石墨漲圈機(jī)械加工及密封試驗(yàn)工藝技術(shù)研究

甕濱濱

沈陽(yáng)黎明航空零部件制造有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110043

某新型發(fā)動(dòng)機(jī)采用了漲圈形式的石墨密封環(huán)，其加工難度很大。經(jīng)過(guò)工藝人員對(duì)零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求的分析，認(rèn)為在零件開口加工、研磨、珩磨及泄漏試驗(yàn)等方面存在較大的加工難度，需要工藝上合理安排加工路線，細(xì)化加工方法，同時(shí)需要設(shè)計(jì)出專用夾具、測(cè)具，用以保證零件的加工

1 零件結(jié)構(gòu)及材料

1.1 密封組件結(jié)構(gòu)分析

石墨密封組件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由上下兩層石墨密封環(huán)、前后擋環(huán)、內(nèi)外襯套及波簧組件等單件組成。其中上游石墨密封環(huán)與前擋環(huán)、下游石墨密封環(huán)與后擋環(huán)形成兩組端面密封副，上、下游石墨密封環(huán)與外襯套形成徑向密封副，共同完成組件的密封功能[1]。

1.2 石墨密封環(huán)零件結(jié)構(gòu)分析

石墨密封環(huán)的尺寸、表面粗糙度、形位公差要求都很嚴(yán)格，其中起到徑向密封作用的外圓尺寸公差在0．02以內(nèi)，粗糙度要求Ra0．2，圓柱度0．005。起到端面密封作用的端面粗糙度要求Ra0．1，平面度要求0．0006。并且有多處要求保持尖邊，加工難度較大[2]。

圖1 上游石墨密封環(huán)

1.3 石墨密封環(huán)材料介紹（M211W）

石墨材料具有獨(dú)特的自潤(rùn)滑性能、良好的耐磨性能和良好的加工性能，在機(jī)械密封領(lǐng)域，作為機(jī)械密封結(jié)構(gòu)材料得到應(yīng)用廣泛。石墨密封的介質(zhì)，一般為合成潤(rùn)滑油。

2 工藝路線

通過(guò)對(duì)碳石墨密封環(huán)的分析、研究，考慮到石墨材料的特殊性，結(jié)合以往對(duì)加工石墨密封環(huán)的經(jīng)驗(yàn)，最終確定了以下的加工路線：

粗車、平磨兩端面、X光檢查、切開口、修開口、半精車內(nèi)孔、半精車外圓、銑端面槽、銑外圓槽、平磨兩端面、精車內(nèi)孔、精車外圓、中間檢驗(yàn)、粗研端面、粗珩磨外圓、精珩磨外圓、精研端面、浸油、泄漏試驗(yàn)[3]。

3 加工技術(shù)難點(diǎn)

3.1 粗加工余量的確定

石墨材料毛料狀態(tài)一般為管料，粗加工時(shí)切成單個(gè)環(huán)形件，然后進(jìn)行開口加工，合并開口間隙到工作狀態(tài)間隙后進(jìn)行精加工，因此確定粗加工尺寸成為加工的關(guān)鍵。若粗加工余量留的過(guò)大合并后容易造成密封環(huán)的折斷。若留的余量過(guò)小，切開口后合并精加工會(huì)有一部分加工余量不夠，影響零件的圓度。根據(jù)漲圈類零件粗加工的經(jīng)驗(yàn)公式：粗加工外圓尺寸=精加工后外圓尺寸（設(shè)計(jì)要求尺寸）+（2Δ/3π+Δ/6）+Z；粗加工內(nèi)孔尺寸=精加工后內(nèi)孔尺寸（設(shè)計(jì)要求尺寸）+2Δ/3π-Z，其中Δ為自由開口與工作開口之差，Z為工藝要留的加工余量。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到粗加工外圓尺寸為φ43．778mm，粗加工內(nèi)孔尺寸為φ43．778mm。

3.2 研磨加工

零件的密封端面粗糙度要求Ra0．1，平面度為0．0006，精度非常高，需要通過(guò)研磨來(lái)保證設(shè)計(jì)的要求。石墨密封環(huán)的端面是密封面，對(duì)零件密封起關(guān)鍵作用，因此研磨也成為此零件加工的重中之重[4]。

（1）研磨的加工過(guò)程。零件的粗研磨：將零件裝配到研磨夾具中，在研磨平臺(tái)上滴少許酒精，將研磨夾具及零件放到研磨平臺(tái)上進(jìn)行循環(huán)的螺旋狀運(yùn)動(dòng)，兩手作用到夾具上的力要均勻，注意勤擦平臺(tái)，粗研需要去除大部分研磨余量。

零件的精研磨：待研磨余量基本去除時(shí)，對(duì)零件進(jìn)行無(wú)液體研磨（不加酒精），提高表面光潔度。零件研磨完成后，用干凈的紗布擦拭干凈[5]。

（2）研磨工序的檢測(cè)。粗糙度的檢測(cè)：零件的端面粗糙度一般采用對(duì)比樣塊進(jìn)行檢測(cè)，也可以用粗糙度檢測(cè)儀進(jìn)行，利用粗糙度檢測(cè)儀檢測(cè)時(shí)需要多點(diǎn)測(cè)量，取最大值。

平面度的檢測(cè)：要求如此之高的平面度，生產(chǎn)上一般采用光學(xué)平晶進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)光的同一性和單向性，用光柵檢測(cè)平面時(shí)，零件表面與光學(xué)平晶下表面的反射光線將在平晶的下表面產(chǎn)生干涉條紋。檢測(cè)人員根據(jù)干涉條紋形成的圖像來(lái)判斷平面度是否合格。

3.3 零件外圓的珩磨

零件的外圓需要與外襯套的內(nèi)孔組成密封副，是實(shí)現(xiàn)零件密封的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)對(duì)其要求也十分嚴(yán)格。其中粗糙度要求為Ra0．2，圓柱度為0．005，需要通過(guò)珩磨實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

珩磨工序分為粗珩磨和精珩磨，根據(jù)零件大小不同，珩磨加工的余量也有所不同，一般為0．03-0．08mm。珩磨過(guò)程中零件隨珩磨頭相對(duì)珩磨套進(jìn)行周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)操作者操作機(jī)床上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)螺旋線式珩磨運(yùn)動(dòng)軌跡。機(jī)床轉(zhuǎn)速：30n/min-40n/min；珩磨頭上下運(yùn)動(dòng)速度：16．6mm/s-50mm/s

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)解決開口加工、研磨、珩磨及泄漏試驗(yàn)等技術(shù)難點(diǎn)，我們初步的掌握此類零件的加工特點(diǎn)。通過(guò)實(shí)際加工驗(yàn)證，石墨密封環(huán)的加工路線安排合理，零件的尺寸、形位公差、粗糙度滿足了設(shè)計(jì)要求，零件的回彈性良好，能夠保證零件的密封效果，為最終的批生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在今后的工作中，我們還需要不斷地探索新的工藝方法，對(duì)碳石墨密封環(huán)類零件加工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探索，以滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步提高性能、改進(jìn)和發(fā)展密封技術(shù)的需要。