倒锥面密封环的套压式磨削装置的制作方法

本发明涉及一种用于加工密封环的密封端面，特别是具有正锥形密封端面密封环的磨削装置。

背景技术：

在机械密封中实现密封的核心构件是轴向固定并可随轴旋转的动环，以及经轴端密封面与动环相对设置并可作轴向浮动的非旋转的静环。锥面机械密封是指在动环和/或静环的密封端面上开设有沿径向与端面具有一定锥度的正锥形或倒锥形的密封面，通过改变锥形面的参数变化来调整介质在密封端面之间形成的流体膜的动、静压效应，以获得充足的开启力及流体膜刚度。锥面机械密封适用于密封面压降大、介质粘度较大的场合，目前较多应用于核电主泵的轴端密封。

由于锥面机械密封中密封环上锥形密封面的锥角较小，量值一般仅为数分至数十分，因此加工时对其端面沿轴向的最大切削量也不过数十微米，并且由于对密封端面的表面质量，包括表面粗糙度、平面度、与轴线的垂直度等都有非常高的要求，这就使得一般的方法难以有效获得该具有锥形密封面的密封环。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供了一种用于加工密封环的密封端面，特别是具有倒锥形密封面密封环的磨削装置，可以有效解决这一问题。

本发明所述倒锥面密封环的套压式磨削装置，结构中包括一组以分别具有凹凸结构的相对端沿轴向承插式配合的外套结构和内插结构，其间可经连接结构相互连接和紧固。其中，所述的连接结构优选沿圆周等间距设置，一般情况下设置的数量可为3~100个。所述外套结构和内插结构间连接紧固的典型结构，可采用由螺纹孔与螺钉方式连接和紧固，或者是经光孔由螺栓和螺母方式进行连接和紧固。并且，

所述的外套结构为在一径向外展结构体的一轴向端设有一个以中心轴线为回转中心并具有锥角的内凹孔面结构，在其径向内侧具有垂直于中心轴线并可与被加工密封环的非密封端面接触的工作面。外套结构上与承插方向相背的轴向端具有垂直于中心轴线的基准面。

所述的内插结构为一筒状结构体，其承插配合端为具有锥台面的轴凸状锥台结构，且外套结构上的所述内凹孔面结构的锥角≥内插结构上所述锥台面的锥角；与承插方向相背的内插结构的筒状内孔面，为以中心轴线为回转中心并具有与被加工密封环的外周面直径相适应的孔径。

上述结构中，外套结构上的所述工作面优选的是其表面粗糙度（Ra）优选不大于6.3微米，以保证和提高所述工作面与被加工密封环的非密封端面接触时受力的均匀性，有利于提高被加工密封环变形角度的大小及精度。

上述结构中，在所述外套结构的径向外展结构体上，一种优选方式是所述该内凹孔面结构的底部采用为盘片状结构，并在其径向内侧部位设有一轴向环凸结构。所述的可与被加工密封环的非密封端面接触的工作面，即可采用为该环凸结构的轴向环凸端面的形式。其中，所述工作面的径向宽度优选为小于20毫米，以有利于避免因径向宽度过大而增大与被加工密封环的非密封端面接触位置范围对被加工密封环的变形量控制可能带来的不利影响。

在此基础上，进一步还可以使外套结构中所述盘片状结构上该轴向环凸结构的工作面的径向宽度，与所述盘片状结构的轴向厚度之比为0.8~1.2，从而更有利于保持结构厚度变化的均匀性。所述轴向环凸结构的工作面与其内凹底部间的轴向深度优选为大于3毫米，以便在使用过程中能给被加工密封环留有更为充分的轴向变形空间。

上述结构中，对所述外套结构的内凹孔面结构的锥角大小的选择，一般情况下可优选在大于或等于2′，并小于或等于300′的范围。所述外套结构内凹孔面结构的锥角与所述内插结构锥台面的锥角间的差值，一般优选为不大于100′。

此外，在上述内插结构的所述锥台面的底部，还可设有一轴向距离≥2毫米的圆柱状周面结构。

本发明上述磨削装置的使用是，先将被加工的密封环以其外圆柱面沿轴向套装在筒状内插结构的内孔中，使其非密封端面与外套结构中的所述工作面相互接触，并使被加工密封环的待磨削密封端面在内插结构的非承插端端面外保持有适当的外露距离。将外套结构和内插结构的凹凸承插配合端相互套装，并用连接结构将其相互连接和拧紧。拧紧所述的连接件时，最好使用螺栓拉伸器、扭力板手及定力板手等能精确控制扭力大小的工具。当外套结构中的所述内凹孔面结构与内插结构的锥台结构具有相同大小的锥角时，随着连接结构拧紧的轴向拉力，外套结构中的所述工作面将对被加工密封环的非密封端面、特别是对非密封端面的径向内侧部施加轴向的顶推力；如果外套结构中内凹孔面结构的锥角大于内插结构中锥台结构的锥角时，则具有较大锥角的外套结构的内凹孔面还可对内插结构的锥台面产生更大的内收挤压作用。这些作用力都可使被加工密封环密封端面的径向内侧产生出具有相应正锥状外凸的变形角。通过使用如定力或扭力板手等适当工具精确控制连接结构3的预紧力，或在拧紧连接结构3时通过适当的测量装置（如光学平晶等）对密封端面的变形角进行实时检测等方式，可以使待加工密封环密封端面外侧所产生的该倒锥状外凸变形角，与希望在密封面上所形成的锥形端面的锥角的大小基本一致（尽管随实际材料及接触表面间产生的塑性变形差异可能存在微小误差，但只须控制密封环体沿轴向的变形在其材料的弹性变形范围以内即可）。将套装好并在密封端面上产生有该正锥状变形角的被加工密封环的磨削装置，以其外套结构的基准面放置于磨床工作台面上，用磨削头对被加工密封环上具有该正锥状变形角的密封端面进行磨削，直至达到密封端面上所希望的直径处时停止。松开连接件，将加工后的密封环与内插结构分离，密封环即可恢复其原来的形状，并在磨削后的密封环的密封端面上小于该所希望直径的内侧部位，形成所需要的倒锥形端面。

根据此工作过程和原理，进一步可以采取的优选方式是，使上述磨削装置中的内插结构采用为具有至少一个沿轴间剖面切口的筒状结构体的形式，例如，可以采用由沿圆周分布的2~6个轴间剖面切口分割成的分瓣状结构体环绕排布组成的形式，以更有利于上述磨削装置中的内插结构对密封环施加所述的内收挤压作用。一般情况下，采用由2~3个所述的分瓣状结构体环绕排布组成即可。其中，更好的方式是采用由沿圆周等间距分布的相同或基本相同的各分瓣状结构体环绕排布组成的形式，并使各弧状结构体分别经所述的连接结构与外套结构连接。

本发明上述磨削装置中的外套结构或/和内插结构的另一种可选择的优选方式，是使所述的外套结构也采用为具有轴向贯通孔的筒状结构体形式。

由此可以理解，本发明上述结构的磨削装置，可以方便精确地在密封端面上加工出仅有数分至数十分左右、沿轴向的最大切削量不过数十微米，且对密封端面的表面质量要求非常高的具有倒锥状表面。

以下结合附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1是本发明加工倒锥面密封环的锥套式磨削装置一种整体结构的轴剖面示意图。

图2是图1中外套结构的轴剖面示意图。

图3是图1中内插结构的轴剖面示意图。

图4是图3内插结构的A向结构示意图。

图5是图1所示的装置与待加工密封环套装后产生正锥角状变形状态的轴剖面示意图。

图6是图5所示的环磨削装置及被加工密封环在磨床上进行加工的状态示意图。

图7是磨削后在被加工密封环上形成的具有倒锥形密封端面状态的示意图。

图8图7所示的具有倒锥形密封端面的密封环在机械密封装置中的一种应用形式示意图。

具体实施方式

图1所示的是本发明加工倒锥面密封环的锥套式磨削装置的一种整体结构的基本形式，包括一组以分别具有凹凸结构的相对端沿轴向承插式配合的外套结构1和内插结构2，其间可经沿圆均匀分布的18个（图4中示意为6个）螺钉或螺栓螺母形式的连接结构3相互连接和紧固。其中，

外套结构1如图2所示，为一筒状结构体，在其一轴向端的径向外展形式的筒壁结构体的径向外侧，设有一个用于与内插结构2相互承插配合的内凹孔面结构5。该内凹孔面结构5为以中心轴线31为回转中心并具有锥角β₁的锥孔面，锥角β₁的大小为2′≤β₁≤300′。在内凹孔面结构5外侧的外展筒壁部位，沿圆周等间距设置有18个可与螺钉式连接结构3配合的螺纹孔6，或者与螺栓螺母形式的连接结构3配合的光孔6，用于与内插结构2相互连接紧固。内凹孔面结构5径向内侧的筒壁为盘片状结构24，在盘片状结构24的径向内侧部位有一轴向环凸结构7，其轴向环凸的端面为垂直于中心轴线31并可与被加工密封环4的非密封端面30接触的工作面26。该工作面26的表面粗糙度（Ra）不大于0.8微米，径向宽度小于5毫米。工作面26的径向宽度与盘片状结构24的轴向厚度t₁之比为1:1；工作面26与轴向环凸结构7的内凹底部间的轴向深度t₂为大于3毫米。外套结构1非承插方向的径向外展筒壁结构体的轴向端面，为具有垂直于中心轴线31的基准面8。

内插结构2如图3和图4所示，为具有一个沿轴间剖面切口27的筒状结构体（也可以采用由沿轴间剖面切开的2-3个分瓣式结构体环绕排布组合而成的筒状结构体），在其一轴向方向有一具有锥角β₂=30′的锥台面9的凸状锥台结构，用于与外套结构1的所述轴向内凹结构作承插配合，且外套结构1的内凹孔面结构5的锥角β₁≥内插结构2的锥台面9的锥角β₂，β₁与β₂间的差值≤100′。在内插结构2的锥台面9的底部，有一轴向距离h1≥2毫米的圆柱状周面结构10。在内插结构2非承插端并一径向外展结构，其上沿圆周等间距设置有可与外套结构1上的螺纹通孔或光孔6相对应的沉头孔11。内插结构2非承插方向的筒状内孔面，为以中心轴线31为回转中心并具有与被加工密封环4的外周面17直径d₂相适应的孔径。

螺钉形式的连接结构3经内插结构2上的沉头孔11与外套结构1上的螺纹孔6旋合，或是用螺栓螺母形式的连接结构3穿过光孔6，将外套结构1和内插结构2相互连接，即构成了本发明所述的胀套式倒锥面密封环磨削装置。

图5-图7所示的，是以本发明的磨削装置加工具有倒锥形密封端面密封环的使用方式。将被加工的密封环4以其外周面17沿轴向套装在内插结构2的内孔面12中，使其非密封端面30与外套结构1中的工作面26相互接触，并使被加工密封环4的待磨削密封端面14在内插结构2的非承插端端面13外保持有适当的外露距离h₂。将外套结构1和内插结构2的凹凸承插配合端相互套装，并用连接结构3将其相互连接和拧紧。拧紧所述的连接件时，最好使用螺栓拉伸器、扭力板手及定力板手等能精确控制扭力大小的工具。在连接结构3拧紧的轴向拉力作用下，外套结构1中的工作面26将对被加工密封环4的非密封端面30的径向内侧部位施加轴向的顶推力，加之具有较大锥角的外套结构1的内凹孔面结构5对内插结构2的外凸锥孔面产生的相应内收挤压力。这些作用力都将使被加工密封环4的密封端面14径向内侧产生具有相应正锥状变形角β₃的外凸结构。将套装好并连同在密封端面上产生了该正锥状变形角的被加工密封环，以磨削装置外套结构的基准面8放置于磨床工作台面15上，用磨削头16对被加工密封环4上具有所述正锥状变形角的密封端面进行磨削，直至达到密封端面14上所希望的直径处时停止磨削。松开连接件，将加工后的密封环4与内插结构2分离，密封环4即可恢复其原来的形状，并在磨削后的密封环的密封端面14上小于该所希望直径d₁的内侧部位，形成了与所需锥角β基本一致的β≈β₃的倒锥形端面18的密封面。

图8是用本发明所述磨削装置加工的具有倒锥形密封端面的密封环在机械密封装置中的一种应用形式。该机械密封装置中包括有可随轴23旋转的动密封环19和经轴端密封面与动密封环19相对设置并可作轴向浮动的静止环4。静止环4经与其非密封轴向端相接触的推环28及弹性结构29浮动支承在推环座20中。动密封环19径向经公差环25与轴套21套装在一起，轴向与轴套21的台阶面接触，周向经传动销22与轴套21固定在一起。其中静止环4密封端面为在径向内侧具有上述倒锥面18形式的密封面，两密封环的密封端面间无锥形面处的轴向以h₀≤20微米的间隙分开。

除图8所示的静止环4为径向外侧具有倒锥面18形式的密封面外，动密封环19的密封端面也可以为具有倒锥面18形式的密封面。