复合工作面浮封环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械领域，特别是涉及一种用于机械设备中浮动端面密封的复合工作面浮封环。
【背景技术】
[0002]浮封环应用于浮动端面密封，是一种用量大、用途广(全国年需用量近百万件)的机械密封，如图1所示，这种密封是由两个金属浮动端面密封环(简称浮封环)和两个“O”型橡胶密封圈安装在中心轴上而构成的。具有耐磨、耐冲击、一定的自适应性、寿命长、结构简单、价廉，维修保养更换方便等特点，在矿山、工程机械、建筑机械、农用机械、运输机械、深井钻机、井下采掘机械的密封结构中得到广泛使用。由于浮封环的使用环境的特殊，因此其属于易损部件。外露的安装位置，安装调试人员的技能，环境温度，润滑油的性能等因素都对它的使用寿命有直接影响。
[0003]目前浮封环一般采用下列工艺成型:
精密铸造型，即高铬钼合金铸铁采用失蜡壳模精密铸造，成品表面硬度HRC65-72，工作面粗糙度Ra值为0.2-0.4Mm，亮带Ra值为0.1_，理认寿命4000-600011，实际使用寿命大约3000-4000ho
[0004]机械压铸型，即合金铸铁压铸成型，成品金相组织较细密，但成本略高，工作面粗糙度Ra值为0.2-0.4Mm，亮带Ra值为0.09-0.15Mm，理认寿命4000-6000h，实际使用寿命大约 4000-5000ho
[0005]粉末冶金热锻型，即粉末冶金粉粒经高温热锻而成，工作面粗糙度Ra值为0.4Mm，理认寿命2000-4000h，实际使用寿命大约1500-2000h。
[0006]热喷涂型，即基体材料为普通铸铁，在工作面上热喷涂0.05-0.20mm厚的高铬钼粉末，研磨加工而成，理认寿命4000-6000h，实际使用寿命大约3000-4000h。该工艺节省稀有金属，但须受设备限制，生产率低，成本高。
[0007]综上所述，目前现有的各种成型方式的浮封环，其在使用寿命、性能、生产率、成本等方面存在各种各样的不足和缺陷。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题就是针对上述【背景技术】的不足，提供一种复合工作面浮封环，能够有效提高工作面的耐磨损度、增加使用寿命、并且易于加工、生产成本低廉。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供的一种复合工作面浮封环，包括上、下结构对称的一对密封环体，所述密封环体由金属材料制成，所述密封环体工作面设置有一圈用于布设密封圈的凹槽，所述密封环体的工作面上开设有一圈耐磨带装配槽，所述耐磨带装配槽的宽度I2占工作面总宽度I 4勺25%~75%，所述耐磨带装配槽内固定装配有一圈耐磨带，所述耐磨带采用氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成，所述耐磨带的摩擦面与密封环体的工作面处于同一平面或较工作面外凸。
[0010]在上述技术方案中，所述耐磨带采用氧化铝含量75%~99%、原晶粒度小于0.5~lMm的氧化铝陶瓷粉料或其它工程陶瓷材料，干压成型后，毛坯1400~1620°C高温烧结而成。
[0011]在上述技术方案中，所述耐磨带毛坯烧结温度为1480~1550°C。
[0012]在上述技术方案中，所述耐磨带装配槽的宽度12占工作面总宽度I ^勺25%~50%。
[0013]在上述技术方案中，所述耐磨带粘接在耐磨带装配槽内，或者采用过盈配合的方式固定连接。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明增加了氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成的耐磨带，能够有效提高浮封环的耐磨性能，有效提高浮封环的使用寿命；同时，由于氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料硬度较高、光滑度极高，因此能够有效提高浮封环工作面的光滑度，减小摩擦阻力，降低工作过程中的发热量，提高浮封环的密封性能；本发明加工难度低、制造成本低廉，由于不含任何稀有金属，因此原料获取难度低，生产率高；由于陶瓷的密度只有铸铁的一半，本发明减轻了浮封环的重量，有利于浮动对心。
【附图说明】
[0015]图1为现有浮封环的结构示意图；
图2为本发明浮封环的装配结构示意图；
图3为本发明实施例1的结构示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图；
图5为本发明实施例3的结构示意图；
图6为本发明实施例4的结构示意图；
其中，1-密封环体、2-密封圈、3-凹槽、4-工作面，5-耐磨带装配槽、6-耐磨带、7-摩擦面。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述:
如图2所示，本发明所设计的复合工作面浮封环包括上、下结构对称的一对密封环体1，所述密封环体I由金属材料制成，所述密封环体I外侧设置有一圈用于布设密封圈2的凹槽3，密封圈2设置在凹槽内。所述密封环体I 一般由铸铁铸造而成，也可以采用钢等材质。所述密封环体I的工作面4上开设有一圈耐磨带装配槽5，所述耐磨带装配槽5的宽度I2占工作面4总宽度I丨的25%~75%。所述耐磨带装配槽5内固定装配有一圈耐磨带6，所述耐磨带6采用氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成，所述耐磨带6的摩擦面7与密封环体I的工作面4处于同一平面或较工作面4外凸。
[0017]浮封环使用寿命短、易磨损这一问题一直是困扰本领域技术人员的一大难题。对于如何提高浮封环的使用寿命、增加其耐久度，本领域的技术人员一直在研宄。目前对于上述问题，一般有两种改进的方向，第一种是从工艺上改进，另一种是对工作面材质改性。工艺上的改进主要是利用先进的粉末冶金热锻工艺或者机械压铸工艺来制作浮封环，通过制造工艺来提高浮封环的整体机械性能，提高其强度、硬度和耐磨性能，从而提高其使用寿命。而材质改性则是在浮封环的工作面上喷涂一些高铬钼粉末，以此来提高工作面的耐磨性能，从而提高浮封环的使用寿命。不管是采用哪种方式，本领域技术人员均没有考虑用无机非金属材质来加工浮封环工作面。其核心原因是，高硬度、高耐磨性能的非金属材质，普遍易碎、易破裂，同时其导热性能普遍较差，因为摩擦产生高温是影响耐磨性能的一个重要因素。而同时满足硬度高、耐摩擦，同时又不易碎并且具备一定导热性能的材质，价格又极为高昂，对于浮封环这种易损零部件而言，高昂的价格意味着成倍地增加使用成本。考虑到上述因素，所以不管如何对浮封环作改进，技术人员一般都选用金属材质制作浮封环，不会采用陶瓷等无机非金属材料来加工浮封环。而本发明的发明人通过巧妙的构思，合理地解决了本领域的这一技术偏见。发明人在工作面上设置耐磨带装配槽5，装配采用氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成的耐磨带6，使得工作面4形成一种复合式的摩擦面，采用氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成的耐磨带6用来抗摩擦损耗，而剩余的金属面则用来导热，同时配合外侧的浮动油封完全可以起到合理散热的效果。采用这种复合面的结构，在兼顾耐久度的同时，又能够有效保证摩擦散热的需要，合理的克服了技术偏见。本发明中，所述耐磨带装配槽5的宽度12占工作面4总宽度11的25%~75%，则是充分考虑到了上述技术偏见。优选地，选择所述耐磨带装配槽5的宽度I2占工作面4总宽度I 25%~50%。
[0018]本发明的耐磨带6优选采用氧化铝含量75%~99%、原晶粒度0.5~lMm的氧化铝陶瓷粉料或其它工程陶瓷材料，干压成型后，毛坯1400~1620°C高温烧结制成。所述工程陶瓷材料还可选用氧化锆、碳化硅等耐磨性较好的工程陶瓷材料，本发明优选采用氧化铝工程陶瓷材料。采用上述工艺和材质制得的耐磨带6，其微晶显微结构比较优异，耐磨性较好。更优选地，可以采用1480~1550°C的烧结温度，这个温度区间烧结出的陶瓷耐磨性最优。本发明的耐磨带6优选采用粘接或过盈配合的方式固定装配在耐磨带装配槽5内。采用过盈配合的方式装配更有利于耐磨带6与密封环体I在工作面上形成环状间隙，增加润滑油的间隙水力摩擦力，防止泄露，同时还能弥补内孔开口环数量因耐磨带6占用位置造成数量的减少。采用过盈配合的方式装配，其装配过程如下:利用金属与陶瓷热胀冷缩性能的差异，将密封环体I加热，使其