CN101592225B - 一种机械密封环表面动压泵送槽的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现机械密封环表面造型的方法，在碳化硅密封环粉料成型阶段利用凸模在密封环表面压制出一定形式的泵送槽，使机械密封表面产生上游泵送效应和流体动压效应，实现机械密封的零泄漏和非接触。该方法成型效率高，成本低，适于规模化生产，且易成型槽深要求变化的产品。本发明的主要优点是直接在现有成熟的无端面造型碳化硅密封环烧结成型工艺中加入凸模压制工艺，实现密封环表面的泵送槽造型，对原有工艺无需做大的改变，即可得到一种新型机械密封。

Description

一种机械密封环表面动压泵送槽的成型方法 

技术领域：

本发明涉及机械密封技术领域，尤其指实现机械密封零泄漏非接触的密封环成型方法。 

背景技术：

机械密封是一种流体旋转机械的轴封装置。随着航空航天、核电、天然气输送和石油化工等工业的迅速发展，对机械密封提出了更高的要求，从而推动了密封技术的进步。研究人员将表面造型技术应用到机械密封中，提出了适用于高参数及耐酸碱腐蚀的零泄漏非接触机械密封。但是，在现有条件下加工密封环表面的泵送槽存在加工时间长，槽深固定，设备昂贵，不能批量生产等问题。如：①中国专利92203157.6公开了一种液体介质用圆弧槽式密封动环。这种机械密封是在密封环端面开设有圆弧槽，在密封工作过程中，会产生上游泵送效应和流体动压效应。产生的上游泵送效应能使密封环间液膜的剪切流抵抗内外径的压差流，实现泄漏量为零。而流体动压效应能使液膜具有承载能力，改善润滑。但是专利中没有提到圆弧槽的加工方法。②申请者在润滑与密封，33(1)：27-38(2008)一文中提出了用激光表面造型的方法在机械密封环端面加工出微观凹腔和宏观泵送槽。在实际加工中尽管微观凹腔的的加工效率较高，但是加工泵送槽耗时较长，不利于批量生产，且不易实现槽深变化。 

发明内容：

本发明的主要目的就是针对上述现有流体动压型机械密封的不足，提供一种新型机械密封环的成型工艺，提高成型效率，降低成本。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是： 

1.制备凸模 

首先将与槽深相当厚度的薄钢板加工成和模具上模冲外圆直径相同，然后利用线切割机把造型方案中的槽形加工出来，根据造型方案的不同，会得到用于成型的若干薄板小块(如果造型设计中涉及到槽深变化，还可将小块整形、研磨、修正)，将这些金属小块涂上符合要求的粘接剂重置于原薄钢板孔洞中，与上模冲下端面贴合定位，待小块固化后拿掉定位模板，此为本发明中压制成型表面造型密封环的凸模。 

2.成型 

将经过粒度级配的碳化硅粉、碳粉和结合剂按比例混合均匀，然后把混料预压成饼，过65目筛造粒。用凸模压制(70MPa)成带有表面造型的圆环。放到干燥箱中(100～110℃)干燥后，在马弗炉中排胶，升温速度100℃/h，900℃保温1h，N₂保护。修整生坯。生坯置入涂有BN的石墨坩埚，埋硅，将坩埚放入真空炉内，在1550℃下真空烧结，保温30min。再经粗磨，精磨，抛光等后加工得到带有表面造型的新型流体动压机械密封环。 

本发明的有益效果是：直接在现有成熟的无端面造型SiC密封环烧结成型工艺中加入凸模压制工艺，实现密封环表面的泵送槽造型，凸模制备简单，更换方便(可用丙酮溶液将金属小块与上模冲分离)，成型效率高，成本低，适于规模化生产，且易成型槽深要求变化的产品。这样，通过机械密封环表面的泵送槽产生上游泵送效应和流体动压效应，达到零泄漏和非接触的目的，增强了机械密封的运行稳定性，延长了使用寿命。 

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

图1是本发明的坯料压制成型示意图。 

图2是所制备的环表面带螺旋槽的密封环示意图。 

图中，1-凸模；2-泵送槽；3-坯料；4-型芯；5-压制模具中的模腔 

具体实施方式：

下面以制备表面造型为螺旋槽的机械密封环为例说明本发明的具体实施过程。 

实施例： 

第一步：制备凸模(1) 

首先利用绘图软件绘制环表面造型为螺旋槽(2)的密封环二维图，选用与槽深相当厚度的薄钢板，然后利用线切割机把它加工成和压制模具上模冲外圆直径相同，并且将造型方案中的螺旋槽型(2)加工出来，将切割出的外轮廓为螺旋线的金属小块涂上环氧树脂重置于原薄钢板孔洞中，与上模冲下端面贴合定位，待小块固化后拿掉带孔钢板，此为本发明中压制成型带有表面造型密封环的凸模(1)。 

第二步：烧结成型 

①混料：将经过粒度级配(5μm、14μm、47μm)的碳化硅粉、碳粉和结合剂按比例混合均匀。 

②造粒：然后把混料预压成饼，过65目筛造粒(3)。 

③成型：在模腔(5)中压制(70MPa)成要求大小的表面带螺旋槽(2)的圆环。 

④排胶：放到干燥箱中(100～110℃)干燥后，在马弗炉中排胶，升温速度100℃/h，900℃保温1h，N2保护。 

⑤修坯：修整生坯。 

⑥烧结：生坯置入涂有BN的石墨坩埚，埋硅，将坩埚放入真空炉内，在1550℃下真空烧 

结，保温30min。 

⑦后加工：粗磨，精磨，抛光。 

经过上述步骤，即得到了表面造型为螺旋槽(2)的新型机械密封环。 

Claims (4)

1.一种机械密封环表面动压泵送槽的成型方法，其特征在于，包括制备凸模(1)和成型二个步骤，所述制备凸模(1)的方法为：首先将与槽深相当厚度的薄钢板加工成和模具上模冲外圆直径相同，然后把造型方案中的槽形加工出来，根据造型方案的不同，会得到用于成型的若干金属小块，如果造型设计中涉及到槽深变化，则将所述金属小块整形、研磨、修正，将所述金属小块与上模冲下端面贴合定位，待金属小块固化后拿掉定位模板，此为压制成型表面造型密封环的凸模(1)；所述成型的方法为：将经过粒度级配的碳化硅粉、碳粉和结合剂按比例混合均匀，然后把混料预压成饼，过65目筛造粒；用凸模压制成带有表面造型的圆环，放到干燥箱中，干燥箱温度设为100～110℃；干燥后，在马弗炉中排胶，升温速度为100℃/h，至900℃保温1h，N₂保护；修整生坯；生坯置入涂有BN的石墨坩埚，埋硅，将坩埚放入真空炉内，在1550℃下真空烧结，保温30min；再经粗磨，精磨，抛光等后加工得到带有表面造型的新型流体动压机械密封环。

2.根据权利要求1所述的一种机械密封环表面动压泵送槽的成型方法，其特征在于，所述金属小块是利用线切割机或激光切割的方法加工得到具有精确外轮廓的。

3.根据权利要求1、2所述的一种机械密封环表面动压泵送槽的成型方法，其特征在于，利用原带槽钢板定位，将所述金属小块用粘接剂固定在上模冲的下端面制成凸模(1)。

4.根据权利要求1、2所述的一种机械密封环表面动压泵送槽的成型方法，其特征在于，所述的泵送槽(2)可以是任意形状，且沿槽线轴向深度可变。

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