石墨密封裝置制造技術研究

劉明銘 甕濱濱、權晉亮

（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

2.1 任務來源

石墨密封裝置是某機的密封件，由國外進口，單臺數量較大，成本較高，為了降低成本，提升石墨密封制造技術，經上級批準立項研究。

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、圍簧、墊片、波形彈簧組成，密封座上端通過收口，保證其各個零件的相對位置。每組石墨環都是由三瓣組成，石墨環分內環、外環和后環。內環是主要密封環，端面與內孔是主要密封面，對密封性能影響較大。外環是輔助密封，其內孔與內環外圓共同起密封作用，端面也起到密封作用。內環與外環用圍簧箍成整圓，后環裝配到內環、外環之上，在外圓處用圍簧箍成整圓，起到輔助密封的作用。

2.3 技術難點

2.3.1 石墨密封裝置零組件測繪

2.3.2 密封座上端收口技術

2.3.3 波形彈簧制造技術

2.3.4 靜態泄露試驗

3 技術攻關

3.1 石墨密封裝置零組件測繪

3.1.1 零組件尺寸測繪

由于進口密封裝置為收口結構，只有在破壞后才能檢測零件尺寸，為了保證尺寸的真實性，在破壞前對密封座輪廓尺寸進行了檢測和記錄。三個石墨環零件，不能按照測量尺寸數值給定尺寸，需要一定的專業經驗，確定最終的零件尺寸。利用彈力檢測儀檢測波形彈簧和圍簧的彈力。為了保證檢測零件尺寸的正確性，使用了三坐標測量儀等先進的測量儀表和儀器，通過反復的驗證，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（《南西廂·佳期》【十二紅】“愛他兩意和諧”，687），其中的即為兩節型過腔。雖然這個過腔的音樂材料都相同，都來自于本唱調音階的級音，但由此組成的樂匯或句型可以分作兩節，為第一節級音性過腔，為第二節級音性過腔。這個過腔即是由同一種音樂材料組成的兩節型過腔。

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

3.1.3 繪制零組件圖紙及工裝設計

根據測繪尺寸、技術條件和選定的材料，完善了設計圖紙的技術條件，并根據國家標準確定石墨環開口尺寸，共繪制設計圖紙66張。根據零組件圖紙編制工藝文件及設計工裝，本項目共編制工藝文件54套，自行設計工裝122套，其中機械加工波形彈簧工藝及工裝設計、壓邊的工藝及工裝設計、靜態泄露試驗工裝的設計、研磨工裝的設計等都是創新的成果。

3.2 制造技術

3.2.1 波形彈簧制造技術

波形彈簧在組件中的功能是產生軸向力，用于隨時補償軸向力，使石墨密封環端面與密封座端面保持密接，實現端面密封的性能。由于研制批量較小，因此沒有選用模具沖壓成型的工藝，而是采用機械加工的工藝路線（經濟性考慮）。按照確定的材料，先后進行了兩種材料制造波形彈簧的試驗，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別，共設計兩套工藝和五套工裝，完成了試驗加工。通過對兩種材料進行試驗加工，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-壓型-熱處理-加工內外圓-穩定熱處理-彈力檢測-光整加工。

3.2.2 收口技術

密封座收口的目的是保證組件中每個零件的相對位置。要求收口后外觀平整、圓滑轉接，收口后石墨環隨動性良好。對滾壓收口和壓邊收口進行了分析和討論，認為滾壓收口質量不穩定，選用壓邊收口進行進一步研究。通過多次的試驗加工，認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定。設計了12套壓邊收口夾具，實現在電動壓力機上加工。

3.2.3 泄露試驗

靜態泄露試驗的目的是檢驗密封組件的密封性能。為了檢驗制造的石墨密封裝置是否合格，泄露試驗是該類零件的最終檢驗方法，由于沒有相關具體要求，靜態泄露試驗的標準只有我們制定。因此通過對進口件進行多種方法的反復試驗，得到穩定的試驗數據，獲得廠家的認可，可用于檢驗零件的標準。在整個工藝安排時，考慮到如果壓邊收口后進行，在靜態泄露試驗不合格的情況下，密封組件只能報廢。因此把靜態泄露試驗提前至壓邊收口前。但是對靜態密封試驗的夾具要求提高，必須在沒有壓邊收口時，確保石墨密封組件各個零件的位置正確。經過研究設計出可以確保零件正確位置的夾具，滿足了靜態密封試驗的要求。

3.2.4 石墨研磨

石墨密封環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。按機械加工的要求，粗糙度0.2，平面度0.0009，只有進行超精加工---端面研磨保證。由于該組件的石墨密封環較小，又是雙端面研磨，因此設計了分體式研磨工裝。該工裝的優點是保證雙端面研磨質量，同時在夾具內端面磨損后也可以修復。研磨采用手動濕研法，軌跡為橫向“8”字，自配研磨液。通過工藝設計較好的完成了雙端面石墨密封環的研磨，保證了密封質量。

圖2 分體式研磨工裝示意圖

3.3 結果

經過攻關組的一致努力，完成了石墨密封裝置制造技術研究全部工作，靜態泄露試驗已經驗證產品的質量。在壓邊收口、波形彈簧、泄露試驗、研磨等方面用于創新，保證了該產品的研制。在某廠通過了動態密封試驗。石墨密封裝置運行150小時后（全壽命為300小時），經分解后分析，石墨環的磨損量小于0.025mm，并且是均勻磨損，進一步說明我們生產的蜜蜂裝，質量可靠，選材正確，滿足了裝機要求。

結語

通過對關鍵制造技術的研究，完全掌握了收口、波形彈簧等制造技術，圓滿完成了研制任務，制造出合格的石墨密封裝置，在外觀質量和密封性能上到達了進口件的水平，通過動態密封試驗等方面的檢驗，滿足了裝機要求。

[1]王忠志.精密研磨[M].中國計量出版社.

[2]宋正芳.碳石墨制品的性能及其應用.機械工業出版社.

[3]顧永泉.機械密封實用技術.機械工業出版社.