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)明所述加工倒錐面密封環(huán)的錐套式磨削裝置，結(jié)構(gòu)中包括一組可沿軸向以相對端承插式配合并可經(jīng)連接結(jié)構(gòu)相互連接和緊固的外套結(jié)構(gòu)，以及軸向貫通的筒狀結(jié)構(gòu)體形式的內(nèi)插結(jié)構(gòu)。其中，所述的連接結(jié)構(gòu)優(yōu)選為沿圓周等間距設(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配合的方式連接和緊固，或者是經(jīng)光孔由螺栓和螺母配合的方式進行連接和緊固。外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)插結(jié)構(gòu)的承插配合部位為以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心、并分別具有不同錐角的內(nèi)凹錐孔面的工作表面和外凸錐臺面的配合面。其中，外套結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹錐孔面的錐角，應(yīng)大于內(nèi)插結(jié)構(gòu)的外凸錐臺面的錐角。外套結(jié)構(gòu)上與其承插端相背的另一端面為基準(zhǔn)面。所述的內(nèi)插結(jié)構(gòu)具有同樣以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心并軸向貫通的圓柱狀內(nèi)孔面，且其圓柱狀內(nèi)孔面的直徑與被加工密封環(huán)的外徑相適應(yīng)。

上述結(jié)構(gòu)中，所述外套結(jié)構(gòu)承插部回轉(zhuǎn)配合面的錐角大小的取值范圍，一般情況下可優(yōu)選為大于或等于2′，并小于或等于300′；所述外套結(jié)構(gòu)承插部回轉(zhuǎn)配合面的錐角大于內(nèi)插結(jié)構(gòu)承插部回轉(zhuǎn)配合面的錐角的差值一般可不大于100′。

此外，在所述內(nèi)插結(jié)構(gòu)的承插配合部的根部還可設(shè)有一軸向距離≥2毫米的圓柱狀周面結(jié)構(gòu)段，更便于加工和使用操作。

本發(fā)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(huán)以其外圓柱面沿軸向套裝在所述磨削裝置中內(nèi)插結(jié)構(gòu)的圓柱狀內(nèi)孔面中，并使其待磨削的密封端面適當(dāng)外露于內(nèi)插結(jié)構(gòu)的非承插側(cè)的端面。將外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)插結(jié)構(gòu)的承插配合端相互套裝，并用連接結(jié)構(gòu)相互連接和擰緊。由于外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)插結(jié)構(gòu)承插部位配合面間的錐角存在差值，在擰緊連接結(jié)構(gòu)時，內(nèi)插結(jié)構(gòu)的外凸錐臺面受外套結(jié)構(gòu)錐角較大的內(nèi)凹錐孔面的擠壓作用可產(chǎn)生相應(yīng)的變形，并進而又?jǐn)D壓套裝于其內(nèi)孔面中的待加工密封環(huán)外圓柱面，使待加工密封環(huán)的密封端面徑向內(nèi)側(cè)部位產(chǎn)生出與外套結(jié)構(gòu)與內(nèi)插結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的塑性變形差異可能存在微小誤差）的正錐狀變形角凸起。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(chǎn)生了所述正錐狀變形角凸起的待加工密封環(huán)，以磨削裝置外套結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)面放置于磨床工作臺面上，用磨削頭對待加工密封環(huán)上具有所述正錐狀變形角凸起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(huán)與內(nèi)插結(jié)構(gòu)分離。解除了內(nèi)插結(jié)構(gòu)內(nèi)孔面擠壓作用的密封環(huán)即恢復(fù)其原來形狀，并在密封環(huán)的密封端面內(nèi)側(cè)小于該直徑的端面部位原產(chǎn)生所述正錐狀變形角凸起的部位，形成具有所需要的與磨削裝置外套結(jié)構(gòu)與內(nèi)插結(jié)構(gòu)承插配合面間的錐角差值基本一致的倒錐形端面。

由此可以理解，為更有利于通過所述磨削裝置的擠壓使密封環(huán)產(chǎn)生所述正錐狀變形角，上述磨削裝置中的內(nèi)插結(jié)構(gòu)可進一步采用具有至少一個沿軸間剖面切口的結(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。其中優(yōu)選采用的是由2~3個所述的分瓣狀結(jié)構(gòu)體環(huán)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(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。

上述結(jié)構(gòu)中，在所述外套結(jié)構(gòu)承插配合部位的內(nèi)凹錐孔面的底部，還可設(shè)有一個具有適當(dāng)軸向長度的圓柱孔面段，既便于加工和使用時的操作，也有利于保證和提高該外套結(jié)構(gòu)部位的徑向剛度。所述該圓柱孔面段的軸向長度不宜太長，一般情況下，該圓柱孔面段的軸向長度與包括其和所述內(nèi)凹錐孔面段在內(nèi)的軸向總長度之比應(yīng)≤0.5。

進一步，上述磨削裝置的外套結(jié)構(gòu)，優(yōu)選采用為具有由所述的內(nèi)凹錐孔面和所述具有軸向長度的圓柱孔面段共同構(gòu)成的軸向貫通的筒狀結(jié)構(gòu)體。

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(xì)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1待加工密封環(huán)套裝在本發(fā)明磨削裝置后產(chǎn)生變形狀態(tài)的軸剖面示意圖。

圖5是圖4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6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的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7圖6所示具有倒錐形密封端面的密封環(huán)用于機械密封裝置中的一種狀態(tài)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，包括可沿軸向以相對端承插式配合的外套結(jié)構(gòu)1和內(nèi)插結(jié)構(gòu)2，并可由沿圓周等間距設(shè)置的連接結(jié)構(gòu)3相互連接和緊固。其中：

外套結(jié)構(gòu)1為一筒狀結(jié)構(gòu)體，其徑向外側(cè)沿圓周等間距設(shè)置有18個可與螺釘或者螺栓螺母等連接結(jié)構(gòu)3相配合的螺紋通孔或光孔6，用于與內(nèi)插結(jié)構(gòu)2相互連接緊固。

外套結(jié)構(gòu)1和內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的承插配合部位為以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心、并分別具有錐角β₁的內(nèi)凹錐孔面5的工作表面和具有錐角β₂的外凸錐臺面9的配合面，其中錐角β₂=30′，且β₁＞β₂。其差值可根據(jù)待加工密封環(huán)端面上所需形成的倒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′。與承插端相背的外套結(jié)構(gòu)1的另一端面，為磨削加工的基準(zhǔn)面8。在外套結(jié)構(gòu)1承插配合部位的內(nèi)凹錐孔面5的底部，設(shè)有一軸向長度為t1的圓柱孔面段7，其與包括該內(nèi)凹錐孔面5軸向長度在內(nèi)的孔面總軸向長度t2之比為t1/t2=0.2，并由該圓柱孔面段7與內(nèi)凹錐孔面5共同構(gòu)成筒狀結(jié)構(gòu)體的外套結(jié)構(gòu)1的內(nèi)孔面，如圖2所示。

如圖3所示，內(nèi)插結(jié)構(gòu)2為由沿軸間剖面切開為2-3個分瓣式結(jié)構(gòu)體環(huán)繞排布拼合而成的筒狀結(jié)構(gòu)體，在其非承插側(cè)的一端并設(shè)有徑向外展結(jié)構(gòu)33。在徑向外展結(jié)構(gòu)33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，用于穿過螺釘或者螺栓和螺母等連接結(jié)構(gòu)3，與外套結(jié)構(gòu)1相互連接和緊固。同樣以軸線31為回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的筒狀結(jié)構(gòu)體的圓柱狀內(nèi)孔面12的直徑，應(yīng)與被加工密封環(huán)4外圓柱面17的直徑d2相適應(yīng)。內(nèi)插結(jié)構(gòu)2用于與外套結(jié)構(gòu)1的承插部位配合面為具有所述錐角β₂的外凸錐臺面9，并在其承插配合部的根部保留一具有軸向距離≥2毫米的圓柱狀周面的結(jié)構(gòu)段10。

用螺釘形式的連接結(jié)構(gòu)3經(jīng)內(nèi)插結(jié)構(gòu)2上的沉頭孔11與外套1上的螺紋通孔6相旋合，或是用螺栓和螺母形式的連接結(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4-圖6所示的是以本發(fā)明倒錐面密封環(huán)磨削裝置加工具有倒錐形密封端面密封環(huán)的使用方式。將待加工的密封環(huán)4以其外圓柱面17沿軸向套裝在內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的圓柱狀內(nèi)孔面12上，并使密封環(huán)4的待磨削密封端面14在內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的非承插端面13的外露h2≥0.5毫米的距離。用扭力板手?jǐn)Q緊連接結(jié)構(gòu)3后，內(nèi)插結(jié)構(gòu)2的外凸錐臺面9受到外套結(jié)構(gòu)1中具有較大錐角β₁的內(nèi)凹錐孔面5的擠壓而產(chǎn)生變形，并進而擠壓待加工密封環(huán)4的外圓柱面17，使待加工密封環(huán)4密封端面14的徑向內(nèi)側(cè)產(chǎn)生一個與β₁、β₂兩錐角差值基本一致的正錐狀的變形角為β₃的凸起。將套裝在一起的磨削裝置和密封環(huán)4，以外套結(jié)構(gòu)1的磨削加工基準(zhǔn)面8放置于磨床工作臺面15上，用磨削頭16對密封環(huán)4的密封端面14的進行磨削。當(dāng)磨削至密封端面14上所需直徑d1處時停止磨削。松開連接結(jié)構(gòu)3，將密封環(huán)4與內(nèi)插結(jié)構(gòu)2分離，在密封環(huán)4的密封端面14上直徑小于d1的內(nèi)側(cè)端面部位即形成了與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(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使用狀態(tài)。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)25及彈性結(jié)構(gòu)26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)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(jīng)傳動銷22與軸套21固定在一起。其中靜止環(huán)4密封端面的徑向內(nèi)側(cè)為具有所述倒錐面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7所示的靜止環(huán)4為徑向內(nèi)側(cè)具有所述倒錐面18形式的密封面外，動密封環(huán)19也可以為在密封端面的徑向內(nèi)側(cè)部位具有類似的倒錐面18形式密封面的密封環(huán)。