CN110842369A

CN110842369A - 一种机械密封用摩擦副摩擦工作表面凹痕成型装置

Info

Publication number: CN110842369A
Application number: CN201911109836.4A
Authority: CN
Inventors: 罗阳; 王妍; 蒋立宪; 王兆君; 孙小聃; 蒋锵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2020-02-28

Abstract

一种机械密封用摩擦副摩擦工作表面凹痕成型装置，所述的装置由所述装置控制用计算机4、所述装置控制用计算机工作台5、所述装置的激光发生器6、摩擦副凹痕成型加工用工作台7、待凹痕成型加工的摩擦副8、摩擦副凹痕9、激光刻蚀头3、激光刻蚀头体1、激光刻蚀头体支撑和传动臂2、激光刻蚀头工作控制开关14、激光刻蚀头体上下运行(Z向运行)控制螺杆螺母机构16、激光刻蚀头体上下运行(Z向运行)滑轨12、步进伺服电机及横向(Y向)运行滑块15、横向(Y向)运行滑轨13、激光刻蚀头体前后运行(X向运行)滑轨滑块及其控制螺杆螺母机构11、所述装置的机架10、激光刻蚀头体与激光发生器连接线17、激光刻蚀头体与控制计算机连接线18组成。采用激光加工方式，在石墨或碳化硅为材质的摩擦副摩擦端面上加工成型一些凹痕的装置，将完全贴合面摩擦的方式变为非完全贴合面式的摩擦方式，籍此，有效地提高了机械密封装置的密封可靠性，延长了机械密封的使用寿命。

Description

一种机械密封用摩擦副摩擦工作表面凹痕成型装置

技术领域

本发明涉及一种机械密封用摩擦副摩擦工作表面凹痕成型装置。

背景技术

机械密封是指靠弹性元件的弹力和密封流体的压力使密封端面紧密贴合的机械密封。机械密封是依靠摩擦副，即动环与静环端面间的紧密接触将被密封的介质密封。当前普遍应用的摩擦副大都是石墨环或碳化硅环。当工作条件或环境条件变化时，摩擦端面的过高温升使端面间的流体汽化，造成被密封的介质泄漏，或者使端面磨损加剧而大大缩短密封的使用寿命。因此，传统的接触式机械密封在提高密封能力、减小摩擦和磨损等方面存在一定的局限性。机械密封的密封效果和使用寿命是用户最为关注的问题，保证密封效果不产生介质泄露几乎是所用用户的终极追求目标。特别是对于所密封的介质属于易燃、易爆、强腐蚀性、或贵重物质的用户来说，如果运行中产生泄露将会给用户造成重大的经济损失和严重的安全事故。因此，提高机械密封的可靠性、延长机械密封的使用寿命便成为机械密封制造业领域和机械密封应用领域严重关注和孜孜以求的课题。

实现可靠密封、延长机械密封使用寿命的有效措施之一是保证摩擦副密封端面间形成并始终保持一层极薄的稳定的流体膜，而且还必须具有一定的承载能力，即：变摩擦副端面间的完全贴合面密封为非完全贴合面式密封。本发明提出了一种以石墨或碳化硅为材质的摩擦副、采用激光加工方式、在石墨或碳化硅为材质的摩擦副摩擦端面上加工成型一些凹痕的装置，将完全贴合面摩擦的方式变为非完全贴合面式的摩擦方式，籍此，有效地提高了机械密封装置的密封可靠性，延长了机械密封的使用寿命。

发明内容

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种机械密封用摩擦副摩擦工作表面凹痕成型装置。根据本发明的一方面，所述的机械密封的摩擦副采用石墨或碳化硅材质的摩擦副；根据本发明的一方面，在石墨或碳化硅材质的摩擦副摩擦端面上开设均匀分布的一些凹点或几何形状的凹槽，且凹槽的深度可均匀渐变；根据本发明的一方面，所述的石墨或碳化硅材质的摩擦副摩擦端面上开设均匀分布的一些凹点或几何形状的凹槽是通过激光加工的方法制成。

本发明采用的是激光加工法。激光加工是利用激光的高能量，进行工业热加工的一种方法。激光的功率密度可以高达10⁷W/cm²以上，任何材料都能在极短的时间内被汽化、熔化而被去除。用激光加工密封环动压槽的工艺实际上是利用激光束照射工件表面，汽化、熔化所需要的图形标记，本发明中则为凹点或凹槽。激光加工技术适用面广，对不同材料、不同形状的加工表面均适合，具有工件无机械变形、无污染，速度快、重复性好、自动化程度高等特点。在激光加工方法中，扫描方式适应任意图形和任意批量的加工，本发明所采用的就是这种方式。而且在采用扫描方式的系统中，计算机对图形的处理采用的是矢量方式的激光加工系统。矢量方式最大的特点是用矢量来表示图形，采用计算机高级图形系统对图形进行处理，具有作图效率高、图形精度高、可无失真和无变形地任意放大和缩小图形的功能，故能保证激光加工密封环端面动压槽的速度和质量。

由此可见，根据本发明的上述技术方案中，用激光加工方式在石墨或碳化硅材质的摩擦副摩擦端面上开设均匀分布的一些凹点或几何形状的凹槽，进而制成的机械密封装置可以有效地减少摩擦副运行时的摩擦热量，增强了摩擦副密封可靠性和使用寿命。

附图说明

本发明附图1是所述的一种机械密封用摩擦副摩擦工作表面凹痕成型装置的结构示意图。图中：4为所述装置控制用计算机；5为所述装置控制用计算机工作台；6为所述装置的激光发生器；7为摩擦副凹痕成型加工用工作台；8为待凹痕成型加工的摩擦副；9为摩擦副凹痕；3为激光刻蚀头；1为激光刻蚀头体；2为激光刻蚀头体支撑和传动臂；14为激光刻蚀头工作控制开关；16为激光刻蚀头体上下运行(Z向运行)控制螺杆螺母机构；12为激光刻蚀头体上下运行(Z向运行)滑轨；15为步进伺服电机及横向(Y向)运行滑块；13为横向(Y向)运行滑轨；11为激光刻蚀头体前后运行(X向运行)滑轨滑块及其控制螺杆螺母机构；10为所述装置的机架；17为激光刻蚀头体与激光发生器连接线；18为激光刻蚀头体与控制计算机连接线。

本发明附图2是在摩擦副中的摩擦表面用激光加工的方式开设的均匀分布的凹槽的示意图。图中：1摩擦副主体；2为摩擦副内的增强环；3为所述的凹痕；4为摩擦副轴孔；5为摩擦副材料。

为本发明的上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例：制造外径50mm、内径20mm、厚度为15mm机械密封用碳化硅摩擦副动环的工艺流程。先备好上述尺寸和规格的碳化硅摩擦副动环。选用激光加工系统，激光加工系统由激光器部分、振镜扫描头、控制系统和计算机等多部分组成。激光器部分由固体激光器和激光电源组成，连续泵浦。工作物质为Nd：YAG，波长为1.06μm。扫描头由能在X、Y二维方向进行有序振动的振镜和平场聚焦镜组成。刻线线宽小于100μm，分辨率是1.7μm，完全满足加工的要求。YAG激光器功率为100W：Q调制频率范围为1～50kHz；调制后输出功率为1～47W；焦斑直径为50～150μm；位置精度为0.1％(光束)；重复定位精度为士25μm(工作台)；速度为0～3000mm/s；尺寸范围为114×114mm。

其具体过程是：控制系统的计算机将编辑好的图形转换成电信号，按一定的频率分别传送到振镜和激光器，在一系列信号的控制下，振镜在X、Y二维进行有序振动，使激光点扫描出相应的图形，与此同时激光器在电信号的控制下，发出一定频率和能量的激光脉冲，将激光焦斑扫描出的图形刻蚀在工件上。并通过键盘或菜单输入命令，选择、修改图形，如大小变换、移动、旋转镜像、成组等，同时可以对屏幕上不同的图形选择不同的工艺参数以达到不同层次的刻蚀。

本实施例中所刻蚀的摩擦副摩擦表面上的凹痕形状为半圆形、直径为5mm、刻蚀深度为2mm、均匀分布的数量为8个。

完成后进一步整形处理加工；再常温静置8小时后即为成品。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。凡本行业的普通技术人员，均可按说明书附图所示和以上所述，顺畅地实施本发明。但是，凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的范围。

Claims

1.一种机械密封用摩擦副摩擦工作表面凹痕成型装置，所述的装置由所述装置控制用计算机4、所述装置控制用计算机工作台5、所述装置的激光发生器6、摩擦副凹痕成型加工用工作台7、待凹痕成型加工的摩擦副8、摩擦副凹痕9、激光刻蚀头3、激光刻蚀头体1、激光刻蚀头体支撑和传动臂2、激光刻蚀头工作控制开关14、激光刻蚀头体上下运行(Z向运行)控制螺杆螺母机构16、激光刻蚀头体上下运行(Z向运行)滑轨12、步进伺服电机及横向(Y向)运行滑块15、横向(Y向)运行滑轨13、激光刻蚀头体前后运行(X向运行)滑轨滑块及其控制螺杆螺母机构11、所述装置的机架10、激光刻蚀头体与激光发生器连接线17、激光刻蚀头体与控制计算机连接线18组成。