CN103029037B - 一种密封环加工预变形力加载夹具及其加载方式 - Google Patents

Abstract

本发明一种密封环加工预变形力加载夹具及其加载方式，特别涉及针对波纹面密封环加工中预变形力的加载方式及其具体夹具结构，本夹具根据反变形法加工原理，在底盘上均匀相间分布了一组长杠杆臂及短杠杆臂，长杠杆臂及短杠杆臂通过柔性铰链与底盘连接，密封环坯被夹持在长杠杆臂及短杠杆臂的环形槽中，在调解对应的上推螺钉和下拉螺钉后，使被各杠杆臂夹持的密封环坯产生扭转变形，形成均匀分布的波纹面，采用夹持式加载方式使密封环坯易于产生扭曲变形，且其应力集中小，利用平面研磨机床加工后，可得到预想的波纹面密封环。本加载夹具应用于波纹面密封环坯的预变形力的加载，具有操作方便、结构简单、性能稳定可靠的特点。

Description

一种密封环加工预变形力加载夹具及其加载方式

技术领域

本发明涉及一种研磨加工随行夹具，特别针对波纹面密封环加工中预变形力的加载方式及其加载夹具结构。

背景技术

机械密封环广泛应用于如核主泵及压缩机等旋转机械，防止液体及气体泄露，而波纹面密封环可以在保证额定动静态载荷的情况下使其液体泄漏量降到最小。在核电中的核主泵是通过静密封环和动密封环的密封面紧密贴合来进行密封的，由于所密封的冷却剂是具有放射性、含硼、有毒的高温高压水，为了保证冷却剂无外泄漏和满足极端环境下60年的超长使役要求，动密封环和静密封环必须具有极高的加工精度、极高的耐磨损抗腐蚀能力和极高的可靠性。

对于波纹面密封环，密封环的密封面由平的密封坝面和沿周向均匀分布的波纹面组成，密封面上产生周向波度和径向锥度，工作时沿圆周方向形成若干个波峰波谷，波幅约为微米级甚至亚微米级，产生流体动压效应，其结构如图1所示，密封环的表面粗糙度Ra需要小于0.05μm，且要求表面及亚表面无缺陷。

目前，密封环常用的加工工艺过程为先用金刚石砂轮磨削或研磨然后再进行抛光，为了方便加工出波纹面，可以采用反变形方法预先给密封环坯加力，使其变形，磨削或研磨工艺加工平面的方法，将变形的表面加工平，再去除变形力使其恢复弹性变形 从而得到所需的波纹面。

这种加工方法可以在1999年9月7日公开的美国专利（专利号US005947481）查到，发明人为 Lionel A.Young. 为了用加工平面的方法得到密封环波纹面，就要加力使原来平面密封环坯变形成要得到的波纹面的镜像，用研磨或磨削加工方法将的变形面磨平。设定的变形力来源于一个刚性外圈上均匀分布的顶块（如图2）及刚性外圈与密封环坯的温度差，在加热刚性外圈后，将密封环坯放入刚性外圈内，当温度趋于相等时刚性外圈冷收，密封环坯圈热涨，使刚性外圈上的顶块接触密封环坯的外边缘上，形成作用力，压迫密封环坯外圆柱面不同点形成扭矩，使其周向扭曲变形。

这种方法原理可行，但要获得接近刚性外圈，必然要求其尺寸足够大，与密封环坯的接触状态必须一致，否则调节困难，加工精度要求高，当温度趋于平均后，产生了温度力，密封环坯加工好后卸下困难，另外用纯挤压力使其发生波浪式扭转的程度有限，作用点应力集中，要达到实用化，需要改进。

发明内容

针对这种加载方式存在的缺陷，为了便于实际加载，提高扭转变形的效果，本发明提出了一种新型密封环坯预变形力加载夹具。利用该夹具使密封环坯处于合理的变形状态，利用平面研磨机床，就可以加工出波纹面密封环。

该加载夹具包括底盘、长杠杆臂、短杠杆臂、上推螺钉、下拉螺钉和紧固螺钉，根据密封环波纹数量设置若干个长杠杆臂、短杠杆臂、上推螺栓、下拉螺栓和紧固螺钉。长杠杆臂及短杠杆臂由上部的带弧形槽的方形梁、中部的柔性铰链及下部的固定端构成。长杠杆臂及短杠杆臂的下部的固定端与底盘环槽紧配合，均匀圆周分布于底盘上，用紧固螺钉固定，下拉螺栓穿过长杠杆臂上的光孔，与底盘的螺纹孔旋合，上推螺栓与短杠杆臂上的螺纹孔旋合，其伸出的下端部与底盘接触。被加工的密封环坯安装在长杠杆臂及短杠杆臂的弧形槽中，好像被多双手握住，处于被夹持状态，弧形槽与密封环坯的内外圆柱面之间采用间隙配合。

通过旋转上推螺栓顶紧底盘，可以使短杠杆臂产生逆时针摆动，由于所夹持的密封环坯的内外圆柱面同时受到力偶的作用，使密封环坯部分外翻变形，旋转下拉螺栓拉动长杠杆臂使其摆动，所夹持的密封环坯部分会内翻变形，相间排列的长短杠杆臂加载就会使密封环坯出现波纹面变形。

长杠杆臂及短杠杆臂采用柔性铰链结构不但能够保证定位精度，而且便于各杠杆臂在水平面内调整位置，以便密封环坯轻松装入其环形槽内。将杠杆臂设计成两种长度，可以充分利用空间使下拉的长杠杆臂尽量长，以提高调解精度。采用夹持方式加载相比单纯挤压密封环坯外圆柱面不同点可产生更大的扭矩，密封环坯易于产生波纹面，且应力集中小。通过螺钉调节密封环坯的变形程度及拆装状态，方便了实际使用，性能稳定可靠。

附图说明

图1为波纹面密封环结构。

图2为密封环坯与刚性外圈的装配方式。

图3 (a)为密封环坯加工随行夹具剖视图。

图3 (b)为密封环坯加工随行夹具俯视图。

图4(a)为杠杆臂的剖视图。

图4(b)为杠杆臂的俯视图。

图5为本发明的轴测图。

图中：122密封环坯，104刚性外圈，138上顶块，140下顶块；

1密封环坯，2短杠杆臂，3上推螺钉，4底盘，5紧固螺钉，6长杠杆臂，7下拉螺钉。

具体实施方式

结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。

对于图1所示的一个9个波纹面的密封环，为了能在原来平坦的密封环坯端面形成波纹面，根据密封环坯的结构尺寸设计制造密封环坯加工随行夹具，将其平放在操作台面上，底盘4在下，当放松其所有上推螺钉3和为下拉螺钉7后，可以将密封环坯轻松装入到短杠杆臂2及长杠杆臂6的弧形槽中，在加载前测量密封环坯待形成波纹面的上端面的平面度，使其不大于1微米，如图3 (a)、图3 (b)、图4(a)、图4(b)和图5所示。加载时先依次旋紧各上推螺钉3，再依次旋紧下拉螺钉7，各螺钉旋转角度要小且均匀一致，加载过程中，可采用平晶干涉法或光轴法不断检测上端面各点的平面度变化，当表面波纹面达到要求后，停止加载。为了固定加载螺钉的位置，使用502快干胶固定。

为了得到预想的波纹面，可以将此形成波纹面的密封环坯连同夹具上下翻过来，放到单面平面环抛机或研磨机上，将其波纹面磨平。加工完成后，通过加热法清除502快干胶，当拧松所有的上推螺钉3及下拉螺钉7后，密封环坯恢复到自由状态，可以轻松取下，在原研磨平的加工面就得到了预想的波纹面。

Claims (2)

1.一种杠杆式密封环加工预变形力加载夹具，其特征在于：该加载夹具采用了杠杆及柔性铰链结构，包括底盘（4）、长杠杆臂（6）、短杠杆臂（2）、上推螺钉（3）、下拉螺钉（7）和紧固螺钉（5），根据密封环波纹数量设置长杠杆臂（6）、短杠杆臂（2）、上推螺钉（3）、下拉螺钉（7）、紧固螺钉（5）；密封环坯（1）安装在沿圆周均匀分布的长杠杆臂（6）及短杠杆臂（2）的弧形槽中，弧形槽与密封环坯（1）的内外圆柱面间隙配合；长杠杆臂（6）及短杠杆臂（2）的下部与底盘（4）的环槽过渡配合，沿圆周均匀分布于底盘（4）上，用紧固螺钉（5）固定起来，通过长杠杆臂（6）及短杠杆臂（2）的中部柔性铰链与上部的杠杆梁连成一体；下拉螺钉（7）穿过长杠杆臂（6）上的光孔，下拉螺钉（7）的下部螺纹与底盘（4）的螺纹孔旋合，上推螺钉（3）穿过短杠杆臂（2）上的螺纹孔，上推螺钉（3）的下端部顶在底盘（4）上，从而构成长短相间分布的杠杆螺旋加载机构。

2.一种杠杆式密封环加工预变形力加载夹具的加载方式，其特征在于：利用杠杆臂上的环形槽与密封环坯（1）配合，采用夹持方式加载变形力矩；松开上推螺钉（3）和下拉螺钉（7），将密封环坯（1）装入长杠杆臂（6）及短杠杆臂（2）的环形槽内，形成握住密封环坯（1）的初始状态，通过旋转上推螺钉（3）顶紧底盘（4），使短杠杆臂（2）产生摆动，所夹持的密封环坯（1）部分会外翻变形，旋转下拉螺钉（7）拉动长杠杆臂（6），使其产生反向摆动，所夹持的密封环坯（1）部分会内翻变形，相间排列的长杠杆臂（6）及短杠杆臂（2）加载后就会使密封环坯（1）的上下端面出现波纹面变形，用研磨平面的方法加工出波纹面密封环，加工完成后拧松上推螺钉（3）和下拉螺钉（7）取下密封环坯（1）。