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

關鍵詞： 石墨密封環(huán)； 平面度； 光學平晶； 比較法；

 石墨密封環(huán)加工項目系填補國內石墨密封環(huán)超精 加工方面空白項目。研究內容包括： 工藝方案的確定； 機床選用； 工裝研制； 切削參數的確定以及整體產品完 工后的檢查計量方式。本文重點介紹其工藝難點及工 藝過程。 加工 時 采 用 高 精 度 的 精 密 儀 器 車 床 ＭＳＧ３２５ 進 行 車 削 ， 用 ００ 級 平 板 進 行 研 磨 ， 用 光 學 平晶 進 行 檢 查 ， 并 利 用 比 較法原理和光學原理進行平面度的計算和對比。下面以 渦輪機氣封和油封用的石墨密封環(huán)加工方案為例介紹

如下： 化學性能檢

（ １） 毛坯 Ｘ 射線檢查及試樣的機械性能、 查。

（ ２） 車： 按 密 封 環(huán) 自 由 狀 態(tài) 下 的 尺 寸 粗 車 ， 內 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 工況簡介 石墨密封環(huán)一般用于渦輪機轉子上利用端面和外圓 進行氣、 油密封， 零件工作介質為： 滑 油 ８Ａ／ 壓 縮 空 氣 ； 壓 力 ： ０．４６ＭＰａ； 摩 擦 對 材 料 ： ４０ＣｒＮｉＭｏＡ／１Ｃｒ１２Ｎｉ３ＭｏＶＮ； （ 滑動速度： ３６００ｒ／ｍｉｎ ； 溫度： ２８０℃ 壓縮空氣溫度， 未考慮 摩擦產生的熱量） 。 "

２ 工藝難點

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

（ ３） 銑 ： 檢 查 銑 刀 跳 動 不 大 于 ０．０２ ， 銑 準 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 ， 在心軸上檢查項目 Ｂ 和 Ｂ１ 的表面 不平度不大于 ０．００１ｍｍ。 ０．０５ ＋０．０５ 墊 片 。 車 準 內 外 圓 及 １ｍｍ 深 槽 。 按 端 面 每 面 留 ０ ０．５ｍｍ 余量車準。

（ ５） 加工 ２０ 個 Ｒ３．６ 槽， 鉆 ２０ 個 !１ 孔。

（ ６） 車： 本 道 工 序 采 用 美 國 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 拉緊在機床上時用。

① 將胎具拉緊 在 機 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） 測量 方 法 上 ， 由 于 材 料 材 質 較 軟 而 且 脆 ， 無 法 進 行接觸式測量。

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

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， 車準一端面。 ０

③ 卸下夾箍， 翻身， 按步驟 ② 車準另一端面。保證 Ｒａ０．８μ 。 ｍ 此工序的工藝參數見表 １ 。 （ ７） 把 環(huán) 裝 入 !２６１ ＋０．０３２ 檢 測 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， 我們在精 機械工程師 ２００８ 年第 ５ 期 ９９ 解決方案 Ｓ ＯＬＵＴＩＯＮ 工藝 ／ 工裝 ／ 診斷 ／ 檢測 ／ 維修 ／ 改造 表１ 機床 刀具 名稱 制造商 工藝參數 １｜Ｎ∈ 自然數｝） 倍 變 化 時 ， 產生明暗相間的干涉條紋 （ 圖 ３） 。 光 學 原 理 圖 見 圖 按照下式計算平面度實 ４。 際值： ＭＳＧ３２５ 美國 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 切削深度 進給量 主軸轉速 ! 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 取 λ ＝０．５５μ ） 。 ｍ 超精加工參數 切削深度 進給量 冷卻方式 干切削 面 Ａ 的 貼 合 率 允 許 在 不 大 于 １００° 總 弧 長 上 透 光 不 大 的 于 ０．０３ｍｍ； 間隙 Б應為 ０．３＋０．１ 。 ０ （ ８） 用 ００ 級 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允許滴少許油， 在標簽上打印圖號 材料牌號。 光柵平板檢查衍射條紋的相應參數， 計算實際 平面度確定是否達到 ０．００１ｍｍ。 ４ 研磨試驗 本產品在車后經用粗糙度檢查， 達到 Ｒａ０．７６ ， 符合研 使 用 粗 糙 度 檢 查 儀 檢 查 ， 當 粗 糙 度 Ｒａ 達 到 ０．２μ ｍ 時 滴 少 許 機 油 ， 繼 續(xù) 研 磨 。 終 Ｒａ 達 到 ０．１μ ， 符 合 圖 最 ｍ 紙 要 求 的 Ｒａ０．１６ ， 平 面 度 用 "１５０ 光 學 平 晶 檢 查 ， 按 公 （ （ 式 １） 計 算 ， 其 中 ａ＝２．５ｍｍ， ｂ＝２．０ｍｍ， 代 入 式 １） ， 按 照 比較法原理， 相對兩方向弦長誤差結果應為單一方向 誤差的 ２ 倍， 所以結果為： 磨要求。在 ００ 級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， 經反復研 究試驗， 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， 并用標準量塊 在開口處檢查開口兩側的端面是否處于相同平面。研磨 按如下要求進行： （ １） 首先采用干研磨， 利用胎具自身重量在平板上按 形路徑進行研磨。 “ Ｓ”

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

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

（ ４） 石墨在平板上研磨 １０ 圈以內需用脫脂棉紗仔細 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） 粗研時可用汽油或酒精清理平板， 但需等待平板 無液體殘留后再進行研磨。 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 結果符合圖紙要求的平面度 ０．００１ｍｍ。 ６

 

結 語

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 車削后研磨達到的； 平面度是依靠平板精度、 者的研磨技術保證的； 工件的實際平面度是研磨后在胎 具上用光學平晶檢驗的； 粗糙度與平面度存在關聯(lián)關系， 即控制粗糙度的過程由能否出現(xiàn)衍射條紋來反映粗糙度 水平； 密封環(huán)開口后回彈不足是依靠預先將開口加大達 到的。 脆 因此 ， 對 于 產 品 材 質 具 有 軟 、 的 特 性 ， 檢 測 時 不 能 接觸測量時， 必須通過控制工藝裝備及加工設備的精度 來保證產品的精度。 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， 機械加工與光學原理的結合， 使 對產品的檢驗手段發(fā)生了質的飛躍。科研過程及結果滿 足石墨密封環(huán)的國產化要求， 且部分指標優(yōu)于圖紙要求， 為今后石墨密封的廣泛應用打下堅實的基礎。

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