專利名稱：核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面超精密加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及機械密封環(huán)的加工，特別涉及核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面超精密磨削方法。
背景技術(shù)：
軸封式核主泵多采用能承受高壓和重載、長壽命的流體靜壓機械密封來防止具有放射性的冷卻劑泄漏。其密封原理是在動環(huán)或靜環(huán)端面加工出面傾角極小(0.00017 0. 0007弧度)的圓錐面，以便在由動環(huán)和靜環(huán)組成的密封界面間產(chǎn)生楔形收斂間隙，由流體靜壓效應(yīng)而產(chǎn)生的流體靜壓力使開啟力與閉合力相互平衡，在密封界面之間形成穩(wěn)定的、具有一定流體靜壓剛度、厚度為10 20 μ m的流體薄膜，將兩密封環(huán)的端面隔開而不發(fā)生直接接觸。核主泵用流體靜壓密封環(huán)的外徑可達300毫米，由硬脆材料如氧化鋁、碳化硅、氮化硅等制成，面形精度要求在1 2個氦光帶(1個氦光帶長0.四微米)以內(nèi)，表面粗糙度Ra小于5納米，其超精密加工極其困難。在普通外圓磨床或萬能外圓磨床上通過砂輪端面磨削加工核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面時，砂輪與密封環(huán)為面接觸，磨削力大，砂輪端面不均勻磨損嚴重，無法加工出高精度密封環(huán)圓錐面。采用臥軸圓臺平面磨床加工密封環(huán)圓錐面時，砂輪的工作部分為外圓周面，砂輪軸向?qū)挾纫话阈∮诿芊猸h(huán)寬度，除了需要圓臺的回轉(zhuǎn)運動和砂輪的回轉(zhuǎn)運動以外，還需要沿圓臺徑向和軸向的進給運動，由于圓臺轉(zhuǎn)速較低，砂輪需要相當(dāng)多的轉(zhuǎn)數(shù)才能完全遍歷密封環(huán)被加工表面一次，砂輪工作表面的非均勻磨損和沿徑向的均勻磨損都會影響磨削生成表面的面形精度，因此臥軸圓臺平面磨床不適合加工核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面。采用多軸聯(lián)動數(shù)控磨削加工密封環(huán)圓錐面時砂輪與密封環(huán)為點接觸，砂輪切削點的運動路徑間存在一定的殘留高度，砂輪磨損快，砂輪形狀保持性差，現(xiàn)有技術(shù)尚不能很好解決砂輪精密修形和砂輪磨損補償難題，加工精度不易保證。平的密封環(huán)面通常采用研磨和拋光來加工，但是研磨或拋光密封環(huán)圓錐面時，容易產(chǎn)生塌邊和中凸缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種針對核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面的超精密加工方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面高精度、低表面粗糙度磨削。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用回轉(zhuǎn)工作臺帶動密封環(huán)回轉(zhuǎn)和采用杯形砂輪的端面做切入磨削。將杯形砂輪安裝在超精密主軸上，該杯形砂輪繞其回轉(zhuǎn)軸線做高精度回轉(zhuǎn)運動， 將核主泵用流體動壓密封環(huán)安裝在超精密回轉(zhuǎn)工作臺上，回轉(zhuǎn)工作臺把密封環(huán)夾持在回轉(zhuǎn)工作臺的中心并能帶動密封環(huán)繞回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線做高精度回轉(zhuǎn)運動。杯形砂輪的端面與回轉(zhuǎn)工作臺相對，杯形砂輪在精密直線運動機構(gòu)驅(qū)動下沿回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線做進給運動。杯形砂輪半徑為75 250毫米，杯形砂輪端面的工作面寬度為2 5毫米。杯形砂輪的端面與杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線交點到回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線的距離為100 350毫米。杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角為1. 57 1. 5708弧度，杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線的傾角為0 0. 0008弧度。給定杯形砂輪半徑以及杯形砂輪的端面與杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線交點到回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線的距離后，根據(jù)磨削生成表面的錐度誤差小于給定錐度公差的原則確定杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的傾斜角度以及杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角。磨削核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面時，杯形砂輪繞杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)， 杯形砂輪轉(zhuǎn)速為1000 10000轉(zhuǎn)/分，回轉(zhuǎn)工作臺繞回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為50 500轉(zhuǎn)/分，杯形砂輪沿回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線進給，進給速度為0 5 微米/分，通過杯形砂輪的端面切入密封環(huán)被加工表面，做有進給運動磨削或做無進給運動的無火花磨削。由于采用杯形砂輪的端面進行切入磨削，杯形砂輪與密封環(huán)為線接觸，磨削時砂輪與密封環(huán)的接觸長度、接觸面積、切入角固定不變，因此磨削力保持恒定，加工狀態(tài)穩(wěn)定。 適當(dāng)微調(diào)整杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線的傾角或杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角可以補償由于機床變形引起附加面形誤差。由于采用杯形砂輪的端面進行切入磨削，磨削時杯形砂輪端面的幾何形狀不因杯形砂輪的磨損而產(chǎn)生變化，因此杯形砂輪的磨損對磨削加工表面的面形精度沒有影響。由于杯形砂輪的切削深度是杯形砂輪進給速度與回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速的比值，當(dāng)杯形砂輪進給速度為0 5微米/分、回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速為50 500轉(zhuǎn)/分時，杯形砂輪的切削深度小于0. 1微米，因此能實現(xiàn)微切深磨削。本發(fā)明的效果和益處是與現(xiàn)有核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面加工方法相比，不僅具有面形精度高、表面粗糙度低的優(yōu)點，而且機床結(jié)構(gòu)簡單，加工效率高，成本低。


附圖是本發(fā)明的加工原理示意圖。圖中1回轉(zhuǎn)工作臺；2杯形砂輪；3密封環(huán)。
具體實施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用密封環(huán)回轉(zhuǎn)、杯形砂輪端面切入磨削方式，將如圖所示的杯形砂輪安裝在超精密空氣軸承電主軸上，杯形砂輪所用的磨粒為金剛石，杯形砂輪的半徑為50 250毫米，杯形砂輪端面的工作面寬度為2 5毫米。超精密空氣軸承電主軸的軸向跳動和徑向跳動小于0. 05微米，超精密空氣軸承電主軸可以帶動杯形砂輪繞超精密空氣軸承電主軸的回轉(zhuǎn)軸線做高精度回轉(zhuǎn)運動。將密封環(huán)夾持在由空氣軸承支撐的超精密回轉(zhuǎn)工作臺的中心，回轉(zhuǎn)工作臺能帶動密封環(huán)繞回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線做高精度回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)工作臺的軸向跳動和徑向跳動小于0. 05微米。杯形砂輪的端面與回轉(zhuǎn)工作臺相對，杯形砂輪在精密直線運動機構(gòu)驅(qū)動下可以沿回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線方向做進給運動。 杯形砂輪的端面與杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線交點到回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線的距離為100 350 毫米。杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角為1.57 1.5708弧度，杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的傾角為0 0. 0008弧度。根據(jù)磨削生成表面的錐度誤差小于給定錐度公差的原則選擇杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的傾角以及杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角。磨削核主泵用流體靜壓密封環(huán)的圓錐面時，杯形砂輪繞杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)，杯形砂輪的轉(zhuǎn)速為1000 10000轉(zhuǎn)/分，回轉(zhuǎn)工作臺繞回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)， 回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)速為50 500轉(zhuǎn)/分。杯形砂輪沿回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線方向進給，杯形砂輪的進給速度為0 5微米/分，通過杯形砂輪的端面切入密封環(huán)被加工表面，進行有進給運動磨削或進行無進給運動的無火花磨削。為提高加工效率，降低加工成本，磨削核主泵用流體靜壓密封環(huán)的圓錐面時，可以分為粗磨和精磨兩個階段，在粗磨階段，采用粗粒度杯形砂輪快速去除絕大部分加工余量， 在精磨階段，采用#2000或更細粒度的杯形砂輪進行超精密磨削。
權(quán)利要求
1. 一種核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面超精密加工方法，采用回轉(zhuǎn)工作臺帶動密封環(huán)回轉(zhuǎn)和采用杯形砂輪的端面做切入磨削，其中該杯形砂輪繞杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)， 回轉(zhuǎn)工作臺將密封環(huán)夾持在回轉(zhuǎn)工作臺的中心并能帶動密封環(huán)繞回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)，杯形砂輪的端面與回轉(zhuǎn)工作臺相對，杯形砂輪沿回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線移動，其特征是(1)杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線的傾角為O 0.0008弧度，杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角為1. 57 1. 5708弧度；(2)給定杯形砂輪半徑以及杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點到回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的距離后，根據(jù)磨削生成表面的錐度誤差小于給定錐度公差的原則確定杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的傾角以及杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角；(3)磨削核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面時，杯形砂輪繞杯形砂輪的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)工作臺繞回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)，杯形砂輪沿回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸線進給，通過杯形砂輪的端面切入密封環(huán)被加工表面，做有進給運動磨削或做無進給運動的無火花磨削。
全文摘要
一種核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面超精密加工方法，屬于精密加工技術(shù)領(lǐng)域。其特征是將密封環(huán)夾持在回轉(zhuǎn)工作臺中心，杯形砂輪半徑為75～250毫米，杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點到回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的距離為100～350毫米，根據(jù)磨削生成表面的錐度誤差小于給定錐度公差的原則選擇杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線相對于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的傾角以及杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線與過杯形砂輪端面與杯形砂輪回轉(zhuǎn)軸線的交點且垂直相交于回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線的直線的夾角。磨削時回轉(zhuǎn)工作臺和杯形砂輪做回轉(zhuǎn)運動，杯形砂輪沿回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸線進給，利用杯形砂輪端面進行切入磨削。本發(fā)明的效果和益處是機床結(jié)構(gòu)簡單，能實現(xiàn)核主泵用流體靜壓密封環(huán)圓錐面高精度、低表面粗糙度磨削。
文檔編號B24B5/14GK102350658SQ201110299918
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者康仁科, 郭東明, 霍鳳偉 申請人:大連理工大學(xué)