本發(fā)明涉及一種用于加工密封環(huán)的密封端面，特別是具有倒錐形密封端面密封環(huán)的磨削裝置。

背景技術(shù)：

在機(jī)械密封中實(shí)現(xiàn)密封的核心構(gòu)件是軸向固定并可隨軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)，以及經(jīng)軸端密封面與動(dòng)環(huán)相對(duì)設(shè)置并可作軸向浮動(dòng)的非旋轉(zhuǎn)的靜環(huán)。錐面機(jī)械密封是指在動(dòng)環(huán)和/或靜環(huán)的密封端面上開(kāi)設(shè)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(guò)改變錐形面的參數(shù)變化來(lái)調(diào)整介質(zhì)在密封端面之間形成的流體膜的動(dòng)、靜壓效應(yīng)，以獲得充足的開(kāi)啟力及流體膜剛度。錐面機(jī)械密封適用于密封面壓降大、介質(zhì)粘度較大的場(chǎng)合，目前較多應(yīng)用于核電主泵的軸端密封。

由于錐面機(jī)械密封中密封環(huán)上錐形密封面的錐角較小，量值一般僅為數(shù)分至數(shù)十分，因此加工時(shí)對(duì)其端面沿軸向的最大切削量也不過(guò)數(shù)十微米，并且由于對(duì)密封端面的表面質(zhì)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(huán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于加工密封環(huán)的密封端面，特別是具有倒錐形密封面密封環(huán)的磨削裝置，可以有效解決這一問(wèn)題。

本發(fā)明所述的加工倒錐面密封環(huán)的熱套式磨削裝置，結(jié)構(gòu)中包括一個(gè)以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心的徑向外展盤(pán)片體和，在其徑向外側(cè)向一側(cè)軸向延伸并具有可與被加工密封環(huán)的外周直徑相適應(yīng)內(nèi)徑的筒狀延伸結(jié)構(gòu)。所述盤(pán)片體的兩軸向端面為分別垂直于中心軸線的基準(zhǔn)面和可與被加工密封環(huán)的非密封端面接觸的定位工作面，因而該基準(zhǔn)面與定位工作面呈相互平行狀。其中，所述筒狀延伸結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔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(zhuǎn)孔面。

此外，一般情況下，所述筒狀延伸結(jié)構(gòu)內(nèi)孔面的最小半徑，可與被加工密封環(huán)的外周半徑間具有5~500微米的過(guò)盈量。

根據(jù)對(duì)密封端面為與旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)中所述筒狀延伸結(jié)構(gòu)圓柱狀或圓錐狀回轉(zhuǎn)孔面的錐角大小控制為0~30'的范圍。過(guò)大的錐角會(huì)導(dǎo)致磨削裝置與被加工密封環(huán)接觸時(shí)導(dǎo)致局部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中和變形量；當(dāng)錐角為零時(shí)，筒狀延伸結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)面即為一個(gè)圓孔面。

作為一種優(yōu)選形式，上述結(jié)構(gòu)中所述的盤(pán)片體可采用為具有中心內(nèi)孔的環(huán)狀盤(pán)片體。

進(jìn)一步的可優(yōu)化結(jié)構(gòu)還包括，所述筒狀延伸結(jié)構(gòu)的軸向延伸長(zhǎng)度至少小于被加工密封環(huán)的軸向厚度1毫米，以方便對(duì)密封環(huán)端面的磨削加工。此外，所述盤(pán)片體中心內(nèi)孔的半徑可至少大于密封環(huán)的內(nèi)孔半徑2毫米。以方便磨削加工完成后，使密封環(huán)與磨削裝置的拆卸分離。

上述結(jié)構(gòu)中，在所述的筒狀延伸結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔面與定位工作面的鄰接部位設(shè)有一徑向凹槽。該凹槽一方面可有利于使被加工的密封環(huán)在磨削工裝上順利安裝到位，此外該凹槽的大小也可通過(guò)所述盤(pán)片體兩軸向端面基準(zhǔn)面和定位工作面對(duì)被加工密封環(huán)的綜合變形產(chǎn)生相應(yīng)影響。該凹槽的徑向深度，一般情況下可優(yōu)選地使其與筒狀軸向延伸結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中所述凹槽的軸向?qū)挾扰c筒狀延伸結(jié)構(gòu)的軸向延伸長(zhǎng)度之比，一般可以優(yōu)選為0.01~0.6:1。例如，所述凹槽軸向?qū)挾鹊娜≈狄话憧蔀?.3~6毫米。

本發(fā)明上述磨削裝置的結(jié)構(gòu)中，所述凹槽的軸向?qū)挾龋侵付ㄎ还ぷ髅媾c凹槽的相對(duì)壁面之間的軸向距離；所述凹槽的徑向深度，是指所述凹槽與筒狀延伸結(jié)構(gòu)圓柱狀或圓錐狀回轉(zhuǎn)孔面的鄰接壁面轉(zhuǎn)折處與凹槽底部圓柱面間的徑向距離；所述筒狀延伸結(jié)構(gòu)的軸向延伸長(zhǎng)度，是指由盤(pán)片體的定位工作面至筒狀延伸結(jié)構(gòu)的軸向延伸端面之間的軸向距離。

在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還可以在所述盤(pán)片體的定位工作面徑向內(nèi)側(cè)的部位設(shè)有一軸向內(nèi)凹的臺(tái)階結(jié)構(gòu)。其中優(yōu)選的是可以使該臺(tái)階結(jié)構(gòu)的軸向內(nèi)凹寬度與盤(pán)片體的軸向?qū)挾戎葹?~0.6:1，和/或可使所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)的徑向長(zhǎng)度與盤(pán)片體的徑向長(zhǎng)度之比為0~0.3:1。此臺(tái)階的設(shè)置，可方便在所述外展盤(pán)片體外徑較大的情況下對(duì)所述定位工作面徑向大小的調(diào)整，使其能與被加工密封環(huán)的非密封端面有更好的接觸面徑向位置及接觸面積。

本發(fā)明上述磨削裝置對(duì)密封環(huán)的密封端面進(jìn)行倒錐面加工時(shí)，可先將上述裝置加熱后，以使其筒狀延伸結(jié)構(gòu)的定位工作面接觸抵緊被加工的密封環(huán)非密封端面的方式熱套在被加工的密封環(huán)上。冷卻后，受上述裝置中的定位工作面及所述的筒狀延伸結(jié)構(gòu)內(nèi)孔面的共同約束作用，被加工密封環(huán)的密封面就會(huì)形成一個(gè)具有錐角β的正錐狀凸起變形的表面。以本發(fā)明磨削裝置的基準(zhǔn)面置于磨床工作臺(tái)面上，用磨削頭對(duì)密封環(huán)該錐形凸起的表面從凸起最高的內(nèi)徑側(cè)開(kāi)始，由內(nèi)向外逐漸進(jìn)行磨削，直至磨削到所需的密封端面的徑向?qū)挾忍幫Ｖ辜庸ぃ⒂贸Ｒ?guī)的液壓拉馬等方式將被加工的密封環(huán)與磨削裝置分離。解除了磨削裝置中定位工作面及筒狀延伸結(jié)構(gòu)內(nèi)孔面的約束作用的被加工密封環(huán)即可恢復(fù)其原始形狀，并在其密封端面的所需半徑外側(cè)部位形成一個(gè)具有錐角β′ 的倒錐狀表面。

由此可以理解，本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)的裝置，可以方便精確地在密封端面上加工出僅有數(shù)分至數(shù)十分左右、沿軸向的最大切削量不過(guò)數(shù)十微米，且對(duì)密封端面的表面質(zhì)量要求非常高的具有倒錐狀表面。

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的加工倒錐面密封環(huán)的熱套式磨削裝置的一種軸向剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是被加工密封環(huán)熱套在圖1所示磨削裝置上冷卻變形后密封端面產(chǎn)生正錐狀變形的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是磨削裝置及被加工密封環(huán)在磨床上進(jìn)行加工的狀態(tài)示意圖。

圖4是與磨削裝置分離后的被加工密封環(huán)上形成得到倒錐狀密封端面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5圖4所示具有倒錐狀密封端面的密封環(huán)用于機(jī)械密封裝置時(shí)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1～圖4所示的是本發(fā)明用于加工具有倒錐面密封環(huán)的磨削裝置1的一種結(jié)構(gòu)，包括有一個(gè)以中心軸線27為回轉(zhuǎn)中心的徑向外展盤(pán)片體4，和在其徑向外側(cè)向一側(cè)軸向延伸并具有可與被加工密封環(huán)2的外周9直徑相適應(yīng)內(nèi)徑的筒狀延伸結(jié)構(gòu)3。

盤(pán)片體4的兩軸向端面為分別垂直于中心軸線27的基準(zhǔn)面25和可與被加工密封環(huán)2的非密封端面10接觸的定位工作面7。盤(pán)片體4中心內(nèi)孔的半徑r1大于被加工密封環(huán)2的內(nèi)孔半徑r5至少2毫米。在盤(pán)片體4的定位工作面7的徑向內(nèi)側(cè)部位設(shè)有一軸向內(nèi)凹的臺(tái)階結(jié)構(gòu)8，其軸向內(nèi)凹的寬度與盤(pán)片體4的軸向?qū)挾戎葹?~0.6:1；臺(tái)階結(jié)構(gòu)8的徑向長(zhǎng)度與盤(pán)片體4的徑向長(zhǎng)度之比為0~0.3:1。

所述筒狀延伸結(jié)構(gòu)3的內(nèi)孔面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(zhuǎn)孔面，回轉(zhuǎn)孔面的錐角β大小為0~30'。筒狀延伸結(jié)構(gòu)3內(nèi)孔面5的最小半徑r2與被加工密封環(huán)2的外周9半徑r4間具有5~500微米的過(guò)盈量。筒狀延伸結(jié)構(gòu)3的軸向延伸長(zhǎng)度至少小于被加工密封環(huán)2的軸向厚度1毫米。在筒狀延伸結(jié)構(gòu)3的內(nèi)孔面與定位工作面7的鄰接部位設(shè)有一徑向凹槽6。凹槽6的徑向深度為0.2~3毫米，且其徑向深度與筒狀延伸結(jié)構(gòu)3的最大徑向厚度之比為0.01~0.5:1；凹槽6的軸向?qū)挾葹?.3~6毫米，且該軸向?qū)挾扰c筒狀延伸結(jié)構(gòu)3的軸向延伸長(zhǎng)度之比為0.01~0.6:1。

使用上述磨削裝置進(jìn)行密封環(huán)密封端面加工時(shí)，首先將磨削裝置1加熱后（加熱溫度一般可為100~400℃），將其筒狀延伸結(jié)構(gòu)3內(nèi)孔熱套在待加工錐形面的密封環(huán)2上，并使被加工密封環(huán)2的非密封端面10與磨削裝置中盤(pán)片體4的定位工作面7接觸抵靠定位。冷卻后，在定位工作面7及筒狀延伸結(jié)構(gòu)3內(nèi)孔回轉(zhuǎn)面5共同作用下，冷卻后的被加工密封環(huán)2的密封端面26就會(huì)形成一個(gè)具有錐角β的正錐狀的凸起變形表面。以盤(pán)片體4的基準(zhǔn)面25為平面，將套裝在一起的磨削裝置和被加工密封環(huán)2放置于磨床工作臺(tái)面28上，用磨削頭30對(duì)被加工密封環(huán)2的凸起密封面26進(jìn)行磨削。磨削時(shí)，先對(duì)密封端面26的內(nèi)徑側(cè)進(jìn)行磨削，由內(nèi)向外逐漸對(duì)密封端面26進(jìn)行磨削，直至磨削到所需要的半徑r3時(shí)停止。用液壓拉馬等方式使被加工密封環(huán)2與磨削裝置1分離后，解除了磨削裝置1的筒狀延伸結(jié)構(gòu)3內(nèi)孔回轉(zhuǎn)面5和定位工作面7約束作用的密封環(huán)2，即恢復(fù)其原來(lái)形狀，并在密封端面26上半徑小于r3的內(nèi)側(cè)部位的端面上形成一個(gè)錐角為β′的倒錐狀表面11。

圖5是一種采用經(jīng)上述磨削裝置加工的具有倒錐狀密封端面的密封環(huán)的機(jī)械密封裝置的基本結(jié)構(gòu)，包括有可隨軸16旋轉(zhuǎn)且具有倒錐狀表面11密封端面的動(dòng)環(huán)2，和經(jīng)軸端密封面與動(dòng)環(huán)2相對(duì)設(shè)置并可作軸向浮動(dòng)的非旋轉(zhuǎn)的靜環(huán)12，其中靜環(huán)12經(jīng)與其非密封軸向端相接觸設(shè)置的推環(huán)21、彈性結(jié)構(gòu)22和防轉(zhuǎn)定位結(jié)構(gòu)23，浮動(dòng)支承于推環(huán)座13內(nèi)。動(dòng)環(huán)2的徑向經(jīng)公差環(huán)18與軸套14套裝在一起；軸向與軸套14的臺(tái)階面接觸，并經(jīng)壓緊套19壓緊，周向經(jīng)傳動(dòng)銷15與軸套14固定在一起。兩密封環(huán)密封端面間的無(wú)錐形面處之間以間隙h₀分開(kāi)。

除圖5所示的結(jié)構(gòu)形式密封裝置外，所述具有倒錐狀表面11的密封端面，還可以采用單獨(dú)設(shè)置在靜環(huán)12的密封端面上，或同時(shí)設(shè)置在動(dòng)環(huán)和靜環(huán)相對(duì)的密封端面上的形式。