石墨涨圈密封圈性工艺技术

石墨涨圈密封圈性工艺技术

摘要：近年来，石墨密封圈作为最为先进的密封形式之一，被用于了航空发动机中，一般情况下。它会被用于航空发动机涡轮机转子上，再通过端面和外圈实现气油密封的操作。石墨本身具有重量轻、化学稳定性高、耐高温等诸多优点。但是在石墨密封圈属于金属涨圈类零件。在加工方面的要求极高。因此，本文将对石墨涨圈密封圈性工艺技术做一个简要的概括与分析。

关键词：石墨涨圈 密封圈 工艺技术

0、引言

石墨密封加工项目的出现，成功地填补了国内石墨密封超精加工项目的空白。石墨密封环加工的研究内容包括：工艺方案的确定；机床的选择；刀具的开发；切削参数的确定和整体产品的确定以及竣工后检查测量的方式。下面将对工艺难点和流程进行详尽的介绍。

1、简要说明情况

1.1石墨密封圈的结构分析

石墨密封圈对于其尺寸、表面粗糙度、形位公差等要求都较为严格。具体要求为：外圆尺寸公差要在0.02范围内。粗糙度要求Ra0.2,圆柱度0.005.起到端面密封作用的端面粗糙度的要求为Ra0.1。对于平面度是要求则为0.00006.除此之外，有很多处都要求要形成尖端。这样的加工难度将会十分的大。

1.2石墨密封圈材料的简介

石墨材料具有许多的优点，主要体现在软化性能、耐磨性能、加工性能等方面。在机械密封领域。它作为机械密结构材料的一种被广泛地应用在了许多领域。在一般情况下，都会采用合成润滑油作为石墨密封的介质。

1.3石墨密封圈的阐述

石墨密封圈一般是在汽轮机转子上采用前端面和外圈进行气油密封，零件的工作环境为：浮油8A/压缩空气；压力：0.46MPa；摩擦对材料。40CrNiMoA/1Cr12Ni3MoVN；滑动速度：3600r/min；温度：280℃（压缩空气的温度，不考虑摩擦产生的热量）。

2、与工艺有关的难点

( 1 )对于该密封环的形状和位置的要求十分的高。如图1所示，要求两端的粗糙度为Ra0.16，在心轴上检查元件B和B1的粗糙度。表面不平整度不超过0.001mm。

(2)打开密封圈后回位弹簧不足(GH2136的密封圈也有此问题)。

( 3 )在测量方法上，材料软而脆，接触时无法测量。

( 4 )不能用工具或磨料进行研磨操作。

3、流程

图1中，在自由状态时，Б的开口为5mm，工作状态下为0.30mm，夹紧状态下为0.5mm。为了解决上述难题，我们在精加工过程中采用了高精度的仪器--MSG325车床进行车削操作、磨削用00级板，检验用光学平晶，利用比较原理和光学原理来对平面度进行计算和比较。下面以燃气和汽轮机油封的石墨密封圈为例进行阐述。

( 1 ) 坯料的X射线检查，试样的机械性能和化学性能的检查，

( 2 )车削：按自由状态下密封圈的尺寸进行粗车，内孔两侧各留2mm的间隙，外圆两侧各留1mm间隙。

(3)铣削：检查铣刀偏心率不大于0.02，并对准Б=5+0.050mm的开口，将夹子修平。

( 4 )车削：用技术卡盘夹住工件，将轴对准夹住的工件。将零件夹在轴上，用卡盘夹住零件，将0.05+0.050的密封圈固定在开口处。对齐内外圈和1毫米深的槽。端面两边各留一小块空间。

( 5 )加工20个R3.6槽，钻20个孔。

( 6 )车床：本工序采用美国精密车床MSG325。按图2所示图纸加工轮胎架。法兰孔是用来将轮胎夹紧时，将轮胎紧固在机器上的。

①将轮胎紧固在机器上。

在顶部，根据产品的直径调整轮胎定位环的外径。(261- 12.75×2)=235.5+0.010，并将托架的一端对准产品孔。

②将石墨放在载体上，将零件端部对准载体端部，将密封圈放在开口处.

③取下夹具，旋转并对准另一侧，如步骤（二）所示。此过程的参数如表1所示。

( 7 )将圆环插入0.261+0.0320试验套筒中。

4、耐磨试验

车削后，检查产品的粗糙度，得到Ra0.76，则符合磨削要求。工件安装要在00级平板上的硬质铝合金支架上进行，但由于密封圈是敞开的，导致磨削有一定困难。经过反复研究和实验，决定将该部件安装在轮胎上，在利用带子保证大面积的平面的前提下拧紧夹子固定螺丝，用标准块在开口处检查开口两侧是否在同一平面上。具体的研磨的方法如下：

( 1 )先进行干研磨，靠自身重量将砂轮压在平板上。并按“S”形路径进行研磨。

( 2 )研磨是在恒温的室内进行的。操作人员应当衣着整洁，避免粗纤维的掉落从而进入工作间。 

( 3 )操作室温度为20℃，热源不宜高于3个，以免板件变形。

( 4 )在板材上研磨石墨10圈以内，用棉线擦拭板材和工件表面，防止其脱落造成石墨颗粒磨损工件和板材表面。

( 5 )粗加工时用汽油或酒精清洗板子，但要等板子上没有液体时再清洗。

（6）粗、精磨过程中，不要接触工件的磨削表面，避免残留油脂；不要用手触摸磨盘表面，避免因过热而造成局部硬化。

( 7 )磨完一面后转身，用同样的方法拧紧，再磨另一面。

( 8 )用00级砂盘对B、B1表面进行打磨，不允许使用磨料，在砂盘上打磨抛光时。允许滴一点油，并在标签上打印图号和材料质量。检查光栅盘的衍射带的相应参数，计算实际平整度，判断是否达到0.001mm。

5、检查测量

由于光的均匀性和单向性，当一个平面被光栅检测到时，从工件表面和平面光学晶体下表面反射的光线将会在平晶的下表面产生干涉条纹。当晶体底面与工件表面的间隙是可见光波长的1/4的奇数倍时，平面晶体的底面就会出现干扰边缘。另一方面，当间隙是光波长的1/4的偶数倍时，光会更强。也就是说，当平面从1/4波长到1/4波长n( n={ 0，2N+1|N∈自然数}) 倍变化时, 产生明暗相间的干涉条纹。

使用粗糙度测试仪，当粗糙度Ra达到0.2μm时，继续加一点油进行磨削。最终Ra达到0.1μm，根据图纸对应Ra0.16，平面度用150光学平晶检查，由式（1）计算，其中a=2.5mm，b=2.0mm，代入式（1），根据比较法原理，两个相对方向的弦长误差应是单一方向误差的

6、外圆的研磨

如果研磨的工序分类，那么可以大致的分为两大类，一类是粗研磨，一类是细研磨。当进行研磨的零件大小有所不同时，研磨加工的余量也有所不同。在一般情况下，余量为0.03-0.08mm.在研磨的过程中。零件会相对与磨套进行旋转。与此同时，操作者也会对机床进行操作，让机床上下运动。从而实现螺旋线式研磨运动轨迹。

7、结束语

平行度由车床精度保证；表面粗糙度由车后磨削实现；平面度由平板精度实现。工件的实际平面度可以通过磨后轮胎上的光学平坦度来验证；粗糙度与平面度相关，即通过衍射线的有无来反映控制粗糙度；密封圈开封后回弹不足是通过提前放大开封口来实现的。

因此，由于产品材料较软或较脆，在检测过程中无法触及，所以就需要通过工艺设备的控制，加工设备的精度来保证产品的精度。以上工艺解决了石墨密封圈的问题。

通过高精度加工、机械加工和光学原理的结合，实现了产品检测设备的质的飞跃。 研究的过程和结果符合石墨垫片的位置要求，设计了一些指标，并且高过了图纸的要求。这是未来石墨垫片发展的一大优势。 也为其广泛应用奠定了坚实的基础。

参考文献：

【1】 瓮滨滨，石墨涨圈机械加工及密封试验工艺技术研究[J],商品与质量，2019（345）：8

【2】 刘明铭，石墨密封环车削工艺研究[J],工业技术，2013（11）：120

【3】 刘明铭，瓮滨滨，权晋亮，石墨密封装置制造技术研究[J],高新技术，2012（21）：22

【4】 赵立海，来庆秀，石墨密封环精密加工工艺研究[J],解决方案，2008（5）：99-100