專利名稱：一種密封環(huán)加工預變形力加載夾具及其加載方式的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種研磨加工隨行夾具，特別針對波紋面密封環(huán)加工中預變形力的加載方式及其加載夾具結構。
背景技術：
機械密封環(huán)廣泛應用于如核主泵及壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械，防止液體及氣體泄露，而波紋面密封環(huán)可以在保證額定動靜態(tài)載荷的情況下使其液體泄漏量降到最小。在核電中的核主泵是通過靜密封環(huán)和動密封環(huán)的密封面緊密貼合來進行密封的，由于所密封的冷卻劑是具有放射性、含硼、有毒的高溫高壓水，為了保證冷卻劑無外泄漏和滿足極端環(huán)境下60年的超長使役要求，動密封環(huán)和靜密封環(huán)必須具有極高的加工精度、極高的耐磨損抗腐蝕能力和極高的可靠性。對于波紋面密封環(huán)，密封環(huán)的密封面由平的密封壩面和沿周向均勻分布的波紋面組成，密封面上產(chǎn)生周向波度和徑向錐度，工作時沿圓周方向形成若干個波峰波谷，波幅約為微米級甚至亞微米級，產(chǎn)生 流體動壓效應，其結構如圖1所示，密封環(huán)的表面粗糙度Ra需要小于O. 05 μ m,且要求表面及亞表面無缺陷。目前，密封環(huán)常用的加工工藝過程為先用金剛石砂輪磨削或研磨然后再進行拋光，為了方便加工出波紋面，可以采用反變形方法預先給密封環(huán)坯加力，使其變形，磨削或研磨工藝加工平面的方法，將變形的表面加工平，再去除變形力使其恢復彈性變形從而得到所需的波紋面。這種加工方法可以在1999年9月7日公開的美國專利(專利號US005947481)查至IJ，發(fā)明人為Lionel A. Young.為了用加工平面的方法得到密封環(huán)波紋面，就要加力使原來平面密封環(huán)坯變形成要得到的波紋面的鏡像，用研磨或磨削加工方法將的變形面磨平。設定的變形力來源于一個剛性外圈上均勻分布的頂塊(如圖2)及剛性外圈與密封環(huán)坯的溫度差，在加熱剛性外圈后，將密封環(huán)坯放入剛性外圈內(nèi)，當溫度趨于相等時剛性外圈冷收，密封環(huán)坯圈熱漲，使剛性外圈上的頂塊接觸密封環(huán)坯的外邊緣上，形成作用力，壓迫密封環(huán)坯外圓柱面不同點形成扭矩，使其周向扭曲變形。這種方法原理可行，但要獲得接近剛性外圈，必然要求其尺寸足夠大，與密封環(huán)坯的接觸狀態(tài)必須一致，否則調(diào)節(jié)困難，加工精度要求高，當溫度趨于平均后，產(chǎn)生了溫度力，密封環(huán)坯加工好后卸下困難，另外用純擠壓力使其發(fā)生波浪式扭轉(zhuǎn)的程度有限，作用點應力集中，要達到實用化，需要改進。

發(fā)明內(nèi)容
針對這種加載方式存在的缺陷，為了便于實際加載，提高扭轉(zhuǎn)變形的效果，本發(fā)明提出了一種新型密封環(huán)坯預變形力加載夾具。利用該夾具使密封環(huán)坯處于合理的變形狀態(tài)，利用平面研磨機床，就可以加工出波紋面密封環(huán)。該加載夾具包括底盤、長杠桿臂、短杠桿臂、上推螺釘、下拉螺釘和緊固螺釘，根據(jù)密封環(huán)波紋數(shù)量設置若干個長杠桿臂、短杠桿臂、上推螺栓、下拉螺栓和緊固螺釘。長杠桿臂及短杠桿臂由上部的帶弧形槽的方形梁、中部的柔性鉸鏈及下部的固定端構成。長杠桿臂及短杠桿臂的下部的固定端與底盤環(huán)槽緊配合，均勻圓周分布于底盤上，用緊固螺釘固定，下拉螺栓穿過長杠桿臂上的光孔，與底盤的螺紋孔旋合，上推螺栓與短杠桿臂上的螺紋孔旋合，其伸出的下端部與底盤接觸。被加工的密封環(huán)坯安裝在長杠桿臂及短杠桿臂的弧形槽中，好像被多雙手握住，處于被夾持狀態(tài)，弧形槽與密封環(huán)坯的內(nèi)外圓柱面之間采用間隙配合。通過旋轉(zhuǎn)上推螺栓頂緊底盤，可以使短杠桿臂產(chǎn)生逆時針擺動，由于所夾持的密封環(huán)坯的內(nèi)外圓柱面同時受到力偶的作用，使密封環(huán)坯部分外翻變形，旋轉(zhuǎn)下拉螺栓拉動長杠桿臂使其擺動，所夾持的密封環(huán)坯部分會內(nèi)翻變形，相間排列的長短杠桿臂加載就會使密封環(huán)坯出現(xiàn)波紋面變形。長杠桿臂及短杠桿臂采用柔性鉸鏈結構不但能夠保證定位精度，而且便于各杠桿臂在水平面內(nèi)調(diào)整位置，以便密封環(huán)坯輕松裝入其環(huán)形槽內(nèi)。將杠桿臂設計成兩種長度，可以充分利用空間使下拉的長杠桿臂盡量長，以提高調(diào)解精度。采用夾持方式加載相比單純擠壓密封環(huán)坯外圓柱面不同點可產(chǎn)生更大的扭矩，密封環(huán)坯易于產(chǎn)生波紋面，且應力集中小。通過螺釘調(diào)節(jié)密封環(huán)坯的變形程度及拆裝狀態(tài)，方便了實際使用，性能穩(wěn)定可靠。


圖1為波紋面密封環(huán)結構。圖2為密封環(huán)坯與剛性外圈的裝配方式。圖3 (a)為密封環(huán)坯加工隨行夾具剖視圖。圖3 (b)為密封環(huán)坯加工隨行夾具俯視圖。圖4(a)為杠桿臂的剖視圖。圖4(b)為杠桿臂的俯視圖。圖5為本發(fā)明的軸測圖。圖中122密封環(huán)坯，104剛性外圈，138上頂塊，140下頂塊；I密封環(huán)坯，2短杠桿臂，3上推螺釘，4底盤，5緊固螺釘，6長杠桿臂，7下拉螺釘。
具體實施例方式結合技術方案和附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。對于圖1所示的一個9個波紋面的密封環(huán)，為了能在原來平坦的密封環(huán)坯端面形成波紋面，根據(jù)密封環(huán)坯的結構尺寸設計制造密封環(huán)坯加工隨行夾具，將其平放在操作臺面上，底盤4在下，當放松其所有上推螺釘3和為下拉螺釘7后，可以將密封環(huán)坯輕松裝入到短杠桿臂2及長杠桿臂6的弧形槽中，在加載前測量密封環(huán)坯待形成波紋面的上端面的平面度，使其不大于I微米，如圖3 (a)、圖3 (b)、圖4(a)、圖4(b)和圖5所示。加載時先依次旋緊各上推螺釘3，再依次旋緊下拉螺釘7，各螺釘旋轉(zhuǎn)角度要小且均勻一致，加載過程中，可采用平晶干涉法或光軸法不斷檢測上端面各點的平面度變化，當表面波紋面達到要求后，停止加載。為了固定加載螺釘?shù)奈恢?，使?02快干膠固定。為了得到預想的波紋面，可以將此形成波紋面的密封環(huán)坯連同夾具上下翻過來，放到單面平面環(huán)拋機或研磨機上，將其波紋面磨平。加工完成后，通過加熱法清除502快干膠，當擰松所有的上推螺釘3及下拉螺釘7后，密封環(huán)坯恢復到自由狀態(tài)，可以輕松取下，在原研磨平的加工面就得到了預想的波紋面。
權利要求
1.一種杠桿式密封環(huán)加工預變形力加載夾具，其特征在于該加載夾具采用了杠桿及柔性鉸鏈結構，包括底盤(4)、長杠桿臂(6)、短杠桿臂(2)、上推螺釘(3)、下拉螺釘(7)和緊固螺釘(5)，根據(jù)密封環(huán)波紋數(shù)量設置長杠桿臂(6)、短杠桿臂(2)、上推螺栓(3)、下拉螺栓(7)、緊固螺釘(5);密封環(huán)坯(I)安裝在圓周均勻分布的長杠桿臂(6)及短杠桿臂(2)的弧形槽中，弧形槽與密封環(huán)坯(I)的內(nèi)外圓柱面間隙配合；長杠桿臂(6)及短杠桿臂(2)的下部與底盤(4)的環(huán)槽過渡配合，均勻圓周分布于底盤(4)上，用緊固螺釘(5)固定起來，通過長杠桿臂(6)及短杠桿臂(2)的中部柔性鉸鏈與上部的杠桿梁連成一體；下拉螺栓(7)穿過長杠桿臂(6)上的光孔，下拉螺栓(7)的下部螺紋與底盤(4)的螺紋孔旋合，上推螺栓(3)穿過短杠桿臂(2)上的螺紋孔，上推螺栓(3)的下端部頂在底盤(4)上，從而構成長短相間分布的杠桿螺旋加載機構。
2.—種杠桿式密封環(huán)加工預變形力加載夾具的加載方式，其特征在于利用杠桿臂上的環(huán)形槽與密封環(huán)坯(I)配合，采用夾持方式加載變形力矩；松開推螺栓(3)和下拉螺栓(7),將密封環(huán)坯(I)裝入長杠桿臂(6)及短杠桿臂(2)的環(huán)形槽內(nèi)，形成握住密封環(huán)坯(I)的初始狀態(tài)，通過旋轉(zhuǎn)上推螺栓(3)頂緊底盤(4)，使短杠桿臂(2)產(chǎn)生擺動，所夾持的密封環(huán)坯(I)部分會外翻變形，旋轉(zhuǎn)下拉螺栓(7)拉動長杠桿臂(6)，使其產(chǎn)生反向擺動，所夾持的密封環(huán)坯(I)部分會內(nèi)翻變形，相間排列的長杠桿臂(6)及短杠桿臂(2)加載后就會使密封環(huán)坯(I)的上下端面出現(xiàn)波紋面變形，用研磨平面的方法加工出波紋面密封環(huán)，加工完成后擰松上推螺栓(3 )和下拉螺栓(7 )取下密封環(huán)坯(I)。
全文摘要
本發(fā)明一種密封環(huán)加工預變形力加載夾具及其加載方式，特別涉及針對波紋面密封環(huán)加工中預變形力的加載方式及其具體夾具結構，本夾具根據(jù)反變形法加工原理，在底盤上均勻相間分布了一組長杠桿臂及短杠桿臂，長杠桿臂及短杠桿臂通過柔性鉸鏈與底盤連接，密封環(huán)坯被夾持在長杠桿臂及短杠桿臂的環(huán)形槽中，在調(diào)解對應的上推螺釘和下拉螺釘后，使被各杠桿臂夾持的密封環(huán)坯產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，形成均勻分布的波紋面，采用夾持式加載方式使密封環(huán)坯易于產(chǎn)生扭曲變形，且其應力集中小，利用平面研磨機床加工后，可得到預想的波紋面密封環(huán)。本加載夾具應用于波紋面密封環(huán)坯的預變形力的加載，具有操作方便、結構簡單、性能穩(wěn)定可靠的特點。
文檔編號B24B37/30GK103029037SQ201210514378
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權日2012年12月3日
發(fā)明者戴恒震, 周平, 金洙吉, 康仁科 申請人:大連理工大學