[發(fā)明專(zhuān)利]核主泵用流體動(dòng)靜壓結(jié)合型機(jī)械密封環(huán)復(fù)雜形面加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210049946.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102528613A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍鳳偉;郭東明;康仁科
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B24B19/00
• 分類(lèi)號(hào): B24B19/00;B24D7/18
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核主泵用流體動(dòng)靜壓結(jié)合型機(jī)械密封環(huán)復(fù)雜形面加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及機(jī)械密封環(huán)的加工，特別涉及一種由平的壩面和徑向輪廓為略微傾斜直線(xiàn)且其傾角沿周向恒定不變的等傾波紋面構(gòu)成的核主泵用流體動(dòng)靜壓結(jié)合型機(jī)械密封環(huán)復(fù)雜形面的超精密磨削方法。

背景技術(shù)

軸封式核主泵多采用能承受高壓和重載、長(zhǎng)壽命的端面機(jī)械密封來(lái)防止具有放射性的冷卻劑泄漏。在動(dòng)環(huán)也可以是靜環(huán)的端面外側(cè)開(kāi)設(shè)等傾波紋面的流體動(dòng)靜壓混合型機(jī)械密封是核主泵軸密封的重要形式之一。這種密封環(huán)的端面是由平的壩面和徑向輪廓為略微傾斜直線(xiàn)且其傾角沿周向恒定不變的等傾波紋面構(gòu)成的復(fù)雜形面，壩面與等傾波紋面的相交曲線(xiàn)為一沿圓周方向延展的閉合波浪線(xiàn)。與另一平端面密封環(huán)配對(duì)使用時(shí)，在密封界面沿周向形成波紋狀間隙、沿徑向形成收斂間隙，其優(yōu)點(diǎn)是由徑向收斂間隙產(chǎn)生的流體靜壓效應(yīng)保證停止和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)密封界面之間始終存在液膜，由周向波紋狀間隙產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)保證足夠的開(kāi)啟力使兩密封端面分離，而密封壩面增強(qiáng)泄漏控制能力。核主泵用流體動(dòng)靜壓結(jié)合型機(jī)械密封環(huán)外徑為300毫米左右，由高硬材料如碳化硅、氮化硅、碳化鎢制成，密封壩面和等傾波紋面的面形精度要求在1～2個(gè)氦光帶以?xún)?nèi)(1個(gè)氦光帶長(zhǎng)0.29微米)，表面粗糙度Ra在5納米以?xún)?nèi)。由于等傾波紋面是一種空間自由曲面，無(wú)法采用傳統(tǒng)磨削方法加工，而采用多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控點(diǎn)接觸磨削時(shí)，砂輪磨損快，形狀保持性差，很難獲得令人滿(mǎn)意的面形精度；氣囊拋光、磁流變拋光、離子束拋光等計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面修形技術(shù)可實(shí)現(xiàn)光學(xué)曲面的高精度加工，但是加工效率較低，加工環(huán)狀零件時(shí)不同程度存在著邊緣效應(yīng)問(wèn)題，密封壩面與等傾波紋面交接處是一階微分不連續(xù)的，精確修形極其困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種核主泵用流體動(dòng)靜壓結(jié)合型機(jī)械密封環(huán)復(fù)雜形面加工方法，能夠?qū)τ善降膲蚊婧蛷较蜉喞獮槁晕A斜直線(xiàn)且其傾角沿周向恒定不變的等傾波紋面構(gòu)成的核主泵用流體動(dòng)靜壓結(jié)合型機(jī)械密封環(huán)復(fù)雜形面進(jìn)行高面形精度和低表面粗糙度加工。

本發(fā)明的技術(shù)方案是采用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)密封環(huán)回轉(zhuǎn)，并且利用杯形砂輪的端面做恒定砂輪切削深度的微進(jìn)給切入磨削。杯形砂輪直徑為150～700毫米，杯形砂輪端面的工作面寬度為2～5毫米，杯形砂輪所用磨料為1000#或更細(xì)粒度的金剛石。杯形砂輪直徑的平方與密封環(huán)等傾波紋面中徑的平方之和等于杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)交點(diǎn)到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離2倍的平方。杯形砂輪安裝在精密主軸上，該杯形砂輪繞其回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)做高精度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，精密主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差為0～0.1微米?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)把待加工密封環(huán)夾持在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心并能帶動(dòng)密封環(huán)繞回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)做高精度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差為0～0.1微米。杯形砂輪的端面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)相對(duì)。杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的方向角可以調(diào)整。杯形砂輪可沿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)向回轉(zhuǎn)工作臺(tái)做微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，杯形砂輪或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可沿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)做周期性跟隨運(yùn)動(dòng)，周期性跟隨運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)相位角的函數(shù)，周期性跟隨運(yùn)動(dòng)使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或杯形砂輪產(chǎn)生的位移等于等傾波紋面與外圓周面相交曲線(xiàn)上與此相位角對(duì)應(yīng)的點(diǎn)與密封壩面的距離，周期性跟隨運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)誤差為0～0.3微米?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與周期性跟隨運(yùn)動(dòng)可聯(lián)動(dòng)控制。杯形砂輪轉(zhuǎn)速為500～5000轉(zhuǎn)/分，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)繞回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速為10～500轉(zhuǎn)/分，杯形砂輪可沿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)以恒定速度微進(jìn)給，微進(jìn)給速度為0～3微米/分，微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分辨率為0～0.1微米。

首先磨削等傾波紋面，磨削等傾波紋面時(shí)杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的夾角等于等傾波紋面的徑向輪廓傾角；杯形砂輪與密封環(huán)的磨削接觸弧線(xiàn)中點(diǎn)和杯形砂輪的端面與杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)交點(diǎn)到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)面的距離相等；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)繞其回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)等速回轉(zhuǎn)；杯形砂輪繞其回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)等速回轉(zhuǎn)；杯形砂輪或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)沿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)做周期性跟隨運(yùn)動(dòng)，杯形砂輪沿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)向回轉(zhuǎn)工作臺(tái)做微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，利用杯形砂輪的端面做恒定砂輪切削深度的微進(jìn)給切入磨削，直到磨削到最終尺寸為止。

在等傾波紋面加工完成后磨削密封壩面，磨削密封壩面時(shí)砂輪軸線(xiàn)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸線(xiàn)平行，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)繞其回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)等速回轉(zhuǎn)；杯形砂輪繞其回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)等速回轉(zhuǎn)；杯形砂輪沿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)向回轉(zhuǎn)工作臺(tái)做微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，利用杯形砂輪的端面做恒定砂輪切削深度的微進(jìn)給切入磨削，直到磨削到最終尺寸為止。