[发明专利]模块化电极大气等离子体加工碳化硅密封环类零件的方法

说明书

技术领域

本发明属于等离子体加工碳化硅密封环类零件的技术领域。

背景技术

随着现代科学技术的迅速发展，在核工业、石油工业、化工工业、化纤、化肥、原子能、航空航天和机械制造等工业领域中，对机械密封提出了更高的要求。

碳化硅(SiC)的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，抗氧化性强、极高的温度下有良好的尺寸稳定性、热膨胀系数低、热稳定性好。另外，碳化硅材料具有适中的密度、较高的比刚度、较好的导热系数、耐热冲击性、抗热震、各向同性的机械性能、高弹性模量和使用寿命长等特点。可用于放射性、腐蚀性、剧毒、易燃、易爆、高温、高纯、超净等诸多复杂工况条件。因而是制造密封环的理想材料。

但同时碳化硅材料硬度高，脆性大，表面的加工难度大。用传统的加工方法加工，加工过程相当耗时并且效率相当低，面型修整困难，费用高；另外加工质量不可控，加工质量一致性差；并且精度低，工具磨损非常快，磨损严重。这使得碳化硅密封环类零件的加工非常不易。

为了使密封环能起到较好的密封效果，密封环表面需要加工出微结构。在这种情况下，装配密封环时，密封环表面上存在的微结构可以弥补装配过程中产生的变形，从而起到更好的密封作用。但是这会增加加工过程算法的复杂程度和控制过程的复杂程度，增加对加工过程稳定性的要求，使得加工难度更大。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化电极大气等离子体加工碳化硅密封环类零件的方法，为了解决碳化硅密封环类零件的难加工问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种模块化电极大气等离子体加工碳化硅密封环类零件的方法，它的步骤方法是：

步骤一：将圆盘形电极架的上端面绝缘连接在龙门加工机床的竖直运动工作转轴上，圆盘形电极架的上端面上设置有多个薄片形电极模块的安装孔，当薄片形电极模块安装在圆盘形电极架上的安装孔时，薄片形电极模块与圆盘形电极架的直径所在直线共线，根据待加工碳化硅密封环类零件微结构面型的要求选择薄片形电极模块的个数；使每片薄片形电极模块都通过圆盘形电极架与射频电源的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极；圆盘形电极架上的多个出气孔都通过圆盘形电极架中心的导气孔、气管与混合等离子体气源导气连通，圆盘形电极架上的每个出气孔的出口端分别设置在每片薄片形电极模块附近；

步骤二：将待加工碳化硅密封环类零件装卡在地电极上，地电极固定在龙门加工机床的工作平台上；将地电极接地作为大气等离子体放电的阴极；将龙门加工机床设置在密闭工作舱中；

步骤三：圆盘形电极架的回转轴心线与待加工碳化硅密封环类零件的轴心线重合，使每片薄片形电极模块的下端面都靠近待加工碳化硅密封环类零件的待加工表面，并使它们之间都保持一定的放电间隙，放电间隙范围均为1mm-5mm；

步骤四：预热射频电源，预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源，混合等离子体气源包含反应气体、大气等离子体激发气体和辅助气体，使大气等离子体激发气体的流量为1升/分钟~40升/分钟，反应气体与大气等离子体激发气体的流量比为1：10~1：1000；辅助气体与反应气体的流量比为1：10~1：1；

步骤五：当每片薄片形电极模块与待加工碳化硅密封环类零件的待加工表面之间的区域内充满大气等离子体激发气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动射频电源，逐步增加射频电源的功率，使功率达到100W-400W，同时控制射频电源的反射功率为零，在射频电源工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使所有薄片形电极模块与待加工碳化硅密封环类零件的待加工表面之间的放电区域都产生稳定的等离子体放电，启动龙门加工机床的转轴转动，使圆盘形电极架做回转运动，从而带动所有薄片形电极模块绕回转轴心线做回转运动；

步骤六：根据去除量的要求，控制所有薄片形电极模块的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述产生的大气等离子体对零件表面进行加工；

步骤七：待加工完成后，关闭射频电源的电源，关闭混合等离子体气源，停止龙门加工机床的转轴转动，取出待加工碳化硅密封环类零件，对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。

本发明能对那些表面要求比较高的、加工难度比较大的、需要多个工序才能完成加工的密封环类零件表面进行先均匀的大去除、然后局部修琢的小去除、最后刻蚀微结构的高精度、高效率的加工。

本发明与现有技术相比还具有下列优点：

1.等离子体电极结构简单，电极为常见金属制成，制造简单，大气等离子体加工过程对电极的损伤很小，因此加工过程稳定可控，加工质量一致性好，费用低；