟力及流體膜剛度。錐面機械密封適用于密封面壓降大、介質粘度較大的場合，目前較多應用于核電主泵的軸端密封。

由于錐面機械密封中密封環上錐形密封面的錐角較小，量值一般僅為數分至數十分，因此加工時對其端面沿軸向的最大切削量也不過數十微米，并且由于對密封端面的表面質量，包括表面粗糙度、平面度、與軸線的垂直度等都有非常高的要求，這就使得一般的方法難以有效獲得該具有錐形密封面的密封環。

技術實現要素：

鑒于此，本發明提供了一種用于加工密封環的密封端面，特別是具有正錐形密封面密封環的磨削裝置，可以有效解決這一問題。

本發明所述的加工正錐面密封環的熱套式磨削裝置，結構中包括一個以中心軸線為回轉中心的徑向外展盤片體，以及在其徑向內側向一側軸向延伸并具有可與被加工密封環的內孔直徑相適應外徑的軸向延伸結構。所述盤片體的兩軸向端面為分別垂直于中心軸線的基準面和可與被加工密封環的非密封端面接觸的定位工作面，因而該基準面與定位工作面呈相互平行狀。所述軸向延伸結構的外周面為其定位工作面方向的根部周面的直徑≥軸向延伸端直徑的圓柱狀或圓錐狀的回轉面。

此外，所述軸向延伸結構外周面的最大半徑，一般情況下可以使其與被加工密封環的內孔面半徑間保持有5~500微米的過盈量。

根據對密封端面為與旋轉軸垂直的平面或是為具有不同角度錐斜面的要求，通常可將上述結構中所述軸向延伸結構的圓柱狀或圓錐狀回轉面的錐角大小控制為0~30' 的范圍。過大的錐角會導致磨削裝置與被加工密封環接觸時，易使密封環的局部產生較大的應力集中和變形量；當錐角為零時，軸向延伸結構的外周面即為一個圓柱面。

作為一種優選形式，上述結構中所述的徑向外展盤片體與其端部的所述軸向延伸結構，可采用為具有同一內孔面的整體式筒狀結構體。

進一步的可優化結構還包括，上述軸向延伸結構的軸向延伸長度，至少可小于被加工密封環的軸向厚度1毫米，以方便對密封環端面的磨削加工。此外，所述外展盤片體的外周半徑也可至少小于密封環的外周半徑2毫米，以方便磨削加工完成后，使密封環與磨削裝置的拆卸分離。

此外，在上述與定位工作面鄰接的軸向延伸結構部位還可設置有一徑向的凹槽。該凹槽一方面可有利于使被加工的密封環在磨削工裝上順利安裝到位，此外該凹槽的大小也可通過所述盤片體兩軸向端面基準面和定位工作面對被加工密封環的綜合變形產生相應影響。當徑向外展盤片體與其端部的軸向延伸結構為所述的筒狀結構體時，該凹槽的徑向深度，一般情況下可優選地使其與筒狀軸向延伸結構的最大徑向厚度之比為0.01~0.5:1。例如，通常情況下所述凹槽的徑向深度可為0.2~3毫米。此外，上述結構中所述凹槽的軸向寬度與軸向延伸結構的軸向延伸長度之比，一般可以優選為0.01~0.6:1。例如，所述凹槽的軸向寬度的取值一般可為0.3~6毫米。

本發明上述磨削裝置的結構中，所述凹槽的軸向寬度，是指定位工作面與凹槽的相對壁面之間的軸向距離；所述凹槽的徑向深度，是指所述凹槽與軸向延伸結構外周面的鄰接壁面轉折處與凹槽底部圓柱面間的徑向距離；所述軸向延伸結構的軸向延伸長度，是指由徑向外展盤片體的定位工作面至軸向延伸結構的延伸端面之間的軸向距離；當徑向外展盤片體與其端部的軸向延伸結構為所述的整體式筒狀結構體時，所述的軸向延伸結構的徑向厚度，是指軸向延伸結構的外周面與其筒狀結構內孔面之間的最大徑向距離。

在上述結構的基礎上，還可以在所述定位工作面的徑向外側，設置有向所述基準面方向內凹的臺階結構，其中優選的是可使該臺階結構的軸向寬度與外展盤片體的軸向寬度之比為0~0.6:1，和/或當徑向外展盤片體與其端部的軸向延伸結構為所述的整體式筒狀結構體時，可使所述該臺階結構的徑向長度與盤片體的徑向長度之比為0~0.3:1。此臺階的設置，可方便在所述外展盤片體外徑較大的情況下對所述定位工作面徑向大小的調整，使其能與被加工密封環的非密封端面有更好的接觸面徑向位置及接觸面積。

本發明上述磨削裝置對密封環的密封端面進行正錐面加工時，可先將被加工的密封環加熱后，以使其非密封端面與定位工作面接觸抵緊的方式熱套在上述裝置中的軸向延伸結構上。受上述裝置中的定位工作面及所述的軸向延伸結構外周面的共同約束作用，冷卻后的被加工密封環的密封面就會形成一個具有錐角β的倒錐狀凸起變形的表面。以本發明磨削裝置的基準面置于磨床工作臺面上，用磨削頭對密封環該錐形凸起的表面從凸起最高的外徑側開始，由外向內逐漸進行磨削，直至磨削到所需的密封端面的徑向寬度處停止加工，并用常規的液壓拉馬等方式將使加工的密封環與裝置分離。解除了磨削裝置中定位工作面及軸向延伸結構外周面的約束作用的被加工密封環即可恢復其原始形狀，并在其密封端面的所需半徑外側部位形成一個具有錐角β′ 的正錐狀表面。

由此可以理解，本發明上述結構的裝置，可以方便精確地在密封端面上加工出僅有數分至數十分左右、沿軸向的最大切削量不過數十微米，且對密封端面的表面質量要求非常高的具有正錐狀表面。

以下結合附圖所示實施例的具體實施方式，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發明上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發明的范圍內。

附圖說明

圖1是本發明的加工正錐面密封環的熱套式磨削裝置的一種軸向剖面的結構示意圖。

圖2是被加工密封環熱套在圖1所示磨削裝置上冷卻變形后密封端面產生倒錐狀變形的結構示意圖。

圖3是磨削裝置及被加工密封環在磨床上進行加工的狀態示意圖。

圖4是與磨削裝置分離后的被加工密封環上形成得到正錐狀密封端面的結構示意圖。

圖5圖4所示具有正錐狀密封端面的密封環用于機械密封裝置時的一種結構示意圖。

具體實施方式

圖1～圖4所示的是本發明用于加工具有正錐面密封環的磨削裝置1的一種結構，包括一個整體型以中心軸線27為回轉中心并具有中心孔的徑向外展的盤片體3，及其徑向內側位于其一端具有同一內孔面29的中心孔的筒狀軸向延伸結構4。

盤片體3的兩軸向端面為分別垂直于中心軸線27的基準面25和可與被加工密封環2的非密封端面接觸的定位工作面7，盤片體3的外周半徑r1小于被加工密封環2的外周半徑r5至少2毫米。在與定位工作面7鄰接的軸向延伸結構4部位，設有一徑向凹槽6，凹槽6的徑向深度為0.2~3毫米，且其深度與筒狀軸向延伸結構4的最大徑向厚度之比為0.01~0.5:1；凹槽6的軸向寬度可為0.3~6毫米，且其軸向寬度與軸向延伸結構4的軸向延伸長度之比為0.01~0.6:1。在定位工作面7的徑向外側設有一向基準面方向內凹的臺階結構8，臺階結構8的軸向寬度與盤片體3的軸向寬度之比可為0~0.6:1，臺階結構8的徑向長度與盤片體3的徑向長度之比可為0~0.3:1。

軸向延伸結構4的軸向延伸長度小于被加工密封環2的軸向厚度至少1毫米；軸向延伸結構4的外周面5為其定位工作面7方向的根部周面的直徑≥軸向延伸端直徑的圓柱狀或圓錐狀的回轉面形式，且該軸向延伸結構4的圓柱狀或圓錐狀回轉外周面5的錐角β為0~30'。軸向延伸結構4的外徑與被加工密封環2的內孔9的直徑相適應，且其最大半徑r2與被加工密封環2的內孔面9半徑r4間具有5~500微米的過盈量。

使用上述磨削裝置進行密封環密封端面加工時，首先將待加工錐形面的密封環2加熱（加熱溫度一般可為100~400℃）后，將其熱套在磨削裝置的軸向延伸結構4上，具體方式是，徑向以被加工密封環2的內孔面9套裝于磨削裝置的軸向延伸結構4的外周面5上，軸向上使被加工密封環2的非密封端面10與磨削裝置中盤片體3的定位工作面7接觸抵靠定位。在定位工作面7及軸向延伸結構4的外周面5共同作用下，冷卻后的被加工密封環2的密封端面26就會形成一個具有錐角β的倒錐狀的凸起變形表面。以盤片體3的基準面25為平面，將套裝在一起的磨削裝置和被加工密封環2放置于磨床工作臺面28上，用磨削頭30對被加工密封環2的凸起密封面26進行磨削。磨削時，先對密封端面26的外徑側進行磨削，由外向內逐漸對密封端面26進行磨削，直至磨削到所需要的半徑r3時停止。用液壓拉馬等方式使被加工密封環2與軸向延伸結構4分離后，解除了磨削裝置1的軸向延伸結構4外周面5和定位工作面7約束作用的密封環2，即恢復其原來形狀，并在密封端面26上半徑大于r3的外側部位的端面上形成一個錐角為β′的正錐狀表面11。

圖5是一種采用經上述磨削裝置加工的具有正錐狀密封端面的密封環的機械密封裝置的基本結構，包括有可隨軸16旋轉且具有正錐狀表面11密封端面的動環2，和經軸端密封面與動環2相對設置并可作軸向浮動的非旋轉的靜環12，其中靜環12經與其非密封軸向端相接觸設置的推環21、彈性結構22和防轉定位結構23，浮動支承于推環座13內。動環2的徑向經公差環18與軸套14套裝在一起；軸向與軸套14的臺階面接觸，并經壓緊套19壓緊，周向經傳動銷15與軸套14固定在一起。兩密封環密封端面間的無錐形面處之間以間隙h₀分開。

除圖5所示的結構形式密封裝置外，所述具有正錐狀表面11的密封端面，還可以采用單獨設置在靜環12的密封端面上，或同時設置在動環和靜環相對的密封端面上的形式。