CN114310158A - 石墨与金属复合式密封环及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨与金属复合式密封环及其制作工艺，所述制作工艺包括如下步骤：利用车床加工出半成品石墨环，利用车床加工出半成品金属环，将金属环放于温度为300℃‑400℃的加热炉中加热0.5‑2min后取出，放于固定模具中，将石墨环放于金属环内，并通过冲床将石墨环完全压入金属环的内腔，形成复合式密封环，对复合式密封环中的石墨环两端面与内径进行加工，最终得到符合尺寸要求的成品复合式密封环。通过本工艺制成的复合式密封环，其外层为金属环，内层为石墨环，因此不仅具有足够的机械强度、不易变形，而且具有耐高温、自润滑、耐磨、抗腐蚀抗氧化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及密封环，具体涉及一种石墨与金属复合式密封环及其制作工艺。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，各种机械技术对密封材料提出了越来越严格的要求，从而推动密封材料的发展。石墨密封环，是当今最先进的机械密封形式，是机械密封中的关键零件之一。石墨材料具有耐温、耐化学腐蚀性、压缩回弹性、不渗透性，同时具有低的应力松弛性能以及自润滑，因而被广泛应用于压力容器、泵等设备的密封。但是由于石墨的强度不足以及易变形的特点，影响了石墨环的使用寿命。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种石墨与金属复合式密封环的制作工艺，该工艺制成的复合式密封环，其外层为金属环，内层为石墨环，因此不仅具有足够的机械强度、不易变形，而且具有耐高温、自润滑、耐磨、抗腐蚀抗氧化的优点。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种石墨与金属复合式密封环的制作工艺，包括如下步骤：
步骤1：利用车床加工出半成品石墨环，所述石墨环的内径为D、外径为A、轴向方向的厚度为F；
步骤2：利用车床加工出半成品金属环，所述金属环的内径为A、外径为B、轴向方向的厚度为C，且石墨环的厚度F大于金属环的厚度C；
步骤3：将金属环放于温度为300℃-400℃的加热炉中加热0.5-2min后取出，放于固定模具中；
步骤4：将石墨环放于金属环内，并通过冲床将石墨环完全压入金属环的内腔，形成复合式密封环；
步骤5：将复合式密封环冷却至室温后放置于车床夹具中，利用车床将石墨环轴向方向多余的部分去掉，使得石墨环轴向方向的厚度为H，且F大于H，H大于C；并加工石墨环的内径使其最终的内径为G，且G小于D，得到成品复合式密封环。
优选地，所述金属环的材质为304不锈钢，所述石墨环的材质为高纯度浸渍石墨。
优选地，在步骤3中，首先将加热炉内温度预热至300℃-400℃，再将金属环放置于在加热炉加热区加热1min后，用火钳将金属环取出并放置于固定模具。
优选地，所述固定模具放置于底座中，所述金属环刚好放于固定模具的夹槽内。
优选地，在步骤4中，将石墨环放置于固定模具中的金属环上，并通过冲床加压将石墨环嵌入金属环中，整个冲压过程不超过20秒。
优选地，半成品石墨环的内径D与成品复合式密封环中石墨环的内径G的差值为0.5-1mm，所述成品复合式密封环中石墨环的轴线方向两端面突出于金属环的轴向方向两端面的尺寸为I。
优选地，在步骤2中，生产出的半成品金属环进行检验，确保半成品金属环无毛刺、无变形且真圆度合格。
本发明还提供了一种复合式密封环，采用上述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺制备而成。
本发明的有益效果是：
1)本发明中分别加工出半成品的金属环和石墨环，石墨环的外径与金属环内径相等，且石墨环的外径和厚度都保留了一定的尺寸余量，并将金属环加热至一定的温度后，通过冲床将石墨环压入金属环的内部，再对石墨环的内径和厚度利用车床加工至预设尺寸，而得到复合式密封环，本发明中利用热胀冷缩的原理，使金属环高温下膨胀内径尺寸变大后，通过专用模具将石墨环顺利嵌入金属环内腔，冷缩后金属环收缩而使得两者紧密配合，同时嵌入后再对石墨环进行加工，确保了成品中石墨环的表面完整性；
2)本发明得到的复合式密封环，其外层为金属环，金属环采用304不锈钢制备而成，内层为石墨环，石墨环采用高纯浸渍石墨制备而成，因此外部金属支撑，内部耐磨石墨件，结合了两者之优点，不仅具有足够的机械强度、不易变形，而且具有耐高温、自润滑、耐磨、抗腐蚀抗氧化，使用寿命长、替换方便、经济耐用等优点；因此扩大了密封环应用的范围，并延长了密封环的使用寿命。
附图说明
图1为本发明中复合式密封环的结构示意图；
图2为图1沿E-E处的剖视图；
图3为本发明中半成品石墨环的结构示意图；
图4为本发明中半成品金属环的结构示意图；
图5为本发明中复合式密封环的加工示意图；
图6为本发明中车床夹具的结构示意图；
图中：10-石墨环，20-金属环，30-固定模具，31-底座，40-车床夹具，50-复合式密封环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
实施例：如图1-6所示，一种石墨与金属复合式密封环的制作工艺，包括如下步骤：
步骤1：利用车床加工出半成品石墨环10，所述石墨环的内径为D、外径为A、轴向方向的厚度为F；如图3所示，其中半成品石墨环的外径尺寸到位，内径尺寸和厚度留有余量，以便给装配留出空间；
步骤2：利用车床加工出半成品金属环20，所述金属环的内径为A、外径为B、轴向方向的厚度为C，且石墨环的厚度F大于金属环的厚度C；如图4所示，其中半成品金属环的外径到位，内径给于适当的公差，金属环的内径与石墨环的外径相匹配，以便于后续将石墨环压入金属环的内部；
步骤3：将金属环放于温度为300℃-400℃的加热炉中加热0.5-2min后取出，放于固定模具30中；将金属环加热使之膨胀便于石墨环顺利压入，冷却后金属环收缩保证了金属环与石墨环的紧密结合，其中金属环加热温度和时间需要严格控制，温度过高容易引起金属环的变形，而温度过低则膨胀度不够，无法顺利压入石墨环；
步骤4：将石墨环10放于金属环20内，并通过冲床将石墨环10完全压入金属环的内腔，形成复合式密封环50；如图5所示，在压入之前，一定要保证金属环与石墨环嵌入接触面的平面度，加压过程中采用小冲床加压，确保了人员的安全；
步骤5：将复合式密封环冷却至室温后放置于如图6所示的车床夹具40中，利用车床将石墨环10轴向方向多余的部分去掉，使得石墨环轴向方向的厚度为H，且F大于H，H大于C；并加工石墨环的内径使其最终的内径为G，且G小于D，得到成品复合式密封环50，如图1所示。将石墨环10轴向尺寸和内径尺寸控制到位，即对石墨环的两个端面与内径进行加工，而得到符合尺寸要求的成品复合式密封环。在步骤1之前，将金属料与石墨料入库，要保证入库信息及时、准确与无误，然后进行材料生产前检验，确保材料特性、类型、密度和牌号准确无误，然后对金属和石墨料下料进入生产流程。
所述金属环20的材质为304不锈钢，所述石墨环10的材质为高纯度浸渍石墨。
在步骤3中，首先将加热炉内温度预热至300℃-400℃，再将金属环20放置于在加热炉加热区加热1min后，用火钳将金属环20取出并放置于固定模具30。
如图5所示，所述固定模具30放置于底座31中，所述金属环20刚好放于固定模具30的夹槽内。在步骤4中，将石墨环10放置于固定模具中的金属环20上，并通过冲床加压将石墨环嵌入金属环中，整个冲压过程不超过20秒。操作时间过长的话，会导致金属环温度降低，其内径由于热胀冷缩的原理变小而无法嵌入石墨环。
如图2所示，半成品石墨环的内径D与成品复合式密封环中石墨环的内径G的差值为0.5-1mm，所述成品复合式密封环中石墨环的轴线方向两端面突出于金属环的轴向方向两端面的尺寸为I。所述半成品石墨环轴向方向的两个端面皆留有余量，可以避免在转线、组装过程中造成端面崩角和划伤；如图1和图2所示，最终得到的成品复合式密封环50的内径为G、外径为B，密封环的外层为金属环，金属环的厚度为C，内侧为石墨环，石墨环的厚度为H，H减去C为I的两倍。
在步骤2中，生产出的半成品金属环进行检验，确保半成品金属环无毛刺、无变形且真圆度合格。如果检验出不合格品则需要剔除，合格品方可进行后续的装配操作，以免在装配后出现装配间隙，运输或使用工程中出现脱离、变形位置度超差、金属环与石墨环脱离等情况。
如图1和图2所示，一种复合式密封环，采用上述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺制备而成，所述复合式密封环包括是金属环20以及紧紧嵌入金属环内腔的石墨环10，所述复合式密封环50的内径为G、外径为B，其中金属环的厚度为C，石墨环的厚度为H，H减去C为I的两倍。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种石墨与金属复合式密封环的制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：利用车床加工出半成品石墨环(10)，所述石墨环的内径为D、外径为A、轴向方向的厚度为F；
步骤2：利用车床加工出半成品金属环(20)，所述金属环的内径为A、外径为B、轴向方向的厚度为C，且石墨环的厚度F大于金属环的厚度C；
步骤3：将金属环放于温度为300℃-400℃的加热炉中加热0.5-2min后取出，放于固定模具(30)中；
步骤4：将石墨环(10)放于金属环(20)内，并通过冲床将石墨环(10)完全压入金属环的内腔，形成复合式密封环(50)；
步骤5：将复合式密封环冷却至室温后放置于车床夹具(40)中，利用车床将石墨环(10)轴向方向多余的部分去掉，使得石墨环轴向方向的厚度为H，且F大于H，H大于C；并加工石墨环的内径使其最终的内径为G，且G小于D，得到成品复合式密封环(50)。
2.根据权利要求1所述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺，其特征在于：所述金属环(20)的材质为304不锈钢，所述石墨环(10)的材质为高纯度浸渍石墨。
3.根据权利要求1所述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺，其特征在于：在步骤3中，首先将加热炉内温度预热至300℃-400℃，再将金属环(20)放置于在加热炉加热区加热1min后，用火钳将金属环(20)取出并放置于固定模具(30)。
4.根据权利要求3所述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺，其特征在于：所述固定模具(30)放置于底座(31)中，所述金属环(20)刚好放于固定模具(30)的夹槽内。
5.根据权利要求4所述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺，其特征在于：在步骤4中，将石墨环(10)放置于固定模具中的金属环(20)上，并通过冲床加压将石墨环嵌入金属环中，整个冲压过程不超过20秒。
6.根据权利要求1所述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺，其特征在于：半成品石墨环的内径D与成品复合式密封环中石墨环的内径G的差值为0.5-1mm，所述成品复合式密封环中石墨环的轴线方向两端面突出于金属环的轴向方向两端面的尺寸为I。
7.根据权利要求1所述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺，其特征在于：在步骤2中，生产出的半成品金属环进行检验，确保半成品金属环无毛刺、无变形且真圆度合格。
8.一种复合式密封环，其特征在于：采用权利要求1-7中任一项所述的石墨与金属复合式密封环的制作工艺制备而成。
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