[发明专利]上游泵送机械密封流体动压槽的增材制造装置

说明书

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体地，涉及一种上游泵送机械密封流体动压槽的增材制造装置。

背景技术

上游泵送机械密封是一种流体润滑的非接触式机械密封，可实现密封介质的零泄漏甚至零逸出、彻底消除对环境的污染，具有磨损少、发热小、使用寿命长、运行维护费用低、经济效益明显等优点，特别适用于高温、高压、易汽化、高危险及高污染性等难密封场合，可替代普通的接触式双端面密封，具有广阔的应用前景。密封环上的流体动压槽是影响上游泵送机械密封使用性能的关键部件，其槽形结构复杂，且加工精度和表面质量要求高(槽深精度<1μm，槽底面和槽顶面的表面粗糙度Ra<0.1μm，平面度<0.9μm，各槽在密封端面上的位置精度<1μm)，为了提高密封的使用寿命，国内外多采用金属基陶瓷或硬质合金等制作密封环，它们都具有很高的硬度，很强的耐磨性和耐腐蚀性。复杂的端面形貌结构、较高的加工精度要求以及难加工材料的应用给上游泵送机械密封的加工带来了很大的困难，是影响其推广应用的关键因素。

目前国内外常用的上游泵送机械密封加工方法主要有电火花加工、激光加工、喷砂法、化学蚀刻、光化学腐蚀等减材制造方法。

电火花加工是利用工具电极和动压槽之间放电时产生的高温高压作用，将动压槽内待去除的材料蚀刻掉，该方法要求放电间隙内的电介质均一且性能稳定、工具电极端面与密封环端面保持较高的平行度，才能获得均匀放电的效果，否则难以保证各槽的槽深。此外，该方法加工上游泵送机械密封时，要制作与动压槽形状一致的工具电极端面，存在加工效率低、加工成本高、加工表面易产生微裂纹降低材料强度等问题，同时，加工过程中工具电极和动压槽工件的二次放电现象还会使得动压槽边缘不齐，影响其使用性能。

激光加工是一种瞬时局部熔化和气化的热加工，加工上游泵送机械密封时，其加工表面易存在微裂纹、变质层以及热影响区等缺陷，同时易造成动压槽的边缘不齐。

喷砂法首先要制造喷砂掩膜，掩膜上开孔的图案与动压槽结构相同。当掩膜置于密封件端面上时，端面上动压槽以外的部位被盖住，露出部位的材料被高能喷砂去除，形成一定深度的动压槽。该方法存在的问题是制造精度较低、加工的动压槽边缘不齐、尖角等精细部位的失真严重、截面槽形较差、喷砂面粗糙等，这些都会影响槽线的流体动压效果及密封特性。

化学蚀刻是利用化学腐蚀液对上游泵送机械密封环进行腐蚀刻槽。光化学腐蚀法是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，经曝光，显影，涂保护层，再在蚀刻液中浸蚀，以得到所需的上游泵送机械密封动压槽。化学蚀刻和光化学腐蚀不易加工材质均一性差的金属基陶瓷或硬质合金，且难以加工出高形状精度的槽形。

目前国内外常用的上游泵送机械密封流体动压槽的加工装置，其工作原理均是基于上述减材制造方法，普遍存在加工成本高、质量差、效率低和废品率高等缺陷，用于上游泵送机械密封流体动压槽的增材制造装置，目前国内外尚未见报道。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种上游泵送机械密封流体动压槽的增材制造装置，该制造装置采用逐层生长的方法增材制造上游泵送机械密封流体动压槽，可解决上游泵送机械密封的加工难题，提高上游泵送机械密封的使用寿命、降低其加工成本。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

上游泵送机械密封流体动压槽的增材制造装置，包括：主轴系统、储液箱、镀液、工具电极、海绵擦头、绝缘隔套、工作台、电镀电源、弹簧、数字控制系统；其中：主轴系统连接在机床上，主轴系统的下端通过螺栓连接储液箱，储液箱内部装有镀液，储液箱下端的外部设有外螺纹，储液箱通过外部螺纹连接管状工具电极，工具电极下端抵有海绵擦头，工具电极和海绵擦头的外部套有同轴的绝缘隔套，弹簧套设在工具电极的外部，弹簧的上下两端分别抵靠在储液箱的底面和绝缘隔套的顶面；工件安装工作台上，工件、工具电极分别与电镀电源的负极和正极相连接，数字控制系统与主轴系统、工作台相连。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、采用逐层生长的方法增材制造上游泵送机械密封流体动压槽，不受密封环槽型结构和材料的限制，制造过程中易控制增长表面的尺寸、形状和位置精度，能够制造出性能优于金属环基体的流体动压槽，克服了传统的减材制造方法存在的难以保证槽底和槽顶面的表面粗糙度、平面度等问题。

2、通过控制工件的移动轨迹制造出形状复杂的流体动压槽，避免了掩膜的制作，降低了加工成本。