机械密封研磨及检测方法.docx

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机械密封研磨及检测方法

第7章机械密封研磨与抛光

201、密封摩擦副研磨与抛光的作用？

我们在设备密封维修中经常遇到密封的摩擦副变形，为了保证摩擦副的平面度，就需要进行研磨和抛光工作。

研磨与抛光加工一般是用磨料、磨液及磨具对时密封的动静环表面进行研磨与抛光后获得预定的形状和表面粗糙度。

它是一种高精度的加工方法，也是作为高硬度材料的一种加工方法。

机械密封摩擦副的表面的平面度要求高，粗糙度小，采用一般的加工方法很难达到，所以就需要用研磨和抛光的方法解决。

研磨与抛光加工是将工件表面与磨具接触，两者之间加入研磨剂，在运动过程中，从工作表面去除极薄的面层，从而获得高精度的表面。

研磨抛光改善了密封环工作端面的组织，为密封提供一个耐磨损的表面，其作用是：

①使摩擦系数减小，

②表面强度得到相应得提高

③提高耐腐蚀性

④表面美观它能提高表面反光系数，便于用光学平晶检测平面度。

研磨抛光改善了密封环工作端面的组织，为密封提供一个耐磨损的表面，其作用是：

使摩擦系数减小，表面强度得到相应得提高提高耐腐蚀性，表面美观它能提高表面反光系数，便于用光学平晶检测平面度。

202、维修中常用磨料有哪些种？

各种磨料具有不同的特性，研磨密封环常用磨料的有：

①氧化铝系列氧化铝系列磨料有白色的结晶的纯氧化铝（AI203）俗称百刚玉，（Cr203）称为铬刚玉，常用的是百刚玉，初研时采用百刚玉和碳化硼，粒度在W14-W40，半精研用W14－W7,精研用W5-W1

②炭化物系主要有纯炭化硅（Sic）为绿色，当有微量元素时为黑色，还有炭化硼（BC）为黑色硬度超过炭化硅而低于金刚石。

还有金刚石系。

正确选择磨料非常重要，根据修磨的工件的硬度来选择磨料。

磨料的硬度决定加工密封环的速度和表面粗糙度。

常用的是，百刚玉和碳化硼。

初研时采用粒度在W14-W40，半精研用W14－W7,精研用W5-W1。

203、常用的磨液和磨具有哪些？

磨液磨料需要用磨液来作载体，将磨料悬浮在其中，这需要按一定的比例配制成磨液即称为研磨剂，研磨剂或抛光剂。

它具有一定的润滑、减少摩擦、冲洗、减少热量的作用。

一般常用的有：

洁净的水、轻质煤油、菜子油及酒精，还要添加一定的添加剂，主要目的就是防止研磨的表面产生划痕。

它的作用是：

①增加润滑，避免磨粒划伤密封环表面。

②冷却密封环、避免热变形、防防蚀。

③加速研研削，使工件呈氧化作用。

④有利于提高工件的效率和精度。

⑤使磨料均匀地附在磨具表面。

磨具

这里只介绍手工研磨，手工研磨与抛光大都采用一级平板或0级平板，材质为铸铁一般常用有：

200mm×200mm允许偏差在±6um

300mm×300mm允许偏差在±7um

300mm×400mm允许偏差在±7um

400mm×400mm允许偏差在±7um

450mm×600mm允许偏差在±8um

204、研磨的基本方法有几种？

常用的研磨方法。

按原理分为干式与湿式研磨、图7－1湿式研磨，工件完全被研磨剂所包覆，处于充分的湿润状态，对于干式研磨，工件与平板之间处于干燥的状态，仅用极少的研磨剂研磨，一般先用湿式研磨达到所要求的平面后，再用干式研磨法抛光，以达到美观光亮的表面。

图1－1湿式法与干式法湿式

a）为湿式b）为干式

9、实际研磨，

图7－1研磨方法

对于从设备更换下来的密封，首先检查确定是否可以修复。

如果表面有裂纹坚决报废，通常经过检查密封环表面的沟痕在0.3～0.5mm时，要经过磨床和车床的修复后达到一定的精度（Ra1.6um以上）方可进行研磨工作。

石墨环的手工研磨抛光是在铸铁的平板上进行的。

研磨前须用溶剂将工件擦净并将平板洗净。

研磨抛光加工须要在交洁净的室内进行，否则就不能保证得到高精度得加工端面。

石墨环的研磨可分两步进行，即湿式法和干式法。

操作方法如下：

①在平板上涂少许磨液，用手将石墨环的加工面压向平板，这时可以在石磨环内加入少许磨液（净水、煤油、酒精等）和白刚玉然后在平板上连续做三角运动或往复运动等，其研磨运动遍及整个平板的表面直至达到所要求得平面度为止。

切记，密封环在初研时采用粒度在W14-W40，半精研用W14－W7,精研用W5-W1。

②擦净石墨环及平板，在平板上涂少许酒精重复上面研磨当石墨环的磨液处于半干状态即可得到所需要得镜面。

取下石墨环后在用白棉纱进行摩擦其光亮还可以提高。

石墨环的研磨要点：

研磨用力不能过大，用力均匀、防止偏磨，研磨时不可使磨料堆积，磨液不宜太多。

第二步的干式研磨抛光的磨液应更少。

用力要轻否则会出现痕迹。

③硬环的手工研磨抛光，初研时采用的是炭化硼研磨膏将以煤油稀释，涂在硬环表面，将硬环的加工面放在初研的平板上，这时可以在环内加入少许轻质煤油和炭化硼，研磨时摩擦副环按三角形或8字型运动规律来回运动，注意把研磨平台的每个角落都磨到，连续研磨到看不到加工痕迹时，即可进入精研，

精研在精研的平板时进行，精研时采用用W5-W1金刚石膏。

然后在平板上连续做三角运动或往复等运动，如果研磨液挥发工件与平板润滑不好在加研磨液研磨，运动遍及整个平板的表面直至达到所要求得平面度为止。

擦净硬环环及平板涂少许轻质煤油，（注意：

不加金刚石膏）重复上面研磨当硬环处于干半的状态即可得到所要求得平面度。

取下硬环后在将平板擦干净，这时不加任何磨液和磨料，开始干研，用力不要大，直至达到镜面为止，在用白棉纱擦亮即可。

④硬环的加工要点：

研磨用力不能过大，用力均匀、防止偏磨，研磨时不可使磨料堆积，磨液不宜太多。

研磨速度不宜过快，第二步的干式研磨抛光的磨液应更少。

用力要均匀否则会出现痕迹。

（注：

研磨平板一定干净否则抛光效果不好）

205、密封摩擦副技术要求有哪些？

检验目的是通过各种方法和手段进行测量，从而把密封件的质量数据化，为钳工的维修进行全面的质量管理，以及配件质量验收的评定地依据。

机械密封摩擦副在安装前的精度检测，这对提高机械密封的安装精度和成功率十分重要。

①平面度的测量，机械密封端面的平面度不大于0.0009mm其表面必须光洁。

随着材料的不同，表面粗造度（Ra）的要求是：

硬质合金0.01um硬碳0.3um碳化硅0.05um

氧化铝0.05um特种铜0.2um

之所以要求这样高的平面度，是为了保证端面的泄漏量在允许范围内。

此外，减少表面的粗造度可以使截面积增加，从而增加机械密封的承载能力和密封的性能。

机械密封的平面度的检测，通常是用光波的干涉效应来测量的。

可用质量非常好的光干涉仪或光学平晶来进行测量。

前者是非常接触法，后者是接触法。

是我们练化企业常用的光学平晶检测法。

206、什么是晶检测平面的基本方法。

①平晶是利用派利克斯玻璃、熔凝水晶或折光系数为1.561的光学玻璃制造，使之成为具有平直工作端面的透明圆柱体。

按直径大小有60mm80mm100mm150mm200mm250mm六种。

平晶由于制造较难，其尺寸都不太大。

它的精度为1级和2级两种；工作平面的平面性很高，其偏差不超过0.03um和0.1um通常用1级平晶来检测密封环的平面度，平晶的直径大于被测表面的密封外径。

若密封环的外径超过250mm或是非金属材料的密封环（反光度差）可用涂色发检查，即在被测表面涂以红丹，在零件表面对研，环的接触痕迹必须连续，不能间断，接触连续面积大于总面积的80％为合格。

②光源来自太阳的白色光实际上是七种颜色组成，每一种代表一个不同波长的电磁波。

当白光通过平晶射向被检测的表面发生光干涉后，，在被测表面不同位置上显示出几种颜色的干涉条纹，由于各色光线混杂，干涉条纹的亮度和清晰度大为减弱，所以图象不够清晰，使用单一光源，具有单一的波长，图象明暗相间的亮带和暗带非常的清晰，可以看清较多的干涉带，读数比较准确，单色光需要单色光源，如，钠光灯；也可通过自然光通过过滤色镜得到。

下面就是自制的平面检测仪。

图7－2为平晶检测仪。

图7－2检查密封端面平度的平晶检测仪

检验密封平面时首先将被测平面紧贴于平晶，两个表面都必须擦静，使两表面形成一层极薄的空气膜，单色光源通过空气膜，就会产生明暗相间的干涉条纹。

如果用白光（自然光）作为光源，则显示出几种颜色的干涉条纹。

检测时，应用彩色中最清楚的条纹来读数。

白光可以随时取得，不需要附属装置。

207、干涉条纹的识别及读数？

①图7－3所示的干涩条纹为直带，它是用光学平晶在钠光灯下检测到的。

直带图像表明被测的平面度非常高，接近于理想平面，平面度偏差小于0.029um

图7－3通过平晶检测到的图像

②同心园干涉条纹。

干涉条纹呈同心圆状，这表明被测的表面有微小的曲率。

图7－4是用光学平晶在钠光灯下检测到的同心园干涉条纹。

图7－4是接近同心园的图像

③如7－5图中所示，

1、2、3、4、5是合格的干涉带6、7、8、9、是不合格的干涉带

图7－5是各种干涉带示意图

判断被测表面不是中凹就是中凸，可用手指在平晶边缘轻轻的压，光干涉条纹向外周移为中凸，反之为中凹。

前者称为光圈高，后者成为光圈底。

在实际测量时，只要是密封环上的干涉条纹非常有规律，没有突变都可以使用。

④端面不平图7－6在钠光灯下用平晶检测密封面，平面度误差为2．7um。

密封面这种局部平面度误差是由于研磨抛光不良所引起的。

在这种情况下，密封的泄漏较严重。

208、测量密封平面度的注意事项？

测量时，平晶和工件需要在相同的温度下才能得到相同的结果，

①使用钠光灯时，通电2～3分钟钠光灯才能正常工作。

②平晶是精密量具，它的硬度低，使用中容易磨伤和划伤，因此应在无尘的条件下使用。

若附着赃物，可用酒精，汽油清洗，用鹿皮和镜头纸擦拭。

使用时不可用平晶检查粗糙得表面，以免擦伤平晶。

使用完毕后妥善保管。

③平晶检测平面度，有时看不见干涉条纹，可能有下列几种情况：

1测平面不光洁或平面度很差。

2被测平面不清洁或有毛刺。

3被测平面为非金属材料，表面折光不好，或有毛刺未能很好的贴合等。

209、摩擦副端面平面度检测方法？

平面度0.0009，普通量具无法检测，通常利用光波的干

涉效应来检测。

光波的干涉效应，根据波动学原理，两波产生干涉的条件是：

①两波在相遇点振向一致；

②两波具有相同的频率；

③两波在相遇点有固定的周相差。

（两个同样的钠光灯不行，只有用同一光源发出的光设法分成两束，才满足相干条件）满足相干条件的两束光的叠加效果是：

在波程差为波长整数倍的地方，光强度加强；在波程差为半个波长的奇数倍的地方，光强度减至零（变暗）。

这就是光的干涉原理。

平面度检测原理

设入射角i=0，e为气膜厚度（即是被检测面上点到平

晶的距离），λ为光波波长，δ为光的波程差，那么

δ=2e＋λ/2

当δ=kλ时，被检测面上点变暗；

δ=（2k＋1）λ/2，被检测面上点变亮；（其中k=0,1,2,3,4,…，

k为整数）

由以上公式可以得出下面结论：

（ⅰ）相邻两条光带所对应两点的气膜厚度差（高度差）

为λ/2，（对于钠光灯λ=0.589µm，λ/2≈0.3µm）

（ⅱ）相邻两条光带宽b=λ/2Sinθ，（θ为空气膜倾斜角）

（ⅲ）当e=0时，δ=λ/2（半波损失），出现暗条纹；

合格光带举例

平面度检测器

平晶：

由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系数为1.516的光学玻璃制造。

表面平面度0.1µm（2级），0.03µm（1级）。

光源:

钠光灯（λ=0.589µm）

210、密封端面的粗糙度要求

密封端面承载能力与表面粗糙度有很大关系，大约有

如下关系：

加工方法

技术指标

精车

磨加工

研磨

抛光

粗糙度

3.2

0.8

0.4

0.2

承载面积（%）

4

12

40

95

端面比压增加（倍）

24

7.3

1.5

0.05

由此可以看出，密封端面粗糙度应在0.2以上，否则，

端面比压比理论值高的多，结果是高点接触，局部压力很

高；由于摩擦副的硬度、刚度的差异，局部高点发热甚至

产生裂纹。

石墨环表面磨出细微的环状沟纹。

泵的振动和

动、静环的不同心会加剧这种磨损。

被磨掉的颗粒存在于

端面中，形成磨粒磨损，磨损加剧，有时在泄漏的介质中

可以看到石墨黑浆。