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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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，特別是具有正錐形密封面密封環(huán)的磨削裝置，可以有效解決這一問題。

本發(fā)明所述正錐面密封環(huán)的套壓式磨削裝置，結(jié)構(gòu)中包括一組可以分別具有凹凸結(jié)構(gòu)的相對端沿軸向承插式配合的內(nèi)插結(jié)構(gòu)和外套結(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。所述內(nèi)插結(jié)構(gòu)和外套結(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(jìn)行連接和緊固。并且，

——上述結(jié)構(gòu)中所述的內(nèi)插結(jié)構(gòu)，為在以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心的外展結(jié)構(gòu)體的一軸向端的徑向內(nèi)側(cè)，有一個以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心并具有錐臺面的軸向外凸錐臺結(jié)構(gòu)；與其同軸向方向的外展結(jié)構(gòu)體的徑向外側(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；與承插方向相背的內(nèi)插結(jié)構(gòu)的另一端面為垂直于中心軸線的基準(zhǔn)面。

——上述結(jié)構(gòu)中所述的外套結(jié)構(gòu)，具有可與內(nèi)插結(jié)構(gòu)的所述錐臺結(jié)構(gòu)的錐臺面承插配合的內(nèi)凹錐孔面，且內(nèi)插結(jié)構(gòu)的所述錐臺面的錐角≥外套結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹錐孔面的錐角；外套結(jié)構(gòu)并具有以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心、且與被加工密封環(huán)的內(nèi)孔直徑相適應(yīng)外徑的圓柱面的外周面。

上述結(jié)構(gòu)中，外展結(jié)構(gòu)體上的所述工作面優(yōu)選的是其表面粗糙度（ra）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，所述內(nèi)插結(jié)構(gòu)的外展結(jié)構(gòu)體上可與被加工密封環(huán)的非密封端面接觸的工作面，可以采用的一種優(yōu)選方式，是在盤片狀結(jié)構(gòu)的外展結(jié)構(gòu)體徑向外周部的一軸向環(huán)凸結(jié)構(gòu)的環(huán)凸端面的形式。該環(huán)凸端面的徑向?qū)挾葍?yōu)選小于20毫米，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，內(nèi)插結(jié)構(gòu)的外展結(jié)構(gòu)體上所述環(huán)凸結(jié)構(gòu)工作面的徑向?qū)挾扰c環(huán)凸結(jié)構(gòu)底部的盤片狀結(jié)構(gòu)軸向厚度之比為0.8~1.2，更有利于保持結(jié)構(gòu)厚度變化的均勻性。所述該工作面與內(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，對所述內(nèi)插結(jié)構(gòu)中錐臺面的錐角大小的選擇，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。所述內(nèi)插結(jié)構(gòu)錐臺面的錐角與外套結(jié)構(gòu)內(nèi)凹錐孔面的錐角間的差值一般優(yōu)選為不大于100′。

此外，在所述外套結(jié)構(gòu)中具有內(nèi)凹錐孔面的承插配合部的根部，還可設(shè)有一軸向距離≥2毫米的圓柱狀內(nèi)孔面結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明上述磨削裝置的使用是，先將待加工的密封環(huán)以其內(nèi)孔面沿軸向套裝在外套結(jié)構(gòu)的外周面上，使其非密封端面與內(nèi)插結(jié)構(gòu)中外展結(jié)構(gòu)體上的所述工作面相互接觸，并使待加工密封環(huán)的待磨削密封端面在外套結(jié)構(gòu)的非承插端端面外保持有適當(dāng)?shù)耐饴毒嚯x。將內(nèi)插結(jié)構(gòu)和外套結(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。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。如果內(nèi)插結(jié)構(gòu)的所述錐臺面與外套結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹錐孔面具有相同大小的錐角時，隨著連接結(jié)構(gòu)的擰緊的軸向拉力，將使內(nèi)插結(jié)構(gòu)中該外展結(jié)構(gòu)體上的所述工作面對待加工密封環(huán)的非密封面、特別是非密封面的徑向外側(cè)部施加有軸向的頂推力；而當(dāng)內(nèi)插結(jié)構(gòu)錐臺面的錐角大于外套結(jié)構(gòu)承插部位配合面間的錐角時，則在此基礎(chǔ)上具有較大錐角的內(nèi)插結(jié)構(gòu)錐臺面還更增加有對外套結(jié)構(gòu)內(nèi)凹錐孔面的撐漲擠壓作用。這些作用力對內(nèi)插結(jié)構(gòu)中該外展結(jié)構(gòu)體上的所述工作面對待加工密封環(huán)非密封面所產(chǎn)生的軸向頂壓作用，可使待加工密封環(huán)的密封端面外側(cè)產(chǎn)生出與所需要的正錐面結(jié)構(gòu)相反的相應(yīng)倒錐狀外凸變形角。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(jìn)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)生了該倒錐狀變形角的待加工密封環(huán)的磨削裝置，以其內(nèi)插結(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)上具有所述倒錐狀變形角的密封端面進(jìn)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，將加工后的密封環(huán)與外套結(jié)構(gòu)分離。解除了外套結(jié)構(gòu)外周面撐漲擠壓作用的密封環(huán)即可恢復(fù)其原來的形狀，并在磨削后的密封環(huán)的密封端面上大于該所希望直徑的外側(cè)部位，形成所需要的正錐形端面。

根據(jù)此工作過程和原理，進(jìn)一步的優(yōu)選方式是，可使上述磨削裝置中的外套結(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外套結(jié)構(gòu)產(chǎn)生使密封環(huán)產(chǎn)生所述倒錐狀變形角的撐漲擠壓作用。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)與內(nèi)插結(jié)構(gòu)連接。

本發(fā)明上述磨削裝置中的內(nèi)插結(jié)構(gòu)或/和外套結(jié)構(gòu)的另一種可選擇的優(yōu)選方式，是使所述的內(nèi)插結(jié)構(gòu)或/和外套結(jié)構(gòu)采用為具有軸向貫通孔的筒狀結(jié)構(gòu)體形式，更好的是使內(nèi)插結(jié)構(gòu)和外套結(jié)構(gòu)為具有相同貫通孔徑的筒狀結(jié)構(gòu)體的形式。

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正錐狀表面。

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(jìn)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)明加工正錐面密封環(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中內(nèi)插結(jié)構(gòu)的軸剖面示意圖。

圖3是圖1中外套結(jié)構(gòu)的軸剖面示意圖。

圖4是圖3外套結(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)生倒錐角狀變形狀態(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(jìn)行加工的狀態(tài)示意圖。

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

圖8圖7所示的具有正錐形密封端面的密封環(huán)在機(jī)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)明加工正錐面密封環(huán)的錐套式磨削裝置的一種整體結(jié)構(gòu)的基本形式，包括一組以所具有的凹凸結(jié)構(gòu)的相對端沿軸向承插式配合的內(nèi)插結(jié)構(gòu)1和外套結(jié)構(gòu)2，并可經(jīng)其間沿圓均勻分布的18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。

內(nèi)插結(jié)構(gòu)1如圖2所示，為一軸向貫通的筒狀結(jié)構(gòu)體，在其一軸向端有一個以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心的盤片狀外展結(jié)構(gòu)體24，外展結(jié)構(gòu)體24一軸向端部的徑向內(nèi)側(cè)有一個以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心并具有錐臺面5的軸向外凸的錐臺結(jié)構(gòu)，用于與外套結(jié)構(gòu)2相互承插配合。在軸向外的凸錐臺結(jié)構(gòu)上，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，用于與外套結(jié)構(gòu)2相互連接緊固。所述外凸錐臺結(jié)構(gòu)的錐臺面5的錐角β1取值范圍為2′≤β1≤300′。內(nèi)插結(jié)構(gòu)1中與承插端相背的的外展結(jié)構(gòu)體24的另一端面，為垂直于中心軸線31基準(zhǔn)面8。在外展結(jié)構(gòu)體24的承插方向側(cè)的徑向外周部，有一徑向?qū)挾刃∮?毫米的軸向環(huán)凸結(jié)構(gòu)26，其環(huán)凸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7，工作面7的表面粗糙度ra不大于0.8微米。環(huán)凸結(jié)構(gòu)的工作面7與其徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)凹底部的軸向深度t2大于3毫米，工作面7的徑向?qū)挾扰c環(huán)凸結(jié)構(gòu)26底部的盤片狀結(jié)構(gòu)的軸向厚度t1之比為1:1。

外套結(jié)構(gòu)2如圖3和圖4所示，為具有與內(nèi)插結(jié)構(gòu)1相同貫通孔徑、并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)繞排布拼合而成的筒狀結(jié)構(gòu)體），其貫通內(nèi)孔的一端具有可與上述內(nèi)插結(jié)構(gòu)1的錐臺結(jié)構(gòu)的錐臺面5承插配合的內(nèi)凹錐孔面9，并在內(nèi)凹錐孔面9的承插配合部的根部，保留有一軸向距離h1≥2毫米的圓柱狀內(nèi)孔面結(jié)構(gòu)10。內(nèi)凹錐孔面9的錐角β2=30′，小于內(nèi)插結(jié)構(gòu)1的錐臺面5的錐角β1，且β1與β2間的差值≤100′。在外套結(jié)構(gòu)2的非承插端部設(shè)有徑向內(nèi)收結(jié)構(gòu)，其上沿圓周等間距設(shè)置有可與內(nèi)插結(jié)構(gòu)1上的螺紋通孔或光孔6相對應(yīng)的沉頭孔11。外套結(jié)構(gòu)2的外周面12為以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心、并與被加工密封環(huán)4內(nèi)孔17的直徑d2相適應(yīng)外徑的圓柱面。

螺釘形式的連接結(jié)構(gòu)3經(jīng)外套結(jié)構(gòu)2上的沉頭孔11與內(nèi)插結(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，將內(nèi)插結(jié)構(gòu)1和外套結(jié)構(gòu)2相互連接，即構(gòu)成了本發(fā)明所述的脹套式正錐面密封環(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正錐形密封端面密封環(huán)的使用方式。將待加工密封環(huán)4以其內(nèi)孔面17沿軸向套裝在外套結(jié)構(gòu)2的外周面12上，使其非密封端面30與內(nèi)插結(jié)構(gòu)中外展結(jié)構(gòu)體的工作面7相互接觸，并使密封環(huán)4的待磨削密封端面14在外套結(jié)構(gòu)2的非承插端面13外保留有10毫米的外露距離h2。用扭力板手等工具擰緊連接結(jié)構(gòu)3，并受外套結(jié)構(gòu)2的內(nèi)凹錐孔面9受內(nèi)插結(jié)構(gòu)1中具有較大錐角β1的外凸錐臺面5撐漲擠壓的共同作用，使盤片狀外展結(jié)構(gòu)體24徑向外周部的該環(huán)凸結(jié)構(gòu)26工作面7對待加工密封環(huán)4非密封端面30的徑向外側(cè)部施以軸向頂推力，并進(jìn)而使密封環(huán)4的密封端面14的徑向外側(cè)，產(chǎn)生具有相應(yīng)的倒錐狀變形角β3的外凸變形。以內(nèi)插結(jié)構(gòu)1的磨削加工基準(zhǔn)面8將套裝在一起的磨削裝置和待加工密封環(huán)4放置于磨床工作臺面15上，用磨削頭16對待加工密封環(huán)4的密封端面14進(jìn)行磨削，磨削至密封端面14上所需直徑的d1處時停止。松開連接結(jié)構(gòu)3，將密封環(huán)4與外套結(jié)構(gòu)2分離，在密封環(huán)4的密封端面14上直徑大于d1的外側(cè)部位，即形成了與所需錐角β基本一致的β≈β3的正錐形端面18結(jié)構(gòu)。

圖8是用本發(fā)明所述磨削裝置加工的具有正錐形密封端面的密封環(huán)在機(jī)械密封裝置中的一種應(yīng)用形式。該機(jī)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)32。靜止環(huán)32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)32密封端面為在徑向外側(cè)具有上述正錐面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)32為徑向外側(cè)具有正錐面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正錐面18形式的密封面。