劉明銘 甕濱濱、權(quán)晉亮

（沈陽黎明航空零部件有限公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

2 研制任務(wù)

2.1 任務(wù)來源

石墨密封裝置是某機(jī)的密封件，由國外進(jìn)口，單臺(tái)數(shù)量較大，成本較高，為了降低成本，提升石墨密封制造技術(shù)，經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)立項(xiàng)研究。

圖1 石墨密封裝置剖切圖

2.2 零件分析

從圖片上看，該密封裝置是由密封座、定位銷、三組石墨環(huán)、圍簧、墊片、波形彈簧組成，密封座上端通過收口，保證其各個(gè)零件的相對(duì)位置。每組石墨環(huán)都是由三瓣組成，石墨環(huán)分內(nèi)環(huán)、外環(huán)和后環(huán)。內(nèi)環(huán)是主要密封環(huán)，端面與內(nèi)孔是主要密封面，對(duì)密封性能影響較大。外環(huán)是輔助密封，其內(nèi)孔與內(nèi)環(huán)外圓共同起密封作用，端面也起到密封作用。內(nèi)環(huán)與外環(huán)用圍簧箍成整圓，后環(huán)裝配到內(nèi)環(huán)、外環(huán)之上，在外圓處用圍簧箍成整圓，起到輔助密封的作用。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)

2.3.1 石墨密封裝置零組件測(cè)繪

2.3.2 密封座上端收口技術(shù)

2.3.3 波形彈簧制造技術(shù)

2.3.4 靜態(tài)泄露試驗(yàn)

3 技術(shù)攻關(guān)

3.1 石墨密封裝置零組件測(cè)繪

3.1.1 零組件尺寸測(cè)繪

由于進(jìn)口密封裝置為收口結(jié)構(gòu)，只有在破壞后才能檢測(cè)零件尺寸，為了保證尺寸的真實(shí)性，在破壞前對(duì)密封座輪廓尺寸進(jìn)行了檢測(cè)和記錄。三個(gè)石墨環(huán)零件，不能按照測(cè)量尺寸數(shù)值給定尺寸，需要一定的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，確定最終的零件尺寸。利用彈力檢測(cè)儀檢測(cè)波形彈簧和圍簧的彈力。為了保證檢測(cè)零件尺寸的正確性，使用了三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等先進(jìn)的測(cè)量?jī)x表和儀器，通過反復(fù)的驗(yàn)證，確定最終零組件尺寸。

3.1.2 零組件材料的確定

“昆南”陰平聲字“他”的唱調(diào)（《南西廂·佳期》【十二紅】“愛他兩意和諧”，687），其中的即為兩節(jié)型過腔。雖然這個(gè)過腔的音樂材料都相同，都來自于本唱調(diào)音階的級(jí)音，但由此組成的樂匯或句型可以分作兩節(jié)，為第一節(jié)級(jí)音性過腔，為第二節(jié)級(jí)音性過腔。這個(gè)過腔即是由同一種音樂材料組成的兩節(jié)型過腔。

對(duì)于零組件金屬材料進(jìn)行了光譜檢測(cè)，以確定材料的成分，再通過對(duì)比國產(chǎn)的材料手冊(cè)，確定國產(chǎn)材料牌號(hào)。對(duì)于沒有相對(duì)應(yīng)國產(chǎn)材料的零件，按照材料成分和使用環(huán)境，確定了較好的國產(chǎn)材料代替。石墨材料由于工件尺寸的限制，無法進(jìn)行理化分析，因此選用了近期研制出的國內(nèi)最好的軍用石墨材料，共確定了六種材料的牌號(hào)。

3.1.3 繪制零組件圖紙及工裝設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)繪尺寸、技術(shù)條件和選定的材料，完善了設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)條件，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)確定石墨環(huán)開口尺寸，共繪制設(shè)計(jì)圖紙66張。根據(jù)零組件圖紙編制工藝文件及設(shè)計(jì)工裝，本項(xiàng)目共編制工藝文件54套，自行設(shè)計(jì)工裝122套，其中機(jī)械加工波形彈簧工藝及工裝設(shè)計(jì)、壓邊的工藝及工裝設(shè)計(jì)、靜態(tài)泄露試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)、研磨工裝的設(shè)計(jì)等都是創(chuàng)新的成果。

3.2 制造技術(shù)

3.2.1 波形彈簧制造技術(shù)

波形彈簧在組件中的功能是產(chǎn)生軸向力，用于隨時(shí)補(bǔ)償軸向力，使石墨密封環(huán)端面與密封座端面保持密接，實(shí)現(xiàn)端面密封的性能。由于研制批量較小，因此沒有選用模具沖壓成型的工藝，而是采用機(jī)械加工的工藝路線（經(jīng)濟(jì)性考慮）。按照確定的材料，先后進(jìn)行了兩種材料制造波形彈簧的試驗(yàn)，由于兩種材料的熱處理過程不同，使工藝路線和工裝都有所區(qū)別，共設(shè)計(jì)兩套工藝和五套工裝，完成了試驗(yàn)加工。通過對(duì)兩種材料進(jìn)行試驗(yàn)加工，最終制造出彈力、尺寸與原件相同的波形彈簧。選定材料為高溫合金，其工藝路線為：毛料-切環(huán)-壓型-熱處理-加工內(nèi)外圓-穩(wěn)定熱處理-彈力檢測(cè)-光整加工。

3.2.2 收口技術(shù)

密封座收口的目的是保證組件中每個(gè)零件的相對(duì)位置。要求收口后外觀平整、圓滑轉(zhuǎn)接，收口后石墨環(huán)隨動(dòng)性良好。對(duì)滾壓收口和壓邊收口進(jìn)行了分析和討論，認(rèn)為滾壓收口質(zhì)量不穩(wěn)定，選用壓邊收口進(jìn)行進(jìn)一步研究。通過多次的試驗(yàn)加工，認(rèn)為一次壓邊收口無法保證收口要求，確定了分兩次壓邊收口的工藝方法。第一次壓邊，使壓邊收口成40°到50°之間，再次壓邊收口完成90°最終加工。這樣能保證收口外觀的美觀，也能保證軸向尺寸的穩(wěn)定。設(shè)計(jì)了12套壓邊收口夾具，實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)壓力機(jī)上加工。

3.2.3 泄露試驗(yàn)

靜態(tài)泄露試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)密封組件的密封性能。為了檢驗(yàn)制造的石墨密封裝置是否合格，泄露試驗(yàn)是該類零件的最終檢驗(yàn)方法，由于沒有相關(guān)具體要求，靜態(tài)泄露試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)只有我們制定。因此通過對(duì)進(jìn)口件進(jìn)行多種方法的反復(fù)試驗(yàn)，得到穩(wěn)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得廠家的認(rèn)可，可用于檢驗(yàn)零件的標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)工藝安排時(shí)，考慮到如果壓邊收口后進(jìn)行，在靜態(tài)泄露試驗(yàn)不合格的情況下，密封組件只能報(bào)廢。因此把靜態(tài)泄露試驗(yàn)提前至壓邊收口前。但是對(duì)靜態(tài)密封試驗(yàn)的夾具要求提高，必須在沒有壓邊收口時(shí)，確保石墨密封組件各個(gè)零件的位置正確。經(jīng)過研究設(shè)計(jì)出可以確保零件正確位置的夾具，滿足了靜態(tài)密封試驗(yàn)的要求。

3.2.4 石墨研磨

石墨密封環(huán)端面研磨的目的是提高表面粗糙度和平面度，滿足密封性能的需要。按機(jī)械加工的要求，粗糙度0.2，平面度0.0009，只有進(jìn)行超精加工---端面研磨保證。由于該組件的石墨密封環(huán)較小，又是雙端面研磨，因此設(shè)計(jì)了分體式研磨工裝。該工裝的優(yōu)點(diǎn)是保證雙端面研磨質(zhì)量，同時(shí)在夾具內(nèi)端面磨損后也可以修復(fù)。研磨采用手動(dòng)濕研法，軌跡為橫向“8”字，自配研磨液。通過工藝設(shè)計(jì)較好的完成了雙端面石墨密封環(huán)的研磨，保證了密封質(zhì)量。

圖2 分體式研磨工裝示意圖

3.3 結(jié)果

經(jīng)過攻關(guān)組的一致努力，完成了石墨密封裝置制造技術(shù)研究全部工作，靜態(tài)泄露試驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證產(chǎn)品的質(zhì)量。在壓邊收口、波形彈簧、泄露試驗(yàn)、研磨等方面用于創(chuàng)新，保證了該產(chǎn)品的研制。在某廠通過了動(dòng)態(tài)密封試驗(yàn)。石墨密封裝置運(yùn)行150小時(shí)后（全壽命為300小時(shí)），經(jīng)分解后分析，石墨環(huán)的磨損量小于0.025mm，并且是均勻磨損，進(jìn)一步說明我們生產(chǎn)的蜜蜂裝，質(zhì)量可靠，選材正確，滿足了裝機(jī)要求。

結(jié)語

通過對(duì)關(guān)鍵制造技術(shù)的研究，完全掌握了收口、波形彈簧等制造技術(shù)，圓滿完成了研制任務(wù)，制造出合格的石墨密封裝置，在外觀質(zhì)量和密封性能上到達(dá)了進(jìn)口件的水平，通過動(dòng)態(tài)密封試驗(yàn)等方面的檢驗(yàn)，滿足了裝機(jī)要求。

[1]王忠志.精密研磨[M].中國計(jì)量出版社.

[2]宋正芳.碳石墨制品的性能及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.