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(shí)現(xiàn)密封的核心構(gòu)件是軸向固定并可隨軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)，以及經(jīng)軸端密封面與動(dòng)環(huán)相對(duì)設(shè)置并可作軸向浮動(dòng)的非旋轉(zhuǎn)的靜環(huán)。錐面機(jī)械密封是指在動(dòng)環(huán)和/或靜環(huán)的密封端面上開(kāi)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(guò)改變錐形面的參數(shù)變化來(lái)調(diào)整介質(zhì)在密封端面之間形成的流體膜的動(dòng)、靜壓效應(yīng)，以獲得充足的開(kāi)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(chǎng)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(shí)對(duì)其端面沿軸向的最大切削量也不過(guò)數(shù)十微米，并且由于對(duì)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(shí)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(wèn)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(duì)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(gè)。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(gè)以中心軸線為回轉(zhuǎn)中心并具有錐臺(tái)面的軸向外凸錐臺(tái)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(tái)結(jié)構(gòu)的錐臺(tái)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(tái)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(shí)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(pán)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^(guò)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(duì)被加工密封環(huán)的變形量控制可能帶來(lái)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(pán)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(guò)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(duì)所述內(nèi)插結(jié)構(gòu)中錐臺(tái)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(tái)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(shí)，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(tái)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(shí)，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(duì)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(tái)面的錐角大于外套結(jié)構(gòu)承插部位配合面間的錐角時(shí)，則在此基礎(chǔ)上具有較大錐角的內(nèi)插結(jié)構(gòu)錐臺(tái)面還更增加有對(duì)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(duì)內(nèi)插結(jié)構(gòu)中該外展結(jié)構(gòu)體上的所述工作面對(duì)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(guò)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(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量裝置（如光學(xué)平晶等）對(duì)密封端面的變形角進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)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(shí)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(tái)面上，用磨削頭對(duì)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(shí)停止磨削。松開(kāi)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(lái)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(guò)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(gè)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(gè)軸間剖面切口分割成的分瓣?duì)罱Y(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(gè)所述的分瓣?duì)罱Y(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?duì)罱Y(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(guò)數(shù)十微米，且對(duì)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(shí)施例的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)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(shí)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(shí)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(shuō)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(shí)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(duì)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(gè)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(gè)以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心的盤(pán)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(gè)以中心軸線31為回轉(zhuǎn)中心并具有錐臺(tái)面5的軸向外凸的錐臺(tái)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(tái)結(jié)構(gòu)上，沿圓周等間距設(shè)置有18個(gè)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(tái)結(jié)構(gòu)的錐臺(tái)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(pán)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(gè)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(kāi)的2-3個(gè)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(tái)結(jié)構(gòu)的錐臺(tái)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(tái)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(duì)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(guò)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(tái)面5撐漲擠壓的共同作用，使盤(pán)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(duì)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(tái)面15上，用磨削頭16對(duì)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(shí)停止。松開(kāi)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(dòng)密封環(huán)19和經(jīng)軸端密封面與動(dòng)密封環(huán)19相對(duì)設(shè)置并可作軸向浮動(dòng)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(dòng)支承在推環(huán)座20中。動(dòng)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(tái)階面接觸，周向經(jīng)傳動(dòng)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(wú)錐形面處的軸向以h0≤20微米的間隙分開(kāi)。

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(dòng)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。