1.前言

　　浮动端面密封环简称浮封环，是精度和硬度要求高的薄壁、贵重的机件，既需要成批机械化生产，又需要单件小批制造配件，它的最后加工必须采用研磨加工，一般选用湿研。但是目前研磨的密封端面的质量和产量都不能满足机械工业的需要，因此，研究浮封环的研磨工艺，提高产品质量和生产率，降低制造成本是非常重要的。本文主要介绍浮动端面密封环和球形密封带的研磨工艺。

　　2.研磨工艺的研究

　　控制浮封环密封端面的几何形状和表面粗糙度的关键零件是研磨盘。如图1所示浮封环的密封端面A是一个半径大的凹球面，球面半径R=61m(3~5条牛顿光环)，表面粗糙度R a=0.00125mm，根据共轭曲面原理，研磨盘表面也应当是一个半径极大的凸球面，其球面半径R=61m。

　　2.1 研磨加压

　　在研磨过程中，如果对浮封环不加压重，让其自重自转自研，则在相同质量条件下研磨所需的时间长，生产率低。但压重生产的比压大于35MPa，生产率反而有所下降，可能是因其压力重大，密封环自转速度减慢，往往产生滑移，这时摩擦热温升增加，因而生产率和质量都不能保证。试验表明，被研件单位面积上的比压在24MPa左右比较合适。研磨压力可用下式计算：

　　在研磨过程中，压力P0是一个变值，这是由于在研磨初期，密封端面粗糙、形状误差大、端面与研磨盘的接触面积小，随着研磨的进行，它们之间的实际接触面积也逐渐增大，研磨压力P0随之降低，直至接近理论值P0才稳定下来。为了弥补P0的大小在研磨过程中的剧烈变化，应不断地改变总压力P，使P0-t曲线变得暖和一些。

　　2.2 研磨余量e

　　研磨余量e可由下式求得：

　　e=e1+e2+e3+e4 (2)

　　式中：

　　e为研磨余量，mm

　　e1为前道工序最大的形状误差，mm

　　e2为零件最大尺寸误差，mm

　　e3为被研表面存在的缺陷，mm

　　e4为提高精度和表面粗糙度必须的研磨量，mm

　　浮封环是用量很大的零件，适宜于加工研磨余量，降低磨削精度和表面粗糙度，先粗研，后精研，用机械化加工大量生产的工艺程序，这时一般研磨余量为e=0.02~0.05mm。

　　粗研时，研磨压力P0大，砂粒粒度大，余量除去快，这时研磨量与时间是幂函数关系，可用下面的式子表示：

　　e粗=Kta (3)

　　式中：

　　K为粗研效率系数

　　d为粗研幂指数常数

　　t为研磨时间，min

　　精研时，研磨压力降低且较稳定，砂粒细小，研磨效率低。精研研磨量可用下面的式子表示：

　　e精=bt

　　式中：b为精研系数

　　研磨余量和研磨时间关系如图2所示。

　　系数K与b可用e-t关系的实验求得。K值的大小表示研磨效率的高度，在不影响产品质量的情况下，影响K值的因素有研磨压力P0、研磨速度V、零件的形状和位置误差、研磨的粒度和研磨剂的成分;b值的大小根据研磨质量的要求，由试验确定。b值不能过大。

　　粗研设备和精研设备应当分开，精研之前应严格的清洗浮封环，然后精研，防止混入大砂粒和灰尘对精研产生不利的作用。

　　定期均匀地加砂对研磨生产率也有影响，例如每隔3min均匀地加砂一次，则可提高浮封环研磨生产率20%左右。

　　2.3 密封端面的研磨

　　研磨浮封环密封端面的研磨盘面的球面半径R=61m，转速n=38r/min，采用M40号砂粗研，M20号砂精研，煤油作为研液，经过这样研磨加工的浮封环可以达到图1所示的要求。

　　2.4 密封带的研磨

　　因为浮封环的密封端面是一个半径极大的球面，当两个这样的浮封环组装成浮动端面密封时，其密封面首先在其外圆接触，理论上是一条线接触，实际上是一个小环形面接触。尽管这样，它们之间的比压仍然是很大的，因而磨损是很快的，为了改善这种状态，本文研究研磨密封带的技术。

　　图3(a)是研磨密封带的局部视图。图中轴2带动研磨夹具作旋转运动。带凹心的研磨盘面的上面的外径边缘比内径边缘高0.127μm。研磨夹具中夹持的浮封环，与它组装在负重轮中使用时的形态相同，所以用这种夹具研制的浮封环，其加工基准与使用基准基本相同，因而误差较小。

　　从图3(b)中可以看出，研磨盘上局部的研磨带比浮封环的最大直径小，这样的研磨机构，有利于排出已用过的研磨旧砂粒和研屑，可以提高研磨后的表面质量。

　　图4(a)是在压力下研磨的示意图。从轴向施加的压力P1=400N。当P1=400N研磨时，浮封环将发生变形，其形状的变化如图中所示，其中“O”型橡胶密封圈传递的力为2000N。

　　这种密封环研磨后，去除轴向载荷400N，其密封带的形状如图4(b)所示。由图可以看出，表面5仍有偏向中心线6的倾向，这表明该面发生了微量的变形和倾折。

　　用两个这样的浮封环组装成浮动端面密封后的密封带如图5(a)所示。图中的密封带1是互相贴合的，但是在实际使用中，对浮封环施加比压后，其形状如图5(b)所示，图中两条密封带没有接触，而是形成一个内小外大的三角形。实际接触面只是一小部分(如图3所示)，它是两者接触后很狭的密封带。这种结构对密封的使用性能十分不利，因为水、泥砂和灰尘容易侵入开口的三角形内，加剧浮封环的磨损，同时很狭的密封带上比压也相当大，磨损必然严重。由此可见，这种研磨方法是不可取的。

　　图6是不加压研磨的密封带1，从图中可以看出，中线2基本上平分密封带面1和研磨盘面3所组成的三角形空间，说明密封带没有较大的变形和倾折。用这种浮封环组装成浮动端面密封之后，其密封带围成的空间是一个三角形，其中B=0.002mm，C=0.4mm，见图6(b)。这类密封环在比压的作用下组合成浮动端面密封，其最大外径处有一个微小的开口A，A=0.001mm，这种密封带组成的摩擦副接触面是较宽的，如图6(c)。当它工作时，由于运转时的摩擦热引起变形，这时A值基本上为零。因此，这种密封由良好的密封性能和较长的使用寿命，是一种很好的结构。

　　3.光学平晶检测

　　浮封环的密封端面的平直度和粗糙度要求很高，通常用光学平晶法检测。图1是其原理图。

　　首先把平晶放在浮封环的密封端面上，当单色光源(通常是钠光)从S点发出，经倾斜45°的平面镜M反射后，垂直地照射到平晶表面上，入射光线在空气层的上下表面分两条反射后，产生干涉，透过平面镜M在T处可以观察到A面的牛顿光环数。

　　如果94mm浮封环的密封端面上呈现3~5条牛顿光环，那么该面的高低差△h=(0.9~1.5)μm。

　　生产实践表面，密封端面的牛顿光环干涉条纹可能是多种多样的，如图7(a)所示，在密封端上呈现5条牛顿光环，并且是外稀内密的排列，呈凹球面。这是合格的密封。

　　图7(b)~(f)所示的5种密封端面，都是不合格的。从图中可以看出，这些表面的干涉条纹各不相同，但都没有呈现凹面的牛顿光环干涉条纹，而且有的凹凸不平度较大，起不到密封作用。

　　在生产浮封环的工厂中，多用等厚平面干涉仪检测密封端面的牛顿光环数，常用电触式仪检测表面粗糙度。

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