石墨密封装置制造技术研究

摘要：某机石墨密封装置是由国外进口，产品质量好，但是费用较高。该石墨密封装置结构复杂，是由三组石墨密封环、密封座、围簧、波形弹簧和垫片等组成，因此密封效果较好，使用周期长。为了满足国产化的要求，我们进行了石墨密封装置制造技术的研究。通过波形弹簧制造技术、收口技术等方面的研究，取得了突破，圆满完成了研究任务，制造出合格的石墨密封装置，在外观质量和密封性能上达到了进口件的水平。

关键词：石墨密封装置；波形弹簧；压边收口；静态泄露试验

中图分类号：TQ342+.743 文献标识码：A

1概述

通过对国外进口石墨密封装置的测绘，完成了绘制图纸、分析材料、准备材料、工装设计等工艺研究工作，解决了静态泄露试验、波形弹簧的制造、收口技术、石墨的珩磨、研磨、表面光整等问题，制造出在外观质量和密封性能都符合国外进口水平的石墨密封装置，满足了装机要求。

2研制任务

2.1任务来源

石墨密封装置是某机的密封件，由国外进口，单台数量较大，成本较高，为了降低成本，提升石墨密封制造技术，经上级批准立项研究。

2.2零件分析

从图片上看，该密封装置是由密封座、定位销、三组石墨环、围簧、垫片、波形弹簧组成，密封座上端通过收口，保证其各个零件的相对位置。每组石墨环都是由三瓣组成，石墨环分内环、外环和后环。内环是主要密封环，端面与内孔是主要密封面，对密封性能影响较大。外环是辅助密封，其内孔与内环外圆共同起密封作用，端面也起到密封作用。内环与外环用围簧箍成整圆，后环装配到内环、外环之上，在外圆处用围簧箍成整圆，起到辅助密封的作用。

2.3技术难点

2.3.1石墨密封装置零组件测绘

2.3.2密封座上端收口技术

2.3.3波形弹簧制造技术

2.3.4静态泄露试验

3技术攻关

3.1石墨密封装置零组件测绘

3.1.1零组件尺寸测绘

由于进口密封装置为收口结构，只有在破坏后才能检测零件尺寸，为了保证尺寸的真实性，在破坏前对密封座轮廓尺寸进行了检测和记录。三个石墨环零件，不能按照测量尺寸数值给定尺寸，需要一定的专业经验，确定最终的零件尺寸。利用弹力检测仪检测波形弹簧和围簧的弹力。为了保证检测零件尺寸的正确性，使用了三坐标测量仪等先进的测量仪表和仪器，通过反复的验证，确定最终零组件尺寸。

3.1.2零组件材料的确定

对于零组件金属材料进行了光谱检测，以确定材料的成分，再通过对比国产的材料手册，确定国产材料牌号。对于没有相对应国产材料的零件，按照材料成分和使用环境，确定了较好的国产材料代替。石墨材料由于工件尺寸的限制，无法进行理化分析，因此选用了近期研制出的国内最好的军用石墨材料，共确定了六种材料的牌号。

3.1.3绘制零组件图纸及工装设计

根据测绘尺寸、技术条件和选定的材料，完善了设计图纸的技术条件，并根据国家标准确定石墨环开口尺寸，共绘制设计图纸66张。根据零组件图纸编制工艺文件及设计工装，本项目共编制工艺文件54套，自行设计工装122套，其中机械加工波形弹簧工艺及工装设计、压边的工艺及工装设计、静态泄露试验工装的设计、研磨工装的设计等都是创新的成果。

3.2制造技术

3.2.1波形弹簧制造技术

波形弹簧在组件中的功能是产生轴向力，用于随时补偿轴向力，使石墨密封环端面与密封座端面保持密接，实现端面密封的性能。由于研制批量较小，因此没有选用模具冲压成型的工艺，而是采用机械加工的工艺路线（经济性考虑）。按照确定的材料，先后进行了两种材料制造波形弹簧的试验，由于两种材料的热处理过程不同，使工艺路线和工装都有所区别，共设计两套工艺和五套工装，完成了试验加工。通过对两种材料进行试验加工，最终制造出弹力、尺寸与原件相同的波形弹簧。选定材料为高温合金，其工艺路线为：毛料-切环-压型-热处理-加工内外圆-稳定热处理-弹力检测-光整加工。

3.2.2收口技术

密封座收口的目的是保证组件中每个零件的相对位置。要求收口后外观平整、圆滑转接，收口后石墨环随动性良好。对滚压收口和压边收口进行了分析和讨论，认为滚压收口质量不稳定，选用压边收口进行进一步研究。通过多次的试验加工，认为一次压边收口无法保证收口要求，确定了分两次压边收口的工艺方法。第一次压边，使压边收口成40°到50°之间，再次压边收口完成90°最终加工。这样能保证收口外观的美观，也能保证轴向尺寸的稳定。设计了12套压边收口夹具，实现在电动压力机上加工。

3.2.3泄露试验

静态泄露试验的目的是检验密封组件的密封性能。为了检验制造的石墨密封装置是否合格，泄露试验是该类零件的最终检验方法，由于没有相关具体要求，静态泄露试验的标准只有我们制定。因此通过对进口件进行多种方法的反复试验，得到稳定的试验数据，获得厂家的认可，可用于检验零件的标准。在整个工艺安排时，考虑到如果压边收口后进行，在静态泄露试验不合格的情况下，密封组件只能报废。因此把静态泄露试验提前至压边收口前。但是对静态密封试验的夹具要求提高，必须在没有压边收口时，确保石墨密封组件各个零件的位置正确。经过研究设计出可以确保零件正确位置的夹具，满足了静态密封试验的要求。

3.2.4石墨研磨

石墨密封环端面研磨的目的是提高表面粗糙度和平面度，满足密封性能的需要。按机械加工的要求，粗糙度0.2，平面度0.0009，只有进行超精加工---端面研磨保证。由于该组件的石墨密封环较小，又是双端面研磨，因此设计了分体式研磨工装。该工装的优点是保证双端面研磨质量，同时在夹具内端面磨损后也可以修复。研磨采用手动湿研法，轨迹为横向“8”字，自配研磨液。通过工艺设计较好的完成了双端面石墨密封环的研磨，保证了密封质量。

3.3结果

经过攻关组的一致努力，完成了石墨密封装置制造技术研究全部工作，静态泄露试验已经验证产品的质量。在压边收口、波形弹簧、泄露试验、研磨等方面用于创新，保证了该产品的研制。在某厂通过了动态密封试验。石墨密封装置运行150小时后（全寿命为300小时），经分解后分析，石墨环的磨损量小于0.025mm，并且是均匀磨损，进一步说明我们生产的蜜蜂装，质量可靠，选材正确，满足了装机要求。

结语

通过对关键制造技术的研究，完全掌握了收口、波形弹簧等制造技术，圆满完成了研制任务，制造出合格的石墨密封装置，在外观质量和密封性能上到达了进口件的水平，通过动态密封试验等方面的检验，满足了装机要求。

参考文献

[1]王忠志.精密研磨[M].中国计量出版社.

[2]宋正芳.碳石墨制品的性能及其应用.机械工业出版社.

[3]顾永泉.机械密封实用技术.机械工业出版社.