陶瓷復(fù)合耐磨面、金屬沖壓環(huán)體浮動油封的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，特別是涉及一種用于機(jī)械設(shè)備中浮動端面密封的陶瓷復(fù)合耐磨面、金屬沖壓環(huán)體浮動油封。
【背景技術(shù)】
[0002]浮動油封應(yīng)用于浮動端面密封，是一種用量大、用途廣(全國年需用量近仟萬件)的機(jī)械密封，如圖1所示，這種密封是由兩個(gè)金屬浮動端面密封環(huán)(簡稱浮動油封)和兩個(gè)“O”型橡膠密封圈安裝在中心軸上而構(gòu)成的。具有耐磨、耐沖擊、一定的自適應(yīng)性、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉，維修保養(yǎng)更換方便等特點(diǎn)，在礦山、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、深井鉆機(jī)、井下采掘機(jī)械的密封結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。由于浮動油封的使用環(huán)境的特殊，因此其屬于易損部件。外露的安裝位置，安裝調(diào)試人員的技能，環(huán)境溫度，潤滑油的性能等因素都對它的使用壽命有直接影響。
[0003]目前浮動油封一般采用下列工藝成型:
精密鑄造型，即高鉻鉬合金鑄鐵采用失蠟殼模精密鑄造，成品表面硬度HRC65-72，工作面粗糙度Ra值為0.2-0.4Pm，亮帶Ra值為0.lMm，理論壽命4000-6000h，實(shí)際使用壽命大約3000-4000ho
[0004]機(jī)械壓鑄型，即合金鑄鐵壓鑄成型，成品金相組織較細(xì)密，但成本略高，工作面粗糙度Ra值為0.2-0.4Mm，亮帶Ra值為0.09-0.15Mm，理論壽命4000-6000h，實(shí)際使用壽命大約 4000-5000ho
[0005]粉末冶金熱鍛型，即粉末冶金粉粒經(jīng)高溫?zé)徨懚?，工作面粗糙度Ra值為0.4μπι，理論壽命2000-4000h，實(shí)際使用壽命大約1500-2000h。
[0006]金屬鍛造型，即以軸承鋼為代表的合金鋼模鍛或碾鍛成型，成品金相組織較細(xì)密，成品表面硬度HRC60-68，亮帶Ra值為< 0.2Pm,理論壽命4000_5000h，實(shí)際使用壽命大約2000-3000ho
[0007]熱噴涂型，即基體材料為普通鑄鐵，在工作面上熱噴涂0.05-0.20mm厚的高鉻鉬粉末，研磨加工而成，理論壽命4000-6000h，實(shí)際使用壽命大約3000-4000h。該工藝節(jié)省稀有金屬，但須受設(shè)備限制，生產(chǎn)率低，成本高。
[0008]綜上所述，目前現(xiàn)有的各種成型方式的浮動油封，其在使用壽命、性能、生產(chǎn)率、成本等方面存在各種各樣的不足和缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種陶瓷復(fù)合耐磨面、金屬沖壓環(huán)體浮動油封，能夠有效提高工作面的耐磨損度、增加使用壽命、更利于浮動對心，并且易于加工、生產(chǎn)成本低廉。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種陶瓷復(fù)合耐磨面、金屬薄板沖壓環(huán)體浮動油封，包括上、下結(jié)構(gòu)對稱的一對密封環(huán)體，所述密封環(huán)體工作面設(shè)置有一圈用于布設(shè)密封圈的凹槽，所述密封環(huán)體的工作面上開設(shè)有一圈耐磨帶裝配槽，所述耐磨帶裝配槽內(nèi)固定裝配有一圈耐磨帶，所述密封環(huán)體由金屬薄板沖壓制成，所述耐磨帶采用氧化招陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成，所述耐磨帶的摩擦面與密封環(huán)體的工作面處于同一平面或較工作面外凸。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述耐磨帶采用氧化鋁含量75%~99%、原晶粒度小于0.5~60Mfli的氧化鋁陶瓷粉料，干壓、或等靜壓成型后，毛坯1200~1700°C高溫?zé)Y(jié)而成。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述耐磨帶毛坯燒結(jié)溫度為1400~1650°C。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述耐磨帶的摩擦面較密封環(huán)體的工作面外凸。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述耐磨帶采用粘接或作為鑲件、用鉚接的固定方式裝配在磨帶裝配槽內(nèi)。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述耐磨帶采用鉚接的固定方式裝配在磨帶裝配槽內(nèi)，所述耐磨帶周邊設(shè)置有卡槽，密封環(huán)體上與之對應(yīng)地沖有鉚接粧，二者鉚接固定。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述密封環(huán)體由金屬薄板沖壓成型。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述密封環(huán)體由金屬薄板至少經(jīng)兩次以上沖壓而成。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述密封環(huán)體由金屬薄板沖壓成型后，表面還經(jīng)過鈍化、防銹處理。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明采用了氧化鋁陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成的耐磨帶，能夠有效提高浮動油封的耐磨性能，有效提高浮動油封的使用壽命；同時(shí)，由于氧化鋁陶瓷材料或其它工程陶瓷材料硬度較高、機(jī)加工后光滑度極高，因此能夠有效提高浮動油封工作面的光滑度，減小摩擦系數(shù)和摩擦阻力，降低工作過程中的發(fā)熱量，提高浮動油封的密封性能；本發(fā)明密封環(huán)體采用金屬薄板沖壓的方式制成，與傳統(tǒng)金屬環(huán)體相比，其價(jià)格低廉，更易于加工，能夠節(jié)約大量人力，能夠大幅降低生產(chǎn)成本，大幅提高生產(chǎn)效率；由于沖壓成型的密封環(huán)體整體重量較之鑄造、鍛造、粉末冶金成型的金屬環(huán)體大幅降低，更利于浮動對心，同時(shí)還能降低機(jī)械負(fù)荷，增大有用功，維修更換也更為方便；與傳統(tǒng)金屬環(huán)體加工工藝相比，省去了環(huán)體毛坯的尺寸余量機(jī)加工、熱處理等工序，大幅提尚生廣效率的同時(shí)，還能大幅降低能耗，進(jìn)一步降低成本。
【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有浮動油封的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明浮動油封的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1-密封環(huán)體、2-密封圈、3-凹槽、4-工作面，5-耐磨帶裝配槽、6-耐磨帶、7-摩擦面、8-耐磨帶卡槽。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
如圖2所示，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的陶瓷復(fù)合耐磨面、金屬沖壓環(huán)體浮動油封，包括上、下結(jié)構(gòu)對稱的一對密封環(huán)體1，所述密封環(huán)體I由金屬沖壓方式制成，所述密封環(huán)體I外側(cè)設(shè)置有一圈用于布設(shè)密封圈2的凹槽3，密封圈2設(shè)置在凹槽內(nèi)。所述密封環(huán)體I優(yōu)選采用金屬薄板沖壓的方式制成，可采用兩次以上的工藝沖壓，一次沖壓成預(yù)坯件，而后經(jīng)過一次或多次沖壓最終成型，可起到類似于機(jī)械鍛造的效果，提高密封環(huán)體I的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。所述密封環(huán)體I的工作面4上開設(shè)有一圈耐磨帶裝配槽5，所述耐磨帶裝配槽5內(nèi)固定裝配有一圈耐磨帶6，所述耐磨帶6采用氧化鋁陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成，所述耐磨帶6的摩擦面7與密封環(huán)體I的工作面4處于同一平面或較工作面4外凸。
[0022]浮動油封使用壽命短、易磨損這一問題一直是困擾本領(lǐng)域技術(shù)人員的一大難題。對于如何提高浮動油封的使用壽命、增加其耐久度，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一直在研究。目前對于上述問題，一般有兩種改進(jìn)的方向，第一種是從工藝上改進(jìn)，另一種是對工作面材質(zhì)改性。工藝上的改進(jìn)主要是利用先進(jìn)的粉末冶金熱鍛工藝或者機(jī)械壓鑄工藝來制作浮動油封，通過制造工藝來提高浮動油封的整體機(jī)械性能，提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性能，從而提高其使用壽命。而材質(zhì)改性則是在浮動油封的工作面上噴涂一些高鉻鉬粉末，以此來提高工作面的耐磨性能，從而提高浮動油封的使用壽命。不管是采用哪種方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員均沒有考慮用無機(jī)非金屬材料來改善提高浮動油封耐磨帶的抗磨性能。其核心原因是，高硬度、高耐磨性能的非金屬材料，普遍易碎、易破裂，同時(shí)其導(dǎo)熱性能普遍較差，因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生高溫是影響耐磨性能的一個(gè)重要因素。而同時(shí)滿足硬度高、耐摩擦，同時(shí)又不易碎并且具備一定導(dǎo)熱性能的材質(zhì)，價(jià)格又極為高昂，對于浮動油封這種易損零部件而言，高昂的價(jià)格意味著成倍地增加使用成本。考慮到上述因素，所以不管如何對浮動油封作改進(jìn)，技術(shù)人員一般都選用金屬材料制作浮動油封，不會采用陶瓷等無機(jī)非金屬材料來改善提高浮動油封基體材料的機(jī)械性能。
[0023]其次，本領(lǐng)域一直采用耐磨鑄鐵或者合金鋼來制作浮動油封的密封環(huán)體1，也與上述難點(diǎn)有著一定的聯(lián)系。之所以采用金屬材質(zhì)，一方面是考慮到金屬機(jī)械強(qiáng)度高，具備一定耐磨性，另一方面則是金屬材質(zhì)導(dǎo)熱性能較好，可以有效將摩擦熱量導(dǎo)出。再加上浮動油封一般會在較惡劣的環(huán)境下工作，容易產(chǎn)生磨損失效，因而本領(lǐng)域只會選用機(jī)械性能較好、導(dǎo)熱性和耐溫性能都較為優(yōu)異的金屬材料來制備浮動油封的密封環(huán)體I。
[0024]而本發(fā)明的發(fā)明人通過巧妙的構(gòu)思，合理地解決了本領(lǐng)域的這一技術(shù)偏見。發(fā)明人在工作面上設(shè)置耐磨帶裝配槽5，裝配采用氧化鋁陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成的耐磨帶6，使得工作面4形成一種復(fù)合式的摩擦面，采用氧化鋁陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成的耐磨帶6硬度高，通過機(jī)加工手段能獲得高品質(zhì)的光學(xué)鏡面，摩擦系數(shù)小，耐磨性能優(yōu)異，而且密封圈變形后儲存的能量使浮動油封的摩擦副只會對位摩擦，不會發(fā)生激烈碰撞碎裂的情況，陶瓷材質(zhì)的耐磨帶6完全能夠滿足浮動油封摩擦副的功能需求。采用這種復(fù)合面的結(jié)構(gòu)，不但合理地克服了技術(shù)偏見，還為密封環(huán)體I的改進(jìn)創(chuàng)造了條件。本發(fā)明采用金屬沖壓成型的方式制備密封環(huán)體1，配合耐磨帶6的設(shè)計(jì)，完美地克服了傳統(tǒng)技術(shù)偏見，解決了現(xiàn)有技術(shù)難題，達(dá)到了意想不到的效果。
[0025]沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達(dá)微米級，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、凸臺等。冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。
[0026]沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級進(jìn)模，可在一臺壓力機(jī)(單工位或多工位的)上完成多道