[發明專利]模塊化電極大氣等離子體加工碳化硅密封環類零件的方法

有效

• 申請號: 201310177067.8
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103231418A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 王波;金江;姚英學;金會良;喬政;李娜;辛強;李鐸
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B26F3/06
• 分類號: B26F3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于等離子體加工碳化硅密封環類零件的技術領域。

背景技術

隨著現代科學技術的迅速發展，在核工業、石油工業、化工工業、化纖、化肥、原子能、航空航天和機械制造等工業領域中，對機械密封提出了更高的要求。

碳化硅(SiC)的耐化學腐蝕性好、強度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系數小，抗氧化性強、極高的溫度下有良好的尺寸穩定性、熱膨脹系數低、熱穩定性好。另外，碳化硅材料具有適中的密度、較高的比剛度、較好的導熱系數、耐熱沖擊性、抗熱震、各向同性的機械性能、高彈性模量和使用壽命長等特點?？捎糜诜派湫?、腐蝕性、劇毒、易燃、易爆、高溫、高純、超凈等諸多復雜工況條件。因而是制造密封環的理想材料。

但同時碳化硅材料硬度高，脆性大，表面的加工難度大。用傳統的加工方法加工，加工過程相當耗時并且效率相當低，面型修整困難，費用高；另外加工質量不可控，加工質量一致性差；并且精度低，工具磨損非?？?，磨損嚴重。這使得碳化硅密封環類零件的加工非常不易。

為了使密封環能起到較好的密封效果，密封環表面需要加工出微結構。在這種情況下，裝配密封環時，密封環表面上存在的微結構可以彌補裝配過程中產生的變形，從而起到更好的密封作用。但是這會增加加工過程算法的復雜程度和控制過程的復雜程度，增加對加工過程穩定性的要求，使得加工難度更大。

發明內容

本發明的目的是提供一種模塊化電極大氣等離子體加工碳化硅密封環類零件的方法，為了解決碳化硅密封環類零件的難加工問題。

所述的目的是通過以下方案實現的：所述的一種模塊化電極大氣等離子體加工碳化硅密封環類零件的方法，它的步驟方法是：

步驟一：將圓盤形電極架的上端面絕緣連接在龍門加工機床的豎直運動工作轉軸上，圓盤形電極架的上端面上設置有多個薄片形電極模塊的安裝孔，當薄片形電極模塊安裝在圓盤形電極架上的安裝孔時，薄片形電極模塊與圓盤形電極架的直徑所在直線共線，根據待加工碳化硅密封環類零件微結構面型的要求選擇薄片形電極模塊的個數；使每片薄片形電極模塊都通過圓盤形電極架與射頻電源的輸出端連接作為大氣等離子體放電的陽極；圓盤形電極架上的多個出氣孔都通過圓盤形電極架中心的導氣孔、氣管與混合等離子體氣源導氣連通，圓盤形電極架上的每個出氣孔的出口端分別設置在每片薄片形電極模塊附近；

步驟二：將待加工碳化硅密封環類零件裝卡在地電極上，地電極固定在龍門加工機床的工作平臺上；將地電極接地作為大氣等離子體放電的陰極；將龍門加工機床設置在密閉工作艙中；

步驟三：圓盤形電極架的回轉軸心線與待加工碳化硅密封環類零件的軸心線重合，使每片薄片形電極模塊的下端面都靠近待加工碳化硅密封環類零件的待加工表面，并使它們之間都保持一定的放電間隙，放電間隙范圍均為1mm-5mm；

步驟四：預熱射頻電源，預熱時間為5-10分鐘；然后打開混合等離子體氣源，混合等離子體氣源包含反應氣體、大氣等離子體激發氣體和輔助氣體，使大氣等離子體激發氣體的流量為1升/分鐘~40升/分鐘，反應氣體與大氣等離子體激發氣體的流量比為1：10~1：1000；輔助氣體與反應氣體的流量比為1：10~1：1；

步驟五：當每片薄片形電極模塊與待加工碳化硅密封環類零件的待加工表面之間的區域內充滿大氣等離子體激發氣體、反應氣體與輔助氣體的混合氣體后，啟動射頻電源，逐步增加射頻電源的功率，使功率達到100W-400W，同時控制射頻電源的反射功率為零，在射頻電源工作的過程中持續穩定的通入混合氣體，使所有薄片形電極模塊與待加工碳化硅密封環類零件的待加工表面之間的放電區域都產生穩定的等離子體放電，啟動龍門加工機床的轉軸轉動，使圓盤形電極架做回轉運動，從而帶動所有薄片形電極模塊繞回轉軸心線做回轉運動；

步驟六：根據去除量的要求，控制所有薄片形電極模塊的運動軌跡和在零件表面的駐留時間，用上述產生的大氣等離子體對零件表面進行加工；

步驟七：待加工完成后，關閉射頻電源的電源，關閉混合等離子體氣源，停止龍門加工機床的轉軸轉動，取出待加工碳化硅密封環類零件，對加工去除深度進行測量，以判斷是否達到加工要求。

本發明能對那些表面要求比較高的、加工難度比較大的、需要多個工序才能完成加工的密封環類零件表面進行先均勻的大去除、然后局部修琢的小去除、最后刻蝕微結構的高精度、高效率的加工。

本發明與現有技術相比還具有下列優點：

1.等離子體電極結構簡單，電極為常見金屬制成，制造簡單，大氣等離子體加工過程對電極的損傷很小，因此加工過程穩定可控，加工質量一致性好，費用低；?