石墨密封環(huán)精密加工工藝研究

石墨密封環(huán)精密加工工藝研究

 

闡述了石墨密封環(huán)的精密加工過程

關(guān)鍵詞： 石墨密封環(huán)； 平面度； 光學(xué)平晶； 比較法；

 石墨密封環(huán)加工項(xiàng)目系填補(bǔ)國(guó)內(nèi)石墨密封環(huán)超精 加工方面空白項(xiàng)目。研究?jī)?nèi)容包括： 工藝方案的確定； 機(jī)床選用； 工裝研制； 切削參數(shù)的確定以及整體產(chǎn)品完 工后的檢查計(jì)量方式。本文重點(diǎn)介紹其工藝難點(diǎn)及工 藝過程。 加工 時(shí) 采 用 高 精 度 的 精 密 儀 器 車 床 ＭＳＧ３２５ 進(jìn) 行 車 削 ， 用 ００ 級(jí) 平 板 進(jìn) 行 研 磨 ， 用 光 學(xué) 平晶 進(jìn) 行 檢 查 ， 并 利 用 比 較法原理和光學(xué)原理進(jìn)行平面度的計(jì)算和對(duì)比。下面以 渦輪機(jī)氣封和油封用的石墨密封環(huán)加工方案為例介紹

如下： 化學(xué)性能檢

（ １） 毛坯 Ｘ 射線檢查及試樣的機(jī)械性能、 查。

（ ２） 車： 按 密 封 環(huán) 自 由 狀 態(tài) 下 的 尺 寸 粗 車 ， 內(nèi) 孔 每 面 留 ２ｍｍ 余量、 外圓每面留 １ｍｍ 余量， 則 外圓車至 !２６１＋ ５ ＋２＝!２６４．６± ； 厚度車至 ３８ ； ０．１０ １ 工況簡(jiǎn)介 石墨密封環(huán)一般用于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上利用端面和外圓 進(jìn)行氣、 油密封， 零件工作介質(zhì)為： 滑 油 ８Ａ／ 壓 縮 空 氣 ； 壓 力 ： ０．４６ＭＰａ； 摩 擦 對(duì) 材 料 ： ４０ＣｒＮｉＭｏＡ／１Ｃｒ１２Ｎｉ３ＭｏＶＮ； （ 滑動(dòng)速度： ３６００ｒ／ｍｉｎ ； 溫度： ２８０℃ 壓縮空氣溫度， 未考慮 摩擦產(chǎn)生的熱量） 。 "

２ 工藝難點(diǎn)

（ １） 該密封環(huán)形位公差要求嚴(yán)格。如圖 １ 所示， 要求 內(nèi)孔車至 !２６４．６－ ２× １２．７５－ ４＝!２３５．１ 。

（ ３） 銑 ： 檢 查 銑 刀 跳 動(dòng) 不 大 于 ０．０２ ， 銑 準(zhǔn) Б ＋０．０５ ｍｍ ＝５ ０ 開口， 鉗工修平整。

（ ４） 車： 用工藝夾頭夾緊零件， 按夾緊零件配準(zhǔn)心軸。 把工件裝夾在心軸上， 用夾頭把零件夾緊后， 開口處夾 兩端面粗糙度 Ｒａ０．１６ ， 在心軸上檢查項(xiàng)目 Ｂ 和 Ｂ１ 的表面 不平度不大于 ０．００１ｍｍ。 ０．０５ ＋０．０５ 墊 片 。 車 準(zhǔn) 內(nèi) 外 圓 及 １ｍｍ 深 槽 。 按 端 面 每 面 留 ０ ０．５ｍｍ 余量車準(zhǔn)。

（ ５） 加工 ２０ 個(gè) Ｒ３．６ 槽， 鉆 ２０ 個(gè) !１ 孔。

（ ６） 車： 本 道 工 序 采 用 美 國(guó) 精 密 儀 器 車 床 ＭＳＧ３２５ 。 按圖 ２ 所 示 的 零 件 圖 加工胎具， 材料硬鋁合金。 其中法蘭孔為裝夾胎具時(shí) 拉緊在機(jī)床上時(shí)用。

① 將胎具拉緊 在 機(jī) 床 （ ２） 密封環(huán)開口后回彈不足 此問題在 ＧＨ２１３６ 材料 （ 的密封環(huán)上也存在） 。 （ ３） 測(cè)量 方 法 上 ， 由 于 材 料 材 質(zhì) 較 軟 而 且 脆 ， 無(wú) 法 進(jìn) 行接觸式測(cè)量。

（ ４） 不能使用含磨礫的工具或研磨劑進(jìn)行研磨。 （ 上， 胎具定位外圓按產(chǎn)品內(nèi)孔 ! ２６１－ １２．７５×） ＝２３５．５ ＋０．０１ ２ ０ 車出， 車準(zhǔn)胎具端面。

② 將石墨裝在胎具上， 將零件一端面靠緊胎具端面， 在開口處墊 ０．０５＋０．０５ 墊片， 用夾箍夾緊外圓， 車準(zhǔn)一端面。 ０

③ 卸下夾箍， 翻身， 按步驟 ② 車準(zhǔn)另一端面。保證 Ｒａ０．８μ 。 ｍ 此工序的工藝參數(shù)見表 １ 。 （ ７） 把 環(huán) 裝 入 !２６１ ＋０．０３２ 檢 測(cè) 套 筒 中 檢 查 ， 保 證 ： 沿 表 ０ ３ 工藝過程 圖 １ 中， Б開口在自由狀態(tài)下為 ５ｍｍ， 工作狀態(tài)下為 ０．３０ｍｍ， 夾緊狀態(tài)為 ０．０５ｍｍ。為解決上述難點(diǎn)， 我們?cè)诰?機(jī)械工程師 ２００８ 年第 ５ 期 ９９ 解決方案 Ｓ ＯＬＵＴＩＯＮ 工藝 ／ 工裝 ／ 診斷 ／ 檢測(cè) ／ 維修 ／ 改造 表１ 機(jī)床 刀具 名稱 制造商 工藝參數(shù) １｜Ｎ∈ 自然數(shù)｝） 倍 變 化 時(shí) ， 產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋 （ 圖 ３） 。 光 學(xué) 原 理 圖 見 圖 按照下式計(jì)算平面度實(shí) ４。 際值： ＭＳＧ３２５ 美國(guó) Ｎａｎｏ－ Ｔｅｃｈ 公司 單晶金剛石圓弧刃車刀 ， 。 刀尖半徑 Ｒ１．５ｍｍ， 前角 ０°后角 １１° 主軸轉(zhuǎn)速 ｎ＝１０００ｒ／ｍｉｎ ａｐ＝０．０２￣０．０５ｍｍ， ０．０５× ４＋０．０２× ， 共 ５ 次 １ ｆ＝１０"ｍ／ｒ ｎ＝１０００ｒ／ｍｉｎ １＋０．２× ， ２ 次 １ ａｐ＝０．２"ｍ， １× ｆ＝２"ｍ／ｒ 精加工參數(shù) 切削深度 進(jìn)給量 主軸轉(zhuǎn)速 ! ｆ＝ ｂ × ａ ２ （ １） 其中：ｆ 為平面度；ａ 為相 鄰兩條紋的平均間隔；ｂ 為光干涉條紋的最大彎 （ 曲； λ為可見光平均波長(zhǎng) 取 λ ＝０．５５μ ） 。 ｍ 超精加工參數(shù) 切削深度 進(jìn)給量 冷卻方式 干切削 面 Ａ 的 貼 合 率 允 許 在 不 大 于 １００° 總 弧 長(zhǎng) 上 透 光 不 大 的 于 ０．０３ｍｍ； 間隙 Б應(yīng)為 ０．３＋０．１ 。 ０ （ ８） 用 ００ 級(jí) 研 磨 平 板 研 磨 Ｂ、 １ 面 ， 不 允 許 用 磨 料 ， Ｂ 在平板上研磨拋光時(shí)允許滴少許油， 在標(biāo)簽上打印圖號(hào) 材料牌號(hào)。 光柵平板檢查衍射條紋的相應(yīng)參數(shù)， 計(jì)算實(shí)際 平面度確定是否達(dá)到 ０．００１ｍｍ。 ４ 研磨試驗(yàn) 本產(chǎn)品在車后經(jīng)用粗糙度檢查， 達(dá)到 Ｒａ０．７６ ， 符合研 使 用 粗 糙 度 檢 查 儀 檢 查 ， 當(dāng) 粗 糙 度 Ｒａ 達(dá) 到 ０．２μ ｍ 時(shí) 滴 少 許 機(jī) 油 ， 繼 續(xù) 研 磨 。 終 Ｒａ 達(dá) 到 ０．１μ ， 符 合 圖 最 ｍ 紙 要 求 的 Ｒａ０．１６ ， 平 面 度 用 "１５０ 光 學(xué) 平 晶 檢 查 ， 按 公 （ （ 式 １） 計(jì) 算 ， 其 中 ａ＝２．５ｍｍ， ｂ＝２．０ｍｍ， 代 入 式 １） ， 按 照 比較法原理， 相對(duì)兩方向弦長(zhǎng)誤差結(jié)果應(yīng)為單一方向 誤差的 ２ 倍， 所以結(jié)果為： 磨要求。在 ００ 級(jí)平板上將工件裝在硬鋁合金的胎具上， 但由于密封環(huán)已開口， 為研磨造成一定的困難， 經(jīng)反復(fù)研 究試驗(yàn)， 確定將工件裝在胎具上， 在保證底面貼和面積較 大的情況下用手帶緊夾箍上的緊固螺絲， 并用標(biāo)準(zhǔn)量塊 在開口處檢查開口兩側(cè)的端面是否處于相同平面。研磨 按如下要求進(jìn)行： （ １） 首先采用干研磨， 利用胎具自身重量在平板上按 形路徑進(jìn)行研磨。 “ Ｓ”

（ ２） 研磨工作在恒溫室進(jìn)行。要求著裝整潔， 不許有 易脫落粗纖維進(jìn)入操作間。

（ ３） 操作 間 恒 溫 ２０℃， 熱 源 不 能 超 過 ３ 個(gè) ， 以 免 造 成 平板變形。

（ ４） 石墨在平板上研磨 １０ 圈以內(nèi)需用脫脂棉紗仔細(xì) 擦拭平板和工件表面， 以免脫落石墨顆粒磨損工件及平 板表面。

（ ５） 粗研時(shí)可用汽油或酒精清理平板， 但需等待平板 無(wú)液體殘留后再進(jìn)行研磨。 精磨過程中， 不許用手觸摸工件研磨表面， 以

（ ６） 粗、 免殘留脂肪； 不許用手觸磨平板表面， 以免過熱產(chǎn)生局部 硬化。

（ ７） 研磨 一 面 完 成 后 翻 身 ， 按 相 同 方 法 把 緊 ， 研 磨 另 一面。 ２．０ ０．５５ ＝０．４４μ ｂ ! ｍ ｐ 比 較 ＝２× ｆ＝２× × ＝２× × ａ ２ ２ ２．５ 結(jié)果符合圖紙要求的平面度 ０．００１ｍｍ。 ６

 

結(jié) 語(yǔ)

平行度是依靠車床精度保證的； 端面粗糙度是依靠 環(huán)境及操作 車削后研磨達(dá)到的； 平面度是依靠平板精度、 者的研磨技術(shù)保證的； 工件的實(shí)際平面度是研磨后在胎 具上用光學(xué)平晶檢驗(yàn)的； 粗糙度與平面度存在關(guān)聯(lián)關(guān)系， 即控制粗糙度的過程由能否出現(xiàn)衍射條紋來(lái)反映粗糙度 水平； 密封環(huán)開口后回彈不足是依靠預(yù)先將開口加大達(dá) 到的。 脆 因此 ， 對(duì) 于 產(chǎn) 品 材 質(zhì) 具 有 軟 、 的 特 性 ， 檢 測(cè) 時(shí) 不 能 接觸測(cè)量時(shí)， 必須通過控制工藝裝備及加工設(shè)備的精度 來(lái)保證產(chǎn)品的精度。 通過上述工藝方法， 解決了石墨密封 環(huán)的超精密加工的問題， 機(jī)械加工與光學(xué)原理的結(jié)合， 使 對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)手段發(fā)生了質(zhì)的飛躍。科研過程及結(jié)果滿 足石墨密封環(huán)的國(guó)產(chǎn)化要求， 且部分指標(biāo)優(yōu)于圖紙要求， 為今后石墨密封的廣泛應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 ５ 檢查計(jì)量 根據(jù) 光 的 同 一 性 和 單 向 性 ， 用 光 柵 檢 測(cè) 平 面 時(shí) ， 工 件表面與光學(xué)平晶下表面的反射光線將在平晶的下表 面 產(chǎn) 生干 涉 條 紋 ， 當(dāng) 平 晶 下 表 面 與 工 件 表 面間 隙 為 可 見 光波長(zhǎng)的 １／４ 的奇數(shù)倍時(shí)， 發(fā)生湮滅， 即視覺上為 暗 條 紋 ， 反 之 當(dāng) 間 隙 為 光 波 長(zhǎng) 的 １／４ 的 偶 數(shù) 倍 時(shí) 光 線 最 強(qiáng) 。 即當(dāng)平 面變化在波長(zhǎng)的 １／４ 到波長(zhǎng)的 １／４ 的 ｎ ｎ＝ ０ ， ２Ｎ