[发明专利]一种上游泵送机械密封环的增材制造装置

说明书

本发明公开了一种上游泵送机械密封环的增材制造装置，包括中心轴(1)、内冲液机构(2)、碳刷(3)、电镀电源(4)、工作台(5)、工件(6)、绝缘层(8)、数字伺服控制系统(9)、工具电极(10)、支撑架(12)和数据处理中心。本发明的技术方案，可以采用较大的电流密度，因此镀层增长效率快。通过控制工作台沿Z方向的移动来保证工具电极和工件之间维持在合适的距离，可以提高制造精度，可以制作形状复杂、精度要求高的流体动压槽。

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环的增材制造装置。

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环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环的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环时，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环时，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环动压槽。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。

申请人2015年申请的中国专利CN 104911657 A中公开了一种上游泵送机械密封流体动压槽的增材制造装置，该专利通过工具电极下端的海绵擦头将电镀液擦涂在工件表面实现电镀过程，但是采用海绵擦头会带来以下问题：

1.电镀液导入速度慢，所以不能进行大电流的电镀，导致镀层增长很慢。

2.在电镀过程中海绵擦头始终接触工件表面，电镀液的电解容易产生气泡，由于海绵擦头始终接触工件表面使得气泡无法有效排除，使得电镀的表面不够致密，气孔较多。

3.海绵擦头在使用过程中由于摩擦工件表面而带来较大损耗，且该损耗无法补偿，使得镀层厚度不均匀，影响了制造精度。