机械密封环端面流体动压槽的加工方法

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1、机械密封环端面流体动压槽的加工方法《液气压世界》2007年第3期　　　阅读次数：478    　　1引言　　<接触式机械密封在运转时，动环和静环的接触面要摩擦生热，对于高PV值系统，摩擦热在密封面上造成高温，会使磨损和热变形增大；当温度超过一定值时，润滑膜汽化，摩擦和磨损加剧；如果温度大大超过材料允许的使用温度，则密封环可能产生熔融、胶合或热裂等故障，造成停工停产，带来巨大的经济损失或环境污染。因而，接触式机械密封有必要利用流体动压效应来提高密封的承载能力，减小摩擦、磨损和漏损，提高密封的可靠性，延长密封的寿命。利用流体动压效应的通常做法是在摩擦副的一个密封面

2、上开设某种形状的流体动压槽。在这些流槽的作用下，普通的接触式密封变成流体动压非接触式密封。这些流槽能起流体动力润滑作用，使密封端面脱离接触，又能起密封作用防止泄漏。根据机械密封的工况条件、工作参数及使用要求，流槽可以设计成不同的平面图形和截面槽形。平面图形有人字槽、八字槽、螺旋槽、圆弧槽、直线槽等，截面槽形有梯形槽、方形槽、V形槽、斜底槽等。　　流槽按槽深可分为两大类：一类是浅槽，深度在μm量级；一类是深槽，深度在mm量级。不同深度的流槽作用机理不同，浅槽的密封机理为流体动压效应，而深槽的密封机理为热流体动力模效应或流体动压垫效应。流槽的几何参数对密封性能影响

3、很大，如槽深、槽数、槽径比、入口角及槽面粗糙度等都直接关系到开启力、泄漏量、刚漏比、端面温升、摩擦系数等密封性能参数的大小。μm级的浅流槽当槽深仅差几个μm时，泄漏量就会有很大的变化，因而精确设计和加工动压槽直接影响着机械密封的质量。目前，我国的机械密封工业已有长足的发展，国产的机械密封产品正运行在某些大型或关键的设备上，有的还取代了进口产品，累计运行已达5年以上。但是要进一步提高机械密封产品的档次，还必须从设计、材料、工艺等诸方面作许多工作，如密封环端面流体动压槽的加工问题便是其中突出的一个。　　2密封材料　　密封材料的性能直接关系到动压槽的加工。在通常的情

4、况下，摩擦副的硬环多选用WC硬质合金制作。因WC硬质合金具备硬度较高、耐磨损性能较好、强度较高等特点，所以是一种较好的密封材料。但是，随着工业的发展，机械设备的性能要求越来越高，工况条件可能是高压、高速、高温等，而密封介质又可能具有强腐蚀性或者含有磨料颗粒等，在这些情况下，WC硬质合金就不是理想的密封材料了。高参数的工况条件给机械密封的研制提出了新的要求，尤其是作为摩擦副硬质材料的质量应达到更高的标准，如耐磨损性、耐腐蚀性、机械强度、耐热性、自润滑性、气密性、可加工性以及与之配对的材料无过大磨损和电化学腐蚀等。而SiC陶瓷几乎满足了上述的所有要求，是近年开发并

5、投入使用的新的硬质密封材料，在化工、炼油、造纸、汽车、原子能、航空、航天等各个工业部门的机械密封中，被越来越多地选为摩擦副材料。可以说，为适应机械密封的发展，新的密封材料会不断地被开发。　　3密封环端面流体动压槽的加工方法　　密封环动压槽在非接触机械密封中得到越来越多的应用，但是动压槽的形状复杂，结构精细而精度高，粗糙度要求也严格，尤其是加工动压槽的密封环多是硬质材料的，所以动压槽的加工困难很大，常规的机械加工法几乎无能为力，因而，人们探索了多种方法，主要有以下几种：　　1)光刻法(化学腐蚀)   先在被刻槽的工件上涂以感光胶膜，然后将事先准备好的底片放于其上

6、，经曝光，显影，涂保护层，再在蚀刻液中浸蚀，便可得到所需的动压槽。这一方法在青铜上刻槽尚可，在硬质合金上刻槽时，由于胶膜在较高温度下耐不住浸蚀液的的长时间腐蚀，所以刻出的槽形质量不高。   2)电火花加工(电蚀刻)   该方法是利用两个电极放电的方法，将动压槽内待去除的材料蚀刻掉。该方法的关键是制作放电头，放电头端面结构和密封环端面动压槽结构相同，但图案是突出的。密封环和放电头分别作两个电极通电，当两个端面接触时，产生放电，密封环端面动压槽部位的材料即被蚀刻掉。不过这一方法要求电介质性能要好，放电头端面与密封环端面要平行等，以取得均匀放电的效果，否则各槽的槽深

7、将难以保证。这一方法的缺点是加工放电头困难；电蚀刻的效率太低，否则放电头损耗又较大；加工成本高；效果也欠佳；同时电加工产生的表面应力造成的微裂纹会使材料的强度降低。   3)电镀法   这一方法是将密封环端面动压槽以外的部位镀上一层硬质材料，从而制成动压槽的图案。这一方法的使用条件首先槽要浅，其次被镀端面必须是能够电镀的材料，而且镀层要致密，和被镀面结合强度要足够高。同时电镀过程中被镀件悬挂要正确，否则不同部位的镀层厚度误差将加大，造成槽深的不均匀，这样也破坏了密封环两个端面的极高的平行度。   4)喷砂法   这一方法首先要制造喷沙掩膜，掩膜上开孔的图案同于

8、动压槽结构。当掩膜置于密封件端面上时，