[发明专利]核主泵用流体动静压结合型机械密封环复杂形面加工方法

说明书

技术领域

本发明属于核主泵用流体动静压结合型机械密封环复杂形面加工技术领域，涉及机械密封环的加工，特别涉及一种由平的坝面和径向轮廓为略微倾斜直线且其倾角沿周向恒定不变的等倾波纹面构成的核主泵用流体动静压结合型机械密封环复杂形面的超精密磨削方法。

背景技术

轴封式核主泵多采用能承受高压和重载、长寿命的端面机械密封来防止具有放射性的冷却剂泄漏。在动环也可以是静环的端面外侧开设等倾波纹面的流体动静压混合型机械密封是核主泵轴密封的重要形式之一。这种密封环的端面是由平的坝面和径向轮廓为略微倾斜直线且其倾角沿周向恒定不变的等倾波纹面构成的复杂形面，坝面与等倾波纹面的相交曲线为一沿圆周方向延展的闭合波浪线。与另一平端面密封环配对使用时，在密封界面沿周向形成波纹状间隙、沿径向形成收敛间隙，其优点是由径向收敛间隙产生的流体静压效应保证停止和运转状态时密封界面之间始终存在液膜，由周向波纹状间隙产生的流体动压效应保证足够的开启力使两密封端面分离，而密封坝面增强泄漏控制能力。核主泵用流体动静压结合型机械密封环外径为300毫米左右，由高硬材料如碳化硅、氮化硅、碳化钨制成，密封坝面和等倾波纹面的面形精度要求在1～2个氦光带以内(1个氦光带长0.29微米)，表面粗糙度Ra在5纳米以内。由于等倾波纹面是一种空间自由曲面，无法采用传统磨削方法加工，而采用多轴联动数控点接触磨削时，砂轮磨损快，形状保持性差，很难获得令人满意的面形精度；气囊抛光、磁流变抛光、离子束抛光等计算机控制光学表面修形技术可实现光学曲面的高精度加工，但是加工效率较低，加工环状零件时不同程度存在着边缘效应问题，密封坝面与等倾波纹面交接处是一阶微分不连续的，精确修形极其困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核主泵用流体动静压结合型机械密封环复杂形面加工方法，能够对由平的坝面和径向轮廓为略微倾斜直线且其倾角沿周向恒定不变的等倾波纹面构成的核主泵用流体动静压结合型机械密封环复杂形面进行高面形精度和低表面粗糙度加工。

本发明的技术方案是采用回转工作台带动密封环回转，并且利用杯形砂轮的端面做恒定砂轮切削深度的微进给切入磨削。杯形砂轮直径为150～700毫米，杯形砂轮端面的工作面宽度为2～5毫米，杯形砂轮所用磨料为1000#或更细粒度的金刚石。杯形砂轮直径的平方与密封环等倾波纹面中径的平方之和等于杯形砂轮端面与杯形砂轮回转轴线交点到回转工作台回转轴线的距离2倍的平方。杯形砂轮安装在精密主轴上，该杯形砂轮绕其回转轴线做高精度回转运动，精密主轴的回转运动误差为0～0.1微米。回转工作台把待加工密封环夹持在回转工作台的中心并能带动密封环绕回转工作台的回转轴线做高精度回转运动，回转工作台的回转运动误差为0～0.1微米。杯形砂轮的端面与回转工作台相对。杯形砂轮回转轴线的方向角可以调整。杯形砂轮可沿回转工作台的回转轴线向回转工作台做微进给运动，杯形砂轮或回转工作台可沿回转工作台的回转轴线做周期性跟随运动，周期性跟随运动是回转工作台相位角的函数，周期性跟随运动使回转工作台或杯形砂轮产生的位移等于等倾波纹面与外圆周面相交曲线上与此相位角对应的点与密封坝面的距离，周期性跟随运动的运动误差为0～0.3微米。回转工作台的回转运动与周期性跟随运动可联动控制。杯形砂轮转速为500～5000转/分，回转工作台绕回转工作台的回转轴线回转，回转工作台转速为10～500转/分，杯形砂轮可沿回转工作台的回转轴线以恒定速度微进给，微进给速度为0～3微米/分，微进给运动分辨率为0～0.1微米。

首先磨削等倾波纹面，磨削等倾波纹面时杯形砂轮的回转轴线与回转工作台的回转轴线的夹角等于等倾波纹面的径向轮廓倾角；杯形砂轮与密封环的磨削接触弧线中点和杯形砂轮的端面与杯形砂轮的回转轴线交点到回转工作台面的距离相等；回转工作台绕其回转轴线等速回转；杯形砂轮绕其回转轴线等速回转；杯形砂轮或回转工作台沿回转工作台的回转轴线做周期性跟随运动，杯形砂轮沿回转工作台的回转轴线向回转工作台做微进给运动，利用杯形砂轮的端面做恒定砂轮切削深度的微进给切入磨削，直到磨削到最终尺寸为止。

在等倾波纹面加工完成后磨削密封坝面，磨削密封坝面时砂轮轴线与回转工作台轴线平行，回转工作台绕其回转轴线等速回转；杯形砂轮绕其回转轴线等速回转；杯形砂轮沿回转工作台的回转轴线向回转工作台做微进给运动，利用杯形砂轮的端面做恒定砂轮切削深度的微进给切入磨削，直到磨削到最终尺寸为止。