具有儲油微孔耐磨面的浮動油封的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械領域，特別是涉及一種用于機械設備中浮動端面密封的具有儲油微孔耐磨面的浮動油封。
【背景技術】
[0002]浮動油封應用于浮動端面密封，是一種用量大、用途廣(全國年需用量近億件)的機械密封，這種密封組件是由兩個金屬浮動端面密封環(huán)(簡稱浮動油封)和兩個“0”型橡膠密封圈裝配在專用密封腔體--浮封座內(nèi)而構成的。其金屬密封面具有耐磨、耐沖擊、一定的自適應性、壽命長、結構簡單、價廉，維修保養(yǎng)更換方便等特點，在礦山、工程機械、建筑機械、農(nóng)用機械、運輸機械、深井鉆機、井下采掘機械的密封結構中得到廣泛使用。由于浮動油封的使用環(huán)境的特殊，因此其屬于易損部件。外露的安裝位置，安裝調(diào)試人員的技能，環(huán)境溫度，潤滑油的性能等因素都對它的使用壽命有直接影響。
[0003]目前浮動油封一般使用壽命都在4000小時以下，部分昂貴合金制造的油封使用壽命可以達到5000小時，壽命普遍比較短。而在安裝、環(huán)境工況等要素都滿足工作條件的前提下，決定浮動油封環(huán)使用壽命的關鍵要素:是兩個摩擦副潤滑油膜的形成能力、抗變穩(wěn)固能力和構成這兩個摩擦副的原材料自身抗磨能力。
[0004]目前，浮動油封摩擦面(也稱工作面、耐磨面)一般被稱之為“亮帶”，顧名思義，對于油封的摩擦面一般會進行研磨拋光等處理，使之具有較高的光滑度，以減少摩擦阻力，因而其表面會因光滑度很高而反光。然而無論如何提高光滑度，如何降低摩擦阻力，浮動油封的使用壽命仍然較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題就是針對上述【背景技術】的不足，提供一種具有儲油微孔耐磨面的浮動油封，促使工作面能夠較易形成油膜，而且，油膜抗變穩(wěn)固，有效提高工作面的耐磨損度。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種具有儲油微孔耐磨面的浮動油封，包括上、下結構對稱的一對密封環(huán)體，所述一對密封環(huán)體的相對的兩個端面分別設置有耐摩擦組件，兩個耐摩擦組件形成一對對位配合的摩擦副，所述摩擦副的耐摩擦組件中的一個或兩個的耐摩擦工作面具有微坑或微溝槽織構化結構，其表面具有廣布的微凹陷，所述微凹陷為微坑或微溝槽，用于儲存潤滑油、脂等潤滑物質(zhì)，使耐摩擦工作面表面能夠形成一層油膜。
[0007]在上述技術方案中，所述微凹陷的深度不超過30-100 μ m。
[0008]在上述技術方案中，所述摩擦副的一個耐摩擦組件為平面摩擦組件，其摩擦工作面為平面，其最小寬度大于浮動油封裝配時所允許的最大中心偏心距離，另一個耐摩擦組件為銳面摩擦副組件，其截面為一側窄一側寬的形狀，窄側的窄線型端面為工作面，平面摩擦組件的摩擦面進行了微坑或微溝槽織構化處理；或者兩個耐摩擦組件均為平面摩擦組件，其一個或兩個的摩擦面進行了微坑或微溝槽織構化處理。
[0009]在上述技術方案中，所述銳面摩擦組件的摩擦工作面寬度為0.3-1.5mm。
[0010]在上述技術方案中，所述銳面摩擦組件的截面為半橢圓形或梯形。
[0011]在上述技術方案中，所述摩擦副采用氧化鋁陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成，優(yōu)選采用氧化鋁含量75°/『99%、原晶粒度小于0.δ-?μ?的氧化鋁陶瓷粉料，干壓、等靜壓成型后，毛坯1200~1700°C高溫燒結而成。陶瓷材料燒結成瓷后自然形成的“天生缺陷” 一一微坑，正是摩擦工作表面所需的，可用于儲存潤滑油、脂促進油膜形成、改善潤滑條件的微型儲油池。甚至要提供必需的外界條件和手段，人為有目的性地讓陶瓷材料燒結后，形成有規(guī)律排列的，表面含有大量開口、表里孔隙閉口的陶瓷體。
[0012]在上述技術方案中，所述摩擦副采用含有改性納米級陶瓷晶粒作為第二相質(zhì)點彌散強化后的金屬材料制成，陶瓷晶粒的含量為0.1°/『4%。
[0013]在上述技術方案中，所述陶瓷晶粒的顆粒粒度不超過60nm，陶瓷晶粒的顆粒粒度優(yōu)選 10~30nm。
[0014]在上述技術方案中，所述摩擦副內(nèi)改性納米級陶瓷晶粒為A1203陶瓷晶?；騎h02陶瓷晶?；験203陶瓷晶?；蛏鲜鎏沾删Я５慕M份混合體，優(yōu)選純度在99%以上的改性納米級A1203陶瓷晶粒。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明采用微坑或微溝槽織構化處理的摩擦面，能夠使浮動油封在使用時有利于潤滑油膜的形成，從而降低摩擦磨損，提高密封性能，起到減磨、密封的效果，提高浮動油封的使用壽命；本發(fā)明在摩擦面設置微坑或微溝槽后，在富油潤滑條件或混合潤滑條件下，微坑或微溝槽可以充當微小流體動壓潤滑軸承，從而產(chǎn)生附加流體動壓力，不但便于散熱，還能使浮動油封能適用較高的線速度，擁有較長的使用壽命；微坑或微溝槽還可以作為微儲油池，潤滑系統(tǒng)內(nèi)不斷運動的油、脂，在油楔動力的作用下，向摩擦副表面不斷提供潤滑油、脂，有利于油膜的再生、穩(wěn)固，使得摩擦表面能夠持續(xù)處于理想潤滑狀態(tài)，避免“干磨”；即使在干摩擦條件下，微坑或微溝槽可以容納因磨損產(chǎn)生的微小磨粒，從而降低由于磨粒在摩擦面摩擦而產(chǎn)生的高磨損。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明平面摩擦副浮動油封的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明浮動油封摩擦副工作面的局部放大結構示意圖；
圖3為本發(fā)明窄線面摩擦副浮動油封的結構示意圖；
其中，1-密封環(huán)體、2-摩擦副、2a-平面摩擦副組件、2b-銳面摩擦組件、3-微凹陷。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步的詳細描述:
如圖1所示，本發(fā)明所設計的具有儲油微孔耐磨面的浮動油封，包括上、下結構對稱的一對密封環(huán)體1，密封環(huán)體1的相對的兩個端面分別設置有摩擦組件，兩個摩擦組件形成一對對位配合的摩擦副2。
[0018]如圖2所示，本發(fā)明的摩擦副2的摩擦組件中的一個或兩個的摩擦面進行了微坑或微溝槽織構化處理，其表面具有廣布的微凹陷3，所述微凹陷3為微坑或微溝槽，用于儲存潤滑油、脂等潤滑物質(zhì)，使耐摩擦工作面表面能夠形成一層油膜。所述微凹陷3優(yōu)選為深度不超過30-100 μ m的微坑或微溝槽。
[0019]如圖1和圖3所示，本發(fā)明設計的摩擦副2可采用如下兩種結構:所述摩擦副2的一個耐摩擦組件為平面摩擦組件2a，其摩擦工作面為平面，其最小寬度大于浮動油封裝配時所允許的最大中心偏心距離，另一個耐摩擦組件為銳面摩擦副組件2b，其截面為一側窄一側寬的形狀，窄側的窄線型端面為工作面；或者兩個耐摩擦組件均為平面摩擦組件2a。具有一個銳面摩擦組件2b的浮動油封我們稱之為窄線、面摩擦副浮動油封，而兩個摩擦組件均為平面摩擦組件2a的浮動油封我們可以稱之為平面摩擦副浮動油封。
[0020]對于平面摩擦副浮動油封，我們可以選擇一個摩擦面進行微坑或微溝槽織構化處理，也可以對兩個摩擦面均進行微坑或微溝槽織構化處理。對于窄線、面摩擦副浮動油封，我們則優(yōu)選對其平面摩擦組件2a的摩擦面進行微坑或微溝槽織構化處理。
[0021]發(fā)明人對現(xiàn)有浮動油封進行了大量研究，對比了各種油封在工藝和使用壽命的區(qū)別后，總結出了如下理論，設計了本發(fā)明。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)摩擦副的表面并非越光滑越好，具有一定表面孔隙或紋理的摩擦副表面反而能夠在工作狀態(tài)下，便于潤滑油、脂能夠順利進入工作表面并形成一層潤滑油膜，相當于降低了摩擦系數(shù)，還為潤滑系統(tǒng)增加了一道柔性密封圈，從而降低摩擦磨損和摩擦生熱，提高密封性能。針對浮動油封的摩擦副2，如果表面已經(jīng)具有微坑或微溝槽織構，則能為潤滑油、脂提供存儲空間，更有利于油膜的形成，起到潤滑減磨、密封的作用，提高浮動油封的使用壽命。這個表面油膜對浮動油封十分重要，如果沒有表面油膜，會加速高磨損發(fā)生，密封油、脂就會加速泄漏，泄漏加劇了摩擦磨損，導致機械構件功能失效。發(fā)明人經(jīng)過大量對比實驗，發(fā)現(xiàn)采用相同的材質(zhì)和后續(xù)機加工工藝手段，鑄造油封或采用粉末冶金制造的油封，使用壽命會比鍛造油封更長。雖然鍛造油封的材料分子結構更致密，所以摩擦面微觀上明顯比鑄造件或者粉末冶金件表面更光滑。進一步研究后，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)鑄造毛坯制造的油封或采用粉末冶金毛坯制造的油封，其摩擦表面會具有自然形成的微坑織構或者微溝槽織構，雖然其摩擦表面微觀上的光滑度相對較差，但是實際使用時，其表面能夠容納進潤滑油、脂，形成一層油膜，在摩擦時體現(xiàn)了油、脂的潤滑減摩作用，因而耐磨效果比鍛造件更好。鍛造件經(jīng)機加工后更容易獲得光滑表面，雖然摩擦系數(shù)較低，摩擦阻力低，但是在實際使用時，兩個摩擦面往往貼合十分緊密，即使在富油狀態(tài)下，運行一段時間后潤滑油、脂便會被兩個摩擦面擠出，使得摩擦面經(jīng)常處于干磨的狀態(tài)，加速了摩擦磨損，導致使用壽命較低。
[0022]發(fā)明人經(jīng)過研究，總結出采用表面織構處理后，摩擦面具有三大優(yōu)勢:1)在富油潤滑條件或混合潤滑條件下，微坑或微溝槽可以充當微小流體動壓潤滑軸承，從而產(chǎn)生附加流體動壓力；2)微坑或微溝槽可以作為微儲油池向摩擦副表面提供潤滑油，起到二次潤滑的效果