[發明專利]核主泵用流體靜壓密封環圓錐面超精密加工方法

有效

• 申請號: 201110299918.7
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102350658A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 霍鳳偉;郭東明;康仁科
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B24B5/14
• 分類號: B24B5/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于核主泵用流體靜壓密封環圓錐面超精密加工技術領域，涉及機械密封環的加工，特別涉及核主泵用流體靜壓密封環圓錐面超精密磨削方法。?

背景技術

軸封式核主泵多采用能承受高壓和重載、長壽命的流體靜壓機械密封來防止具有放射性的冷卻劑泄漏。其密封原理是在動環或靜環端面加工出面傾角極小(0.00017～0.0007弧度)的圓錐面，以便在由動環和靜環組成的密封界面間產生楔形收斂間隙，由流體靜壓效應而產生的流體靜壓力使開啟力與閉合力相互平衡，在密封界面之間形成穩定的、具有一定流體靜壓剛度、厚度為10～20μm的流體薄膜，將兩密封環的端面隔開而不發生直接接觸。核主泵用流體靜壓密封環的外徑可達300毫米，由硬脆材料如氧化鋁、碳化硅、氮化硅等制成，面形精度要求在1～2個氦光帶(1個氦光帶長0.29微米)以內，表面粗糙度Ra小于5納米，其超精密加工極其困難。?

在普通外圓磨床或萬能外圓磨床上通過砂輪端面磨削加工核主泵用流體靜壓密封環圓錐面時，砂輪與密封環為面接觸，磨削力大，砂輪端面不均勻磨損嚴重，無法加工出高精度密封環圓錐面。采用臥軸圓臺平面磨床加工密封環圓錐面時，砂輪的工作部分為外圓周面，砂輪軸向寬度一般小于密封環寬度，除了需要圓臺的回轉運動和砂輪的回轉運動以外，還需要沿圓臺徑向和軸向的進給運動，由于圓臺轉速較低，砂輪需要相當多的轉數才能完全遍歷密封環被加工表面一次，砂輪工作表面的非均勻磨損和沿徑向的均勻磨損都會影響磨削生?成表面的面形精度，因此臥軸圓臺平面磨床不適合加工核主泵用流體靜壓密封環圓錐面。采用多軸聯動數控磨削加工密封環圓錐面時砂輪與密封環為點接觸，砂輪切削點的運動路徑間存在一定的殘留高度，砂輪磨損快，砂輪形狀保持性差，現有技術尚不能很好解決砂輪精密修形和砂輪磨損補償難題，加工精度不易保證。平的密封環面通常采用研磨和拋光來加工，但是研磨或拋光密封環圓錐面時，容易產生塌邊和中凸缺陷。?

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種針對核主泵用流體靜壓密封環圓錐面的超精密加工方法，該方法能夠實現核主泵用流體靜壓密封環圓錐面高精度、低表面粗糙度磨削。?

本發明的技術方案是采用回轉工作臺帶動密封環回轉和采用杯形砂輪的端面做切入磨削。將杯形砂輪安裝在超精密主軸上，該杯形砂輪繞其回轉軸線做高精度回轉運動，將核主泵用流體動壓密封環安裝在超精密回轉工作臺上，回轉工作臺把密封環夾持在回轉工作臺的中心并能帶動密封環繞回轉工作臺的回轉軸線做高精度回轉運動。杯形砂輪的端面與回轉工作臺相對，杯形砂輪在精密直線運動機構驅動下沿回轉工作臺的回轉軸線做進給運動。?

杯形砂輪半徑為75～250毫米，杯形砂輪端面的工作面寬度為2～5毫米。杯形砂輪的端面與杯形砂輪的回轉軸線交點到回轉工作臺的回轉軸線的距離為100～350毫米。杯形砂輪回轉軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉軸線的交點且垂直相交于回轉工作臺回轉軸線的直線的夾角為1.57～1.5708弧度，杯形砂輪的回轉軸線相對于回轉工作臺的回轉軸線的傾角為0～0.0008弧度。給定杯形砂輪半徑以及杯形砂輪的端面與杯形砂輪的回轉軸線交點到回轉工作臺的回轉軸線的距離后，根據磨削生成表面的錐度誤差小于給定錐度公差的原則確定杯?形砂輪回轉軸線相對于回轉工作臺回轉軸線的傾斜角度以及杯形砂輪回轉軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉軸線的交點且垂直相交于回轉工作臺回轉軸線的直線的夾角。?

磨削核主泵用流體靜壓密封環圓錐面時，杯形砂輪繞杯形砂輪的回轉軸線回轉，杯形砂輪轉速為1000～10000轉/分，回轉工作臺繞回轉工作臺的回轉軸線回轉，回轉工作臺轉速為50～500轉/分，杯形砂輪沿回轉工作臺的回轉軸線進給，進給速度為0～5微米/分，通過杯形砂輪的端面切入密封環被加工表面，做有進給運動磨削或做無進給運動的無火花磨削。?

由于采用杯形砂輪的端面進行切入磨削，杯形砂輪與密封環為線接觸，磨削時砂輪與密封環的接觸長度、接觸面積、切入角固定不變，因此磨削力保持恒定，加工狀態穩定。適當微調整杯形砂輪的回轉軸線相對于回轉工作臺的回轉軸線的傾角或杯形砂輪回轉軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉軸線的交點且垂直相交于回轉工作臺回轉軸線的直線的夾角可以補償由于機床變形引起附加面形誤差。?

由于采用杯形砂輪的端面進行切入磨削，磨削時杯形砂輪端面的幾何形狀不因杯形砂輪的磨損而產生變化，因此杯形砂輪的磨損對磨削加工表面的面形精度沒有影響。?