上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置。該裝置包括：主軸系統(tǒng)、儲(chǔ)液箱、鍍液、工具電極、海綿擦頭、絕緣隔套、工作臺(tái)、電鍍電源、彈簧、數(shù)字控制系統(tǒng)；其中：主軸系統(tǒng)分別與機(jī)床和儲(chǔ)液箱相連接，儲(chǔ)液箱內(nèi)裝有鍍液，儲(chǔ)液箱通過其下端的外螺紋連接工具電極，工具電極下端抵有海綿擦頭，工具電極和海綿擦頭的外部套有同軸的絕緣隔套，彈簧套設(shè)在工具電極的外部；工件、工具電極分別與電鍍電源的負(fù)極和正極相連，數(shù)字控制系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)、工作臺(tái)相連。本發(fā)明專利技術(shù)采用逐層生長的方法通過控制工件的移動(dòng)軌跡增材制造上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽，不受密封環(huán)槽型結(jié)構(gòu)的限制，不需制作掩膜，加工成本較低。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置
本專利技術(shù)屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置。
技術(shù)介紹
上游泵送機(jī)械密封是一種流體潤滑的非接觸式機(jī)械密封，可實(shí)現(xiàn)密封介質(zhì)的零泄漏甚至零逸出、徹底消除對(duì)環(huán)境的污染，具有磨損少、發(fā)熱小、使用壽命長、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高溫、高壓、易汽化、高危險(xiǎn)及高污染性等難密封場(chǎng)合，可替代普通的接觸式雙端面密封，具有廣闊的應(yīng)用前景。密封環(huán)上的流體動(dòng)壓槽是影響上游泵送機(jī)械密封使用性能的關(guān)鍵部件，其槽形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且加工精度和表面質(zhì)量要求高(槽深精度<1μm，槽底面和槽頂面的表面粗糙度Ra<0.1μm，平面度<0.9μm，各槽在密封端面上的位置精度<1μm)，為了提高密封的使用壽命，國內(nèi)外多采用金屬基陶瓷或硬質(zhì)合金等制作密封環(huán)，它們都具有很高的硬度，很強(qiáng)的耐磨性和耐腐蝕性。復(fù)雜的端面形貌結(jié)構(gòu)、較高的加工精度要求以及難加工材料的應(yīng)用給上游泵送機(jī)械密封的加工帶來了很大的困難，是影響其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前國內(nèi)外常用的上游泵送機(jī)械密封加工方法主要有電火花加工、激光加工、噴砂法、化學(xué)蝕刻、光化學(xué)腐蝕等減材制造方法。電火花加工是利用工具電極和動(dòng)壓槽之間放電時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓作用，將動(dòng)壓槽內(nèi)待去除的材料蝕刻掉，該方法要求放電間隙內(nèi)的電介質(zhì)均一且性能穩(wěn)定、工具電極端面與密封環(huán)端面保持較高的平行度，才能獲得均勻放電的效果，否則難以保證各槽的槽深。此外，該方法加工上游泵送機(jī)械密封時(shí)，要制作與動(dòng)壓槽形狀一致的工具電極端面，存在加工效率低、加工成本高、加工表面易產(chǎn)生微裂紋降低材料強(qiáng)度等問題，同時(shí)，加工過程中工具電極和動(dòng)壓槽工件的二次放電現(xiàn)象還會(huì)使得動(dòng)壓槽邊緣不齊，影響其使用性能。激光加工是一種瞬時(shí)局部熔化和氣化的熱加工，加工上游泵送機(jī)械密封時(shí)，其加工表面易存在微裂紋、變質(zhì)層以及熱影響區(qū)等缺陷，同時(shí)易造成動(dòng)壓槽的邊緣不齊。噴砂法首先要制造噴砂掩膜，掩膜上開孔的圖案與動(dòng)壓槽結(jié)構(gòu)相同。當(dāng)掩膜置于密封件端面上時(shí)，端面上動(dòng)壓槽以外的部位被蓋住，露出部位的材料被高能噴砂去除，形成一定深度的動(dòng)壓槽。該方法存在的問題是制造精度較低、加工的動(dòng)壓槽邊緣不齊、尖角等精細(xì)部位的失真嚴(yán)重、截面槽形較差、噴砂面粗糙等，這些都會(huì)影響槽線的流體動(dòng)壓效果及密封特性。化學(xué)蝕刻是利用化學(xué)腐蝕液對(duì)上游泵送機(jī)械密封環(huán)進(jìn)行腐蝕刻槽。光化學(xué)腐蝕法是先在被刻槽的工件上涂以感光膠膜，然后將事先準(zhǔn)備好的底片放于其上，經(jīng)曝光，顯影，涂保護(hù)層，再在蝕刻液中浸蝕，以得到所需的上游泵送機(jī)械密封動(dòng)壓槽。化學(xué)蝕刻和光化學(xué)腐蝕不易加工材質(zhì)均一性差的金屬基陶瓷或硬質(zhì)合金，且難以加工出高形狀精度的槽形。目前國內(nèi)外常用的上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的加工裝置，其工作原理均是基于上述減材制造方法，普遍存在加工成本高、質(zhì)量差、效率低和廢品率高等缺陷，用于上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置，目前國內(nèi)外尚未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本專利技術(shù)提供一種上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置，該制造裝置采用逐層生長的方法增材制造上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽，可解決上游泵送機(jī)械密封的加工難題，提高上游泵送機(jī)械密封的使用壽命、降低其加工成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用下述方案：上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置，包括：主軸系統(tǒng)、儲(chǔ)液箱、鍍液、工具電極、海綿擦頭、絕緣隔套、工作臺(tái)、電鍍電源、彈簧、數(shù)字控制系統(tǒng)；其中：主軸系統(tǒng)連接在機(jī)床上，主軸系統(tǒng)的下端通過螺栓連接儲(chǔ)液箱，儲(chǔ)液箱內(nèi)部裝有鍍液，儲(chǔ)液箱下端的外部設(shè)有外螺紋，儲(chǔ)液箱通過外部螺紋連接管狀工具電極，工具電極下端抵有海綿擦頭，工具電極和海綿擦頭的外部套有同軸的絕緣隔套，彈簧套設(shè)在工具電極的外部，彈簧的上下兩端分別抵靠在儲(chǔ)液箱的底面和絕緣隔套的頂面；工件安裝工作臺(tái)上，工件、工具電極分別與電鍍電源的負(fù)極和正極相連接，數(shù)字控制系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)、工作臺(tái)相連。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)具有如下有益效果：1、采用逐層生長的方法增材制造上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽，不受密封環(huán)槽型結(jié)構(gòu)和材料的限制，制造過程中易控制增長表面的尺寸、形狀和位置精度，能夠制造出性能優(yōu)于金屬環(huán)基體的流體動(dòng)壓槽，克服了傳統(tǒng)的減材制造方法存在的難以保證槽底和槽頂面的表面粗糙度、平面度等問題。2、通過控制工件的移動(dòng)軌跡制造出形狀復(fù)雜的流體動(dòng)壓槽，避免了掩膜的制作，降低了加工成本。3、上游泵送機(jī)械密封環(huán)的基體可采用普通金屬材料，解決了整個(gè)密封環(huán)全為高性能材料時(shí)成本高的問題，且易于加工基體。附圖說明圖1是上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中：1、主軸系統(tǒng)，2、儲(chǔ)液箱，3、鍍液，4、工具電極，5、海綿擦頭，6、絕緣隔套，7、工件，8、工作臺(tái)，9、電鍍電源，10、彈簧，11、數(shù)字控制系統(tǒng)。具體實(shí)施方式如圖1所示，上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置，包括：主軸系統(tǒng)1、儲(chǔ)液箱2、鍍液3、工具電極4、海綿擦頭5、絕緣隔套6、工件7、工作臺(tái)8、電鍍電源9、彈簧10、數(shù)字控制系統(tǒng)11；其中：主軸系統(tǒng)1連接在機(jī)床上，主軸系統(tǒng)1中裝有主軸頭、可驅(qū)動(dòng)主軸頭做Z方向移動(dòng)的直流伺服電機(jī)和可驅(qū)動(dòng)主軸頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的直流電機(jī)；主軸系統(tǒng)1包括主軸頭，主軸頭的下端通過螺栓連接儲(chǔ)液箱2，儲(chǔ)液箱2由直徑上大下小的兩段圓柱殼體構(gòu)成，上大下小的兩段圓柱殼體通過圓環(huán)面相連，儲(chǔ)液箱2與主軸頭保持同軸，儲(chǔ)液箱2的頂端封閉，儲(chǔ)液箱2內(nèi)部裝有鍍液3，儲(chǔ)液箱2的小圓柱殼體的下端設(shè)有開口，便于鍍液3流出；儲(chǔ)液箱2的小圓柱殼體的下端的外部設(shè)有外螺紋，儲(chǔ)液箱3通過其小圓柱殼體外部的螺紋連接管狀工具電極4，工具電極4下端抵有海綿擦頭5，工具電極4和海綿擦頭5的外部套有同軸的絕緣隔套6，工具電極4和絕緣隔套6保持間隙配合，使得工具電極4可在絕緣隔套6內(nèi)移動(dòng)，在絕緣隔套6的作用下，海綿擦頭5保持圓柱形；彈簧10套設(shè)在工具電極的外部，彈簧10的上下兩端分別抵靠在儲(chǔ)液箱2的圓環(huán)面和絕緣隔套6的頂面，確保絕緣隔套6和海綿擦頭5始終與工件7保持接觸，以保證在工作過程中僅在動(dòng)壓槽壁位置處有鍍液3覆蓋工件7表面，并防止過多鍍液3流到工件7表面的其他位置而影響制造精度。工件7安裝工作臺(tái)8上，工作臺(tái)8可進(jìn)行X、Y方向的移動(dòng)；工件7、工具電極4分別與電鍍電源9的負(fù)極和正極相連接，在電鍍電源9的作用下，鍍液3中的金屬離子在工件7處被還原為金屬，從而在工件7表面沉積得到金屬層，工具電極4則失去電子產(chǎn)生金屬離子進(jìn)入鍍液3，以補(bǔ)充鍍液3中消耗的金屬離子。數(shù)字控制系統(tǒng)11與主軸系統(tǒng)1、工作臺(tái)8相連，在數(shù)字控制系統(tǒng)11的作用下，主軸系統(tǒng)1的主軸頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和Z方向的移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)工具電極、海綿擦頭、絕緣隔套等做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和Z方向的移動(dòng)；工作臺(tái)8在數(shù)字控制系統(tǒng)11的控制下做X、Y方向的移動(dòng)。鍍液3的成分為蒸餾水1000mL、硼酸55-60g、硫酸鎳380-400g、氯化鎳17-20g、十二烷基硫酸鈉0.1-0.2g、活性炭6-8g、雙氧水4-6mL。在配制過程中，先在燒杯中依次倒入硼酸和990mL蒸餾水，70-90℃水浴加熱并用玻璃棒攪拌使硼酸溶解；然后倒入硫酸鎳和氯化鎳，繼續(xù)水浴加熱并用玻璃棒攪拌至全部溶解；倒入活性炭顆粒和雙氧水試劑活化30m本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置，包括：主軸系統(tǒng)、儲(chǔ)液箱、鍍液、工具電極、海綿擦頭、絕緣隔套、工作臺(tái)、電鍍電源、彈簧、數(shù)字控制系統(tǒng)；其特征在于：主軸系統(tǒng)連接在機(jī)床上，主軸系統(tǒng)的下端通過螺栓連接儲(chǔ)液箱，儲(chǔ)液箱內(nèi)部裝有鍍液，儲(chǔ)液箱下端的外部設(shè)有外螺紋，儲(chǔ)液箱通過外部螺紋連接管狀工具電極，工具電極下端抵有海綿擦頭，工具電極和海綿擦頭的外部套有同軸的絕緣隔套，彈簧套設(shè)在工具電極的外部，彈簧的上下兩端分別抵靠在儲(chǔ)液箱的底面和絕緣隔套的頂面；工件安裝工作臺(tái)上，工件、工具電極分別與電鍍電源的負(fù)極和正極相連接，數(shù)字控制系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)、工作臺(tái)相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置，包括：主軸系統(tǒng)、儲(chǔ)液箱、鍍液、工具電極、海綿擦頭、絕緣隔套、工作臺(tái)、電鍍電源、彈簧、數(shù)字控制系統(tǒng)；其特征在于：主軸系統(tǒng)連接在機(jī)床上，主軸系統(tǒng)的下端通過螺栓連接儲(chǔ)液箱，儲(chǔ)液箱內(nèi)部裝有鍍液，儲(chǔ)液箱下端的外部設(shè)有外螺紋，儲(chǔ)液箱通過外部螺紋連接管狀工具電極，工具電極下端抵有海綿擦頭，工具電極和海綿擦頭的外部套有同軸的絕緣隔套，彈簧套設(shè)在工具電極的外部，彈簧的上下兩端分別抵靠在儲(chǔ)液箱的底面和絕緣隔套的頂面；工件安裝工作臺(tái)上，工件、工具電極分別與電鍍電源的負(fù)極和正極相連接，數(shù)字控制系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)、工作臺(tái)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上游泵送機(jī)械密封流體動(dòng)壓槽的增材制造裝置，其特征在于：主軸系統(tǒng)包括主軸頭，儲(chǔ)液箱由直徑上大下小的兩段圓柱殼體構(gòu)成，上大下小的兩段圓柱殼體通過圓環(huán)面相連，儲(chǔ)液箱與主軸頭保持同軸，儲(chǔ)液箱的頂端封閉，儲(chǔ)液箱...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：紀(jì)仁杰，劉永紅，徐臣臣，鄭超，申泱，劉增凱，蔡寶平，李小朋，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國石油大學(xué)華東，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37