加工倒锥面密封环的锥套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，特别是具有倒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。

本发明所述加工倒锥面密封环的锥套式磨削装置，结构中包括一组可沿轴向以相对端承插式配合并可经连接结构相互连接和紧固的外套结构，以及轴向贯通的筒状结构体形式的内插结构。其中，所述的连接结构优选为沿圆周等间距设置，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配合的方式连接和紧固，或者是经光孔由螺栓和螺母配合的方式进行连接和紧固。外套结构和内插结构的承插配合部位为以中心轴线为回转中心、并分别具有不同锥角的内凹锥孔面的工作表面和外凸锥台面的配合面。其中，外套结构的内凹锥孔面的锥角，应大于内插结构的外凸锥台面的锥角。外套结构上与其承插端相背的另一端面为基准面。所述的内插结构具有同样以中心轴线为回转中心并轴向贯通的圆柱状内孔面，且其圆柱状内孔面的直径与被加工密封环的外径相适应。

上述结构中，所述外套结构承插部回转配合面的锥角大小的取值范围，一般情况下可优选为大于或等于2′，并小于或等于300′；所述外套结构承插部回转配合面的锥角大于内插结构承插部回转配合面的锥角的差值一般可不大于100′。

此外，在所述内插结构的承插配合部的根部还可设有一轴向距离≥2毫米的圆柱状周面结构段，更便于加工和使用操作。

本发明上述磨削装置的使用方式是，先将待加工锥形密封面的密封环以其外圆柱面沿轴向套装在所述磨削装置中内插结构的圆柱状内孔面中，并使其待磨削的密封端面适当外露于内插结构的非承插侧的端面。将外套结构和内插结构的承插配合端相互套装，并用连接结构相互连接和拧紧。由于外套结构和内插结构承插部位配合面间的锥角存在差值，在拧紧连接结构时，内插结构的外凸锥台面受外套结构锥角较大的内凹锥孔面的挤压作用可产生相应的变形，并进而又挤压套装于其内孔面中的待加工密封环外圆柱面，使待加工密封环的密封端面径向内侧部位产生出与外套结构与内插结构承插配合面间的锥角差值基本一致（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）的正锥状变形角凸起。拧紧所述的连接件时，最好使用能精确控制扭力大小的工具，如可使用螺栓拉伸器、扭力板手及定力板手等工具。将套装在一起并在密封端面上产生了所述正锥状变形角凸起的待加工密封环，以磨削装置外套结构的基准面放置于磨床工作台面上，用磨削头对待加工密封环上具有所述正锥状变形角凸起的密封端面进行磨削，直至所希望的密封端面的直径处时停止磨削。松开连接件，将密封环与内插结构分离。解除了内插结构内孔面挤压作用的密封环即恢复其原来形状，并在密封环的密封端面内侧小于该直径的端面部位原产生所述正锥状变形角凸起的部位，形成具有所需要的与磨削装置外套结构与内插结构承插配合面间的锥角差值基本一致的倒锥形端面。

由此可以理解，为更有利于通过所述磨削装置的挤压使密封环产生所述正锥状变形角，上述磨削装置中的内插结构可进一步采用具有至少一个沿轴间剖面切口的结构体的形式。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。其中优选采用的是由2~3个所述的分瓣状结构体环绕排布组成，特别是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。

上述结构中，在所述外套结构承插配合部位的内凹锥孔面的底部，还可设有一个具有适当轴向长度的圆柱孔面段，既便于加工和使用时的操作，也有利于保证和提高该外套结构部位的径向刚度。所述该圆柱孔面段的轴向长度不宜太长，一般情况下，该圆柱孔面段的轴向长度与包括其和所述内凹锥孔面段在内的轴向总长度之比应≤0.5。

进一步，上述磨削装置的外套结构，优选采用为具有由所述的内凹锥孔面和所述具有轴向长度的圆柱孔面段共同构成的轴向贯通的筒状结构体。

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1待加工密封环套装在本发明磨削装置后产生变形状态的轴剖面示意图。

图5是图4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6是磨削后在被加工密封环上形成的具有倒锥形密封端面的结构示意图。

图7图6所示具有倒锥形密封端面的密封环用于机械密封装置中的一种状态示意图。

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，包括可沿轴向以相对端承插式配合的外套结构1和内插结构2，并可由沿圆周等间距设置的连接结构3相互连接和紧固。其中：

外套结构1为一筒状结构体，其径向外侧沿圆周等间距设置有18个可与螺钉或者螺栓螺母等连接结构3相配合的螺纹通孔或光孔6，用于与内插结构2相互连接紧固。

外套结构1和内插结构2的承插配合部位为以中心轴线31为回转中心、并分别具有锥角β₁的内凹锥孔面5的工作表面和具有锥角β₂的外凸锥台面9的配合面，其中锥角β₂=30′，且β₁＞β₂。其差值可根据待加工密封环端面上所需形成的倒锥面的锥角大小确定，一般情况下β₁与β₂的差值不宜大于100′。与承插端相背的外套结构1的另一端面，为磨削加工的基准面8。在外套结构1承插配合部位的内凹锥孔面5的底部，设有一轴向长度为t1的圆柱孔面段7，其与包括该内凹锥孔面5轴向长度在内的孔面总轴向长度t2之比为t1/t2=0.2，并由该圆柱孔面段7与内凹锥孔面5共同构成筒状结构体的外套结构1的内孔面，如图2所示。

如图3所示，内插结构2为由沿轴间剖面切开为2-3个分瓣式结构体环绕排布拼合而成的筒状结构体，在其非承插侧的一端并设有径向外展结构33。在径向外展结构33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，用于穿过螺钉或者螺栓和螺母等连接结构3，与外套结构1相互连接和紧固。同样以轴线31为回转中心的内插结构2的筒状结构体的圆柱状内孔面12的直径，应与被加工密封环4外圆柱面17的直径d2相适应。内插结构2用于与外套结构1的承插部位配合面为具有所述锥角β₂的外凸锥台面9，并在其承插配合部的根部保留一具有轴向距离≥2毫米的圆柱状周面的结构段10。

用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1上的螺纹通孔6相旋合，或是用螺栓和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4-图6所示的是以本发明倒锥面密封环磨削装置加工具有倒锥形密封端面密封环的使用方式。将待加工的密封环4以其外圆柱面17沿轴向套装在内插结构2的圆柱状内孔面12上，并使密封环4的待磨削密封端面14在内插结构2的非承插端面13的外露h2≥0.5毫米的距离。用扭力板手拧紧连接结构3后，内插结构2的外凸锥台面9受到外套结构1中具有较大锥角β₁的内凹锥孔面5的挤压而产生变形，并进而挤压待加工密封环4的外圆柱面17，使待加工密封环4密封端面14的径向内侧产生一个与β₁、β₂两锥角差值基本一致的正锥状的变形角为β₃的凸起。将套装在一起的磨削装置和密封环4，以外套结构1的磨削加工基准面8放置于磨床工作台面15上，用磨削头16对密封环4的密封端面14的进行磨削。当磨削至密封端面14上所需直径d1处时停止磨削。松开连接结构3，将密封环4与内插结构2分离，在密封环4的密封端面14上直径小于d1的内侧端面部位即形成了与β₁、β₂两锥角差值基本一致的所需锥角β的倒锥形端面18。

图7所示的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使用状态。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25及弹性结构26浮动支承在推环座20中，动密封环19径向经公差环24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密封端面的径向内侧为具有所述倒锥面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7所示的静止环4为径向内侧具有所述倒锥面18形式的密封面外，动密封环19也可以为在密封端面的径向内侧部位具有类似的倒锥面18形式密封面的密封环。