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激光加工与机械密封的重要关系

日期:2011-04-19

    机械密封环所用的材料,一般是以WC为代表的各种硬质合金以及各种新陶瓷,如SiC、SiN等,它们都具有很大的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。激光加工加工是指利用高能量密度激光加工束对材料表面进行去除材料的一种特殊加工方法。到目前为止,该方法广泛应用的技术有激光加工切割、激光加工打孔、激光加工打标等。激光加工加工机械密封环表面微凹坑,实现密封的高性能运行,已有一定程度的研究。由于激光加工加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工,影响因素很多,因此精微加工时,精度和表面粗糙度不易保证,必须进行反复的实验,寻找优化的工艺参数及合理辅助工艺措施,才能保证加工质量要求。

    对于机械密封端面改形及表面处理,普通加工方法显得严重不足。激光加工加工无疑是密封环端面形貌改良的最佳方法。通过研究不同的激光加工器,不同的激光加工强度,不同的辅助条件来寻找一种合适的加工设备,国内外在这方面都取得了一定的进步。Muller在1997年利用激光加工技术加工出了“液体回流式”流体润滑机械密封的槽型,并采用有限元法分析了端面之间流体的流动,以及通过试验shiyan验证了这种槽型能产生更大的承载能力。Etsion教授也利用激光加工技术进行密封表面规则微凹坑的加工,刻出不同几何形状、大小和孔隙率的微凹坑如图3所示,并对平均孔直径为90μm,不等孔深2~26μm,孔隙率25%的激光加工纹理环进行了磨损试验shiyan。在国内,天津激光加工研究所利用激光加工打标技术在陶瓷密封环上加工出了深度不等的螺旋槽。

    流体动压型密封受到流体动压轴承的启示,通过在密封端面上开槽、台阶、斜面、孔等主动利用流体动、静压特性。在端面上开槽主要是开微米级的槽,深度大约3—5μm,略大于端面问的间隙1μm。利用激光加工加工而成的非接触式机械密封,其密封面问的摩擦只有流体之间的内摩擦,并且工作在流体润滑状态下,这就大大延长了机械密封的寿命。

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