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

背景技術(shù)：

在機械密封中實現(xiàn)密封的核心構(gòu)件是軸向固定并可隨軸旋轉(zhuǎn)的動環(huán)，以及經(jīng)軸端密封面與動環(huán)相對設(shè)置并可作軸向浮動的非旋轉(zhuǎn)的靜環(huán)。錐面機械密封是指在動環(huán)和/或靜環(huán)的密封端面上開設(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，通過改變錐形面的參數(shù)變化來調(diào)整介質(zhì)在密封端面之間形成的流體膜的動、靜壓效應(yīng)，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(zhì)粘度較大的場合，目前較多應(yīng)用于核電主泵的軸端密封。

由于錐面機械密封中密封環(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，因此加工時對其端面沿軸向的最大切削量也不過數(shù)十微米，并且由于對密封端面的表面質(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題。

本發(fā)明所述倒錐面密封環(huán)的套壓式磨削裝置，結(jié)構(gòu)中包括一組以分別具有凹凸結(jié)構(gòu)的相對端沿軸向承插式配合的外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)插結(jié)構(gòu)，其間可經(jīng)連接結(jié)構(gòu)相互連接和緊固。其中，所述的連接結(jié)構(gòu)優(yōu)選沿圓周等間距設(shè)置，一般情況下設(shè)置的數(shù)量可為3~100個。所述外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)插結(jié)構(gòu)間連接緊固的典型結(jié)構(gòu)，可采用由螺紋孔與螺釘方式連接和緊固，或者是經(jīng)光孔由螺栓和螺母方式進行連接和緊固。并且，

所述的外套結(jié)構(gòu)為在一徑向外展結(jié)構(gòu)體的一軸向端設(shè)有一個以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心并具有錐角的內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)，在其徑向內(nèi)側(cè)具有垂直于中心軸線并可與被加工密封環(huán)的非密封端面接觸的工作面。外套結(jié)構(gòu)上與承插方向相背的軸向端具有垂直于中心軸線的基準(zhǔn)面。

所述的內(nèi)插結(jié)構(gòu)為一筒狀結(jié)構(gòu)體，其承插配合端為具有錐臺面的軸凸?fàn)铄F臺結(jié)構(gòu)，且外套結(jié)構(gòu)上的所述內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)的錐角≥內(nèi)插結(jié)構(gòu)上所述錐臺面的錐角；與承插方向相背的內(nèi)插結(jié)構(gòu)的筒狀內(nèi)孔面，為以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心并具有與被加工密封環(huán)的外周面直徑相適應(yīng)的孔徑。

上述結(jié)構(gòu)中，外套結(jié)構(gòu)上的所述工作面優(yōu)選的是其表面粗糙度（Ra）優(yōu)選不大于6.3微米，以保證和提高所述工作面與被加工密封環(huán)的非密封端面接觸時受力的均勻性，有利于提高被加工密封環(huán)變形角度的大小及精度。

上述結(jié)構(gòu)中，在所述外套結(jié)構(gòu)的徑向外展結(jié)構(gòu)體上，一種優(yōu)選方式是所述該內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)的底部采用為盤片狀結(jié)構(gòu)，并在其徑向內(nèi)側(cè)部位設(shè)有一軸向環(huán)凸結(jié)構(gòu)。所述的可與被加工密封環(huán)的非密封端面接觸的工作面，即可采用為該環(huán)凸結(jié)構(gòu)的軸向環(huán)凸端面的形式。其中，所述工作面的徑向?qū)挾葍?yōu)選為小于20毫米，以有利于避免因徑向?qū)挾冗^大而增大與被加工密封環(huán)的非密封端面接觸位置范圍對被加工密封環(huán)的變形量控制可能帶來的不利影響。

在此基礎(chǔ)上，進一步還可以使外套結(jié)構(gòu)中所述盤片狀結(jié)構(gòu)上該軸向環(huán)凸結(jié)構(gòu)的工作面的徑向?qū)挾?，與所述盤片狀結(jié)構(gòu)的軸向厚度之比為0.8~1.2，從而更有利于保持結(jié)構(gòu)厚度變化的均勻性。所述軸向環(huán)凸結(jié)構(gòu)的工作面與其內(nèi)凹底部間的軸向深度優(yōu)選為大于3毫米，以便在使用過程中能給被加工密封環(huán)留有更為充分的軸向變形空間。

上述結(jié)構(gòu)中，對所述外套結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)的錐角大小的選擇，一般情況下可優(yōu)選在大于或等于2′，并小于或等于300′的范圍。所述外套結(jié)構(gòu)內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)的錐角與所述內(nèi)插結(jié)構(gòu)錐臺面的錐角間的差值，一般優(yōu)選為不大于100′。

此外，在上述內(nèi)插結(jié)構(gòu)的所述錐臺面的底部，還可設(shè)有一軸向距離≥2毫米的圓柱狀周面結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明上述磨削裝置的使用是，先將被加工的密封環(huán)以其外圓柱面沿軸向套裝在筒狀內(nèi)插結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔中，使其非密封端面與外套結(jié)構(gòu)中的所述工作面相互接觸，并使被加工密封環(huán)的待磨削密封端面在內(nèi)插結(jié)構(gòu)的非承插端端面外保持有適當(dāng)?shù)耐饴毒嚯x。將外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)插結(jié)構(gòu)的凹凸承插配合端相互套裝，并用連接結(jié)構(gòu)將其相互連接和擰緊。擰緊所述的連接件時，最好使用螺栓拉伸器、扭力板手及定力板手等能精確控制扭力大小的工具。當(dāng)外套結(jié)構(gòu)中的所述內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)與內(nèi)插結(jié)構(gòu)的錐臺結(jié)構(gòu)具有相同大小的錐角時，隨著連接結(jié)構(gòu)擰緊的軸向拉力，外套結(jié)構(gòu)中的所述工作面將對被加工密封環(huán)的非密封端面、特別是對非密封端面的徑向內(nèi)側(cè)部施加軸向的頂推力；如果外套結(jié)構(gòu)中內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)的錐角大于內(nèi)插結(jié)構(gòu)中錐臺結(jié)構(gòu)的錐角時，則具有較大錐角的外套結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹孔面還可對內(nèi)插結(jié)構(gòu)的錐臺面產(chǎn)生更大的內(nèi)收擠壓作用。這些作用力都可使被加工密封環(huán)密封端面的徑向內(nèi)側(cè)產(chǎn)生出具有相應(yīng)正錐狀外凸的變形角。通過使用如定力或扭力板手等適當(dāng)工具精確控制連接結(jié)構(gòu)3的預(yù)緊力，或在擰緊連接結(jié)構(gòu)3時通過適當(dāng)?shù)臏y量裝置（如光學(xué)平晶等）對密封端面的變形角進行實時檢測等方式，可以使待加工密封環(huán)密封端面外側(cè)所產(chǎn)生的該倒錐狀外凸變形角，與希望在密封面上所形成的錐形端面的錐角的大小基本一致（盡管隨實際材料及接觸表面間產(chǎn)生的塑性變形差異可能存在微小誤差，但只須控制密封環(huán)體沿軸向的變形在其材料的彈性變形范圍以內(nèi)即可）。將套裝好并在密封端面上產(chǎn)生有該正錐狀變形角的被加工密封環(huán)的磨削裝置，以其外套結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)面放置于磨床工作臺面上，用磨削頭對被加工密封環(huán)上具有該正錐狀變形角的密封端面進行磨削，直至達到密封端面上所希望的直徑處時停止。松開連接件，將加工后的密封環(huán)與內(nèi)插結(jié)構(gòu)分離，密封環(huán)即可恢復(fù)其原來的形狀，并在磨削后的密封環(huán)的密封端面上小于該所希望直徑的內(nèi)側(cè)部位，形成所需要的倒錐形端面。

根據(jù)此工作過程和原理，進一步可以采取的優(yōu)選方式是，使上述磨削裝置中的內(nèi)插結(jié)構(gòu)采用為具有至少一個沿軸間剖面切口的筒狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體環(huán)繞排布組成的形式，以更有利于上述磨削裝置中的內(nèi)插結(jié)構(gòu)對密封環(huán)施加所述的內(nèi)收擠壓作用。一般情況下，采用由2~3個所述的分瓣狀結(jié)構(gòu)體環(huán)繞排布組成即可。其中，更好的方式是采用由沿圓周等間距分布的相同或基本相同的各分瓣狀結(jié)構(gòu)體環(huán)繞排布組成的形式，并使各弧狀結(jié)構(gòu)體分別經(jīng)所述的連接結(jié)構(gòu)與外套結(jié)構(gòu)連接。

本發(fā)明上述磨削裝置中的外套結(jié)構(gòu)或/和內(nèi)插結(jié)構(gòu)的另一種可選擇的優(yōu)選方式，是使所述的外套結(jié)構(gòu)也采用為具有軸向貫通孔的筒狀結(jié)構(gòu)體形式。

由此可以理解，本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)的磨削裝置，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數(shù)十微米，且對密封端面的表面質(zhì)量要求非常高的具有倒錐狀表面。

以下結(jié)合附圖所示實施例的具體實施方式，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明。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)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明加工倒錐面密封環(huán)的錐套式磨削裝置一種整體結(jié)構(gòu)的軸剖面示意圖。

圖2是圖1中外套結(jié)構(gòu)的軸剖面示意圖。

圖3是圖1中內(nèi)插結(jié)構(gòu)的軸剖面示意圖。

圖4是圖3內(nèi)插結(jié)構(gòu)的A向結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖1所示的裝置與待加工密封環(huán)套裝后產(chǎn)生正錐角狀變形狀態(tài)的軸剖面示意圖。

圖6是圖5所示的環(huán)磨削裝置及被加工密封環(huán)在磨床上進行加工的狀態(tài)示意圖。

圖7是磨削后在被加工密封環(huán)上形成的具有倒錐形密封端面狀態(tài)的示意圖。

圖8圖7所示的具有倒錐形密封端面的密封環(huán)在機械密封裝置中的一種應(yīng)用形式示意圖。

具體實施方式

圖1所示的是本發(fā)明加工倒錐面密封環(huán)的錐套式磨削裝置的一種整體結(jié)構(gòu)的基本形式，包括一組以分別具有凹凸結(jié)構(gòu)的相對端沿軸向承插式配合的外套結(jié)構(gòu)1和內(nèi)插結(jié)構(gòu)2，其間可經(jīng)沿圓均勻分布的18個（圖4中示意為6個）螺釘或螺栓螺母形式的連接結(jié)構(gòu)3相互連接和緊固。其中，

外套結(jié)構(gòu)1如圖2所示，為一筒狀結(jié)構(gòu)體，在其一軸向端的徑向外展形式的筒壁結(jié)構(gòu)體的徑向外側(cè)，設(shè)有一個用于與內(nèi)插結(jié)構(gòu)2相互承插配合的內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)5。該內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)5為以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心并具有錐角β₁的錐孔面，錐角β₁的大小為2′≤β₁≤300′。在內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)5外側(cè)的外展筒壁部位，沿圓周等間距設(shè)置有18個可與螺釘式連接結(jié)構(gòu)3配合的螺紋孔6，或者與螺栓螺母形式的連接結(jié)構(gòu)3配合的光孔6，用于與內(nèi)插結(jié)構(gòu)2相互連接緊固。內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)5徑向內(nèi)側(cè)的筒壁為盤片狀結(jié)構(gòu)24，在盤片狀結(jié)構(gòu)24的徑向內(nèi)側(cè)部位有一軸向環(huán)凸結(jié)構(gòu)7，其軸向環(huán)凸的端面為垂直于中心軸線31并可與被加工密封環(huán)4的非密封端面30接觸的工作面26。該工作面26的表面粗糙度（Ra）不大于0.8微米，徑向?qū)挾刃∮?毫米。工作面26的徑向?qū)挾扰c盤片狀結(jié)構(gòu)24的軸向厚度t₁之比為1:1；工作面26與軸向環(huán)凸結(jié)構(gòu)7的內(nèi)凹底部間的軸向深度t₂為大于3毫米。外套結(jié)構(gòu)1非承插方向的徑向外展筒壁結(jié)構(gòu)體的軸向端面，為具有垂直于中心軸線31的基準(zhǔn)面8。

內(nèi)插結(jié)構(gòu)2如圖3和圖4所示，為具有一個沿軸間剖面切口27的筒狀結(jié)構(gòu)體（也可以采用由沿軸間剖面切開的2-3個分瓣式結(jié)構(gòu)體環(huán)繞排布組合而成的筒狀結(jié)構(gòu)體），在其一軸向方向有一具有錐角β₂=30′的錐臺面9的凸?fàn)铄F臺結(jié)構(gòu)，用于與外套結(jié)構(gòu)1的所述軸向內(nèi)凹結(jié)構(gòu)作承插配合，且外套結(jié)構(gòu)1的內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)5的錐角β₁≥內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的錐臺面9的錐角β₂，β₁與β₂間的差值≤100′。在內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的錐臺面9的底部，有一軸向距離h1≥2毫米的圓柱狀周面結(jié)構(gòu)10。在內(nèi)插結(jié)構(gòu)2非承插端并一徑向外展結(jié)構(gòu)，其上沿圓周等間距設(shè)置有可與外套結(jié)構(gòu)1上的螺紋通孔或光孔6相對應(yīng)的沉頭孔11。內(nèi)插結(jié)構(gòu)2非承插方向的筒狀內(nèi)孔面，為以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心并具有與被加工密封環(huán)4的外周面17直徑d₂相適應(yīng)的孔徑。

螺釘形式的連接結(jié)構(gòu)3經(jīng)內(nèi)插結(jié)構(gòu)2上的沉頭孔11與外套結(jié)構(gòu)1上的螺紋孔6旋合，或是用螺栓螺母形式的連接結(jié)構(gòu)3穿過光孔6，將外套結(jié)構(gòu)1和內(nèi)插結(jié)構(gòu)2相互連接，即構(gòu)成了本發(fā)明所述的脹套式倒錐面密封環(huán)磨削裝置。

圖5-圖7所示的，是以本發(fā)明的磨削裝置加工具有倒錐形密封端面密封環(huán)的使用方式。將被加工的密封環(huán)4以其外周面17沿軸向套裝在內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的內(nèi)孔面12中，使其非密封端面30與外套結(jié)構(gòu)1中的工作面26相互接觸，并使被加工密封環(huán)4的待磨削密封端面14在內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的非承插端端面13外保持有適當(dāng)?shù)耐饴毒嚯xh₂。將外套結(jié)構(gòu)1和內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的凹凸承插配合端相互套裝，并用連接結(jié)構(gòu)3將其相互連接和擰緊。擰緊所述的連接件時，最好使用螺栓拉伸器、扭力板手及定力板手等能精確控制扭力大小的工具。在連接結(jié)構(gòu)3擰緊的軸向拉力作用下，外套結(jié)構(gòu)1中的工作面26將對被加工密封環(huán)4的非密封端面30的徑向內(nèi)側(cè)部位施加軸向的頂推力，加之具有較大錐角的外套結(jié)構(gòu)1的內(nèi)凹孔面結(jié)構(gòu)5對內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的外凸錐孔面產(chǎn)生的相應(yīng)內(nèi)收擠壓力。這些作用力都將使被加工密封環(huán)4的密封端面14徑向內(nèi)側(cè)產(chǎn)生具有相應(yīng)正錐狀變形角β₃的外凸結(jié)構(gòu)。將套裝好并連同在密封端面上產(chǎn)生了該正錐狀變形角的被加工密封環(huán)，以磨削裝置外套結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)面8放置于磨床工作臺面15上，用磨削頭16對被加工密封環(huán)4上具有所述正錐狀變形角的密封端面進行磨削，直至達到密封端面14上所希望的直徑處時停止磨削。松開連接件，將加工后的密封環(huán)4與內(nèi)插結(jié)構(gòu)2分離，密封環(huán)4即可恢復(fù)其原來的形狀，并在磨削后的密封環(huán)的密封端面14上小于該所希望直徑d₁的內(nèi)側(cè)部位，形成了與所需錐角β基本一致的β≈β₃的倒錐形端面18的密封面。

圖8是用本發(fā)明所述磨削裝置加工的具有倒錐形密封端面的密封環(huán)在機械密封裝置中的一種應(yīng)用形式。該機械密封裝置中包括有可隨軸23旋轉(zhuǎn)的動密封環(huán)19和經(jīng)軸端密封面與動密封環(huán)19相對設(shè)置并可作軸向浮動的靜止環(huán)4。靜止環(huán)4經(jīng)與其非密封軸向端相接觸的推環(huán)28及彈性結(jié)構(gòu)29浮動支承在推環(huán)座20中。動密封環(huán)19徑向經(jīng)公差環(huán)25與軸套21套裝在一起，軸向與軸套21的臺階面接觸，周向經(jīng)傳動銷22與軸套21固定在一起。其中靜止環(huán)4密封端面為在徑向內(nèi)側(cè)具有上述倒錐面18形式的密封面，兩密封環(huán)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8所示的靜止環(huán)4為徑向外側(cè)具有倒錐面18形式的密封面外，動密封環(huán)19的密封端面也可以為具有倒錐面18形式的密封面。