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。

本發明所述加工正錐面密封環的錐套式磨削裝置，結構中包括一組可沿軸向以相對端承插式配合并可經連接結構相互連接和緊固的內插結構及外套結構。其中，所述的連接結構優選沿圓周等間距設置，一般情況下設置的數量可為3~100個。所述內插結構和外套結構間連接緊固的典型結構，可采用由螺紋孔與螺釘方式連接和緊固，或者是經光孔由螺栓和螺母方式進行連接和緊固。內插結構和外套結構的承插配合部位為以中心軸線為回轉中心、并分別具有不同錐角的外凸錐臺面和內凹錐孔面的配合面，其中內插結構承插部回轉配合面的錐角應大于外套結構內凹錐孔面配合面的錐角。內插結構上與承插端相背的另一端面為基準面。所述外套結構的外周面為同樣以中心軸線為回轉中心、并具有與被加工密封環內孔直徑相適應的外徑的圓柱面。

上述結構中，所述內插結構承插部回轉配合面的錐角大小的取值范圍，一般情況下可優選為大于或等于2′，并小于或等于300′；所述內插結構承插部回轉配合面的錐角大于外套結構承插部回轉配合面的錐角的差值一般可不大于100′。

此外，在所述外套結構的承插配合部的根部還可設有一軸向距離≥2毫米的圓柱狀內孔面結構。

本發明上述磨削裝置的使用方式是，先將待加工錐形密封面的密封環以其內孔面沿軸向套裝在外套結構的外圓柱面上，并使其待磨削的密封端面適當外露于外套結構的非承插側的端面。將內插結構和外套結構的承插配合端相互套裝，并用連接結構相互連接并擰緊。由于內插結構和外套結構承插部位配合面間的錐角存在差值，擰緊連接結構時，外套結構的內凹錐孔面受到內插結構具有較大錐角的外凸錐臺面的撐漲擠壓作用可產生相應的變形，并使待加工密封環的徑向外側端面產生出與內插結構與外套結構承插配合面間的錐角差值基本一致（隨實際材料及接觸表面間產生的塑性變形差異可能存在微小誤差）的倒錐狀變形角。擰緊所述的連接件時，最好使用能精確控制扭力大小的工具，如可使用螺栓拉伸器、扭力板手及定力板手等工具。將套裝在一起并在密封端面上產生了所述倒錐狀變形角的待加工密封環的磨削裝置，以磨削裝置內插結構的基準面放置于磨床工作臺面上，用磨削頭對待加工密封環上具有所述倒錐狀變形角的密封端面進行磨削，直至所希望的密封端面的直徑處時停止磨削，松開連接件，將密封環與外套結構分離。解除了外套結構外周面撐漲擠壓作用的密封環即可恢復其原來形狀，并在密封環外側端面上大于該所希望直徑的外側端面上原產生所述倒錐狀變形角的部位，形成具有所需要的與磨削裝置的內插結構和外套結構承插配合面間的錐角差值基本一致錐角的正錐形端面。

由此可以理解，為更有利于通過所述磨削裝置的撐漲擠壓使密封環產生所述倒錐狀變形角，上述磨削裝置中的外套結構進一步可采用為具有至少一個沿軸間剖面切口的結構體的形式，例如，可以采用由沿圓周分布的2~6個軸間剖面切口分割成的分瓣狀結構體環繞排布組成的形式。其中，優選采用的是由2~3個所述的分瓣狀結構體環繞排布組成，特別是由沿圓周等間距分布的相同或基本相同的各分瓣狀結構體環繞排布組成的形式，并使各分瓣狀結構體分別經所述的連接結構與內插結構連接。

上述結構中，在所述內插結構承插配合部位的外凸錐臺面的底部，還可設有一個具有適當軸向長度的圓柱狀周面段，以方便加工和使用時的操作。所述圓柱狀周面段的軸向長度不宜太長，一般情況下，該圓柱狀周面段的軸向長度與包括其和所述外凸錐臺面段在內的軸向總長度之比應≤0.5。

進一步，上述磨削裝置中的內插結構，優選采用為具有由所述的外凸錐臺面和所述具有適當軸向長度的圓柱狀外周面段共同構成的軸向貫通的筒狀結構體。此外，所述的外套結構也優選采用為至少包括所述承插配合部的內凹錐孔面及其根部的所述圓柱狀內孔面結構在內的軸向貫通的筒狀結構體。

本發明上述結構的磨削裝置，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倒錐狀表面。

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是本發明加工正錐面密封環的錐套式磨削裝置一種整體結構的軸剖面示意圖。

圖2是圖1中內插結構的軸剖面示意圖。

圖3是圖1中外套結構的軸剖面示意圖。

圖4是圖1待加工密封環套裝在本發明磨削裝置后產生變形狀態的軸剖面示意圖。

圖5是圖4所示的環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6是磨削后在被加工密封環上形成的具有正錐形密封端面的結構示意圖。

圖7圖6所示具有正錐形密封端面的密封環用于機械密封裝置中的一種狀態示意圖。

具體實施方式

圖1所示的是本發明加工正錐面密封環的錐套式磨削裝置的一種整體結構的基本形式，包括可沿軸向以相對端承插式配合的內插結構1和外套結構2，并可由沿圓周等間距設置的連接結構3相互連接和緊固。其中：

如圖2所示，內插結構1為由具有分別以中心軸線31為回轉中心的外凸錐臺面5和軸向長度為t1的圓柱狀周面段7共同構成的軸向總長度為t2的軸向貫通的筒狀結構體，t1與包括該外凸錐臺面5軸向長度在內的孔面總軸向長度t2之比為t1/t2=0.2。內插結構1的徑向外側沿圓周等間距設置有18個可與螺釘或者螺栓螺母等連接結構3相配合、用于與外套結構2相互連接緊固的螺紋通孔或光孔6。內插結構1和外套結構2的承插配合部位分別為以中心軸線31為回轉中心、并分別具有錐角β1的外凸錐臺面5和錐角β2的內凹錐孔面9的配合面，其中錐角β2=30′，且β1＞β2。其差值可根據待加工密封環端面上所需形成的正錐面的錐角大小確定，一般情況下β1與β2的差值不宜大于100′。與承插端相背的內插結構1的另一端面，為磨削加工的基準面8。

如圖3所示，外套結構2為由沿軸間剖面切開的2-3個分瓣式結構體環繞排布拼合而成的筒狀結構體，其外周面12為同樣以中心軸線31為回轉中心、并具有與被加工密封環4內孔17的直徑d2相適應的外徑的圓柱面。在外套結構2非承插端設有徑向的內收結構33，在徑向內收結構33上沿圓周等間距設置有可與內插結構1上的螺紋通孔或光孔6相對應的沉頭孔11，用于穿過螺釘或者螺栓螺母等連接結構3與內插結構1相互連接和緊固。與內插結構1的外凸錐臺面5相承插的外套結構2配合面為具有所述錐角β2的內凹錐孔面9，在其承插配合部的根部并設有一個具有軸向距離≥2毫米的圓柱狀內孔面的結構段10。

經螺釘形式的連接結構3經外套結構2上的沉頭孔11與內插結構1上的螺紋通孔6旋合，或是用螺栓螺母配合形式的連接結構3穿過光孔6將內插結構1和外套結構2相互連接，即構成了本發明所述的脹套式正錐面密封環磨削裝置。

圖4-圖6所示的是以本發明正錐面密封環磨削裝置加工具有正錐形密封端面密封環的使用方式。將待加工密封環4以其內孔面17沿軸向套裝在外套結構2的外周面12上，并使密封環4的待磨削密封端面14在外套結構2的非承插端面13外保留有h2≥0.5毫米的外露距離。用扭力板手擰緊連接結構3后，外套結構2的內凹錐孔面9受到內插結構1中具有較大錐角β1的外凸錐臺面5的撐漲擠壓作用而產生變形，并進而使密封環4的密封端面14徑向外側產生出與β1和β2兩錐角間差值基本一致的倒錐狀變形角β3。將套裝在一起的磨削裝置和待加工密封環4以內插結構1的磨削加工基準面8放置于磨床工作臺面15上，用磨削頭16對待加工密封環4的密封端面14進行磨削。當磨削至密封端面14上所需直徑的d1處時停止磨削。松開連接結構3，將密封環4與外套結構2分離，在密封環4的密封端面14上直徑大于d1的外側部位即形成了與β1、β2兩錐角差值基本一致的所需錐角β的倒錐形端面18。

圖7所示的是用本發明所述磨削裝置加工的具有正錐形密封端面的密封環在機械密封裝置中的一種使用狀態。該機械密封裝置中包括有可隨軸23旋轉的動密封環4和經軸端密封面與動密封環4相對設置并可作軸向浮動的靜止環19。靜止環19經與其非密封軸向端相接觸的推環25及彈性結構26浮動支承在推環座20中。動密封環4徑向經公差環24與軸套21套裝在一起，軸向與軸套21的臺階面接觸，周向經傳動銷22與軸套21固定在一起。其中動密封環4密封端面的徑向外側為具有所述正錐面18形式的密封面，兩密封環的密封端面間無錐形面處的軸向以h0≤20微米的間隙分開。

除圖7所示的動密封環4為徑向外側具有所述正錐面18形式的密封面外，靜止環19也可以采用具有類似形式正錐面18的密封面。