具有儲(chǔ)油微孔耐磨面的浮動(dòng)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(dòng)端面密封的具有儲(chǔ)油微孔耐磨面的浮動(dòng)油封。
【背景技術(shù)】
[0002]浮動(dòng)油封應(yīng)用于浮動(dòng)端面密封，是一種用量大、用途廣(全國(guó)年需用量近億件)的機(jī)械密封，這種密封組件是由兩個(gè)金屬浮動(dòng)端面密封環(huán)(簡(jiǎn)稱浮動(dòng)油封)和兩個(gè)“0”型橡膠密封圈裝配在專用密封腔體--浮封座內(nèi)而構(gòu)成的。其金屬密封面具有耐磨、耐沖擊、一定的自適應(yīng)性、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(rùn)滑油的性能等因素都對(duì)它的使用壽命有直接影響。
[0003]目前浮動(dòng)油封一般使用壽命都在4000小時(shí)以下，部分昂貴合金制造的油封使用壽命可以達(dá)到5000小時(shí)，壽命普遍比較短。而在安裝、環(huán)境工況等要素都滿足工作條件的前提下，決定浮動(dòng)油封環(huán)使用壽命的關(guān)鍵要素:是兩個(gè)摩擦副潤(rùn)滑油膜的形成能力、抗變穩(wěn)固能力和構(gòu)成這兩個(gè)摩擦副的原材料自身抗磨能力。
[0004]目前，浮動(dòng)油封摩擦面(也稱工作面、耐磨面)一般被稱之為“亮帶”，顧名思義，對(duì)于油封的摩擦面一般會(huì)進(jìn)行研磨拋光等處理，使之具有較高的光滑度，以減少摩擦阻力，因而其表面會(huì)因光滑度很高而反光。然而無論如何提高光滑度，如何降低摩擦阻力，浮動(dòng)油封的使用壽命仍然較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是針對(duì)上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種具有儲(chǔ)油微孔耐磨面的浮動(dòng)油封，促使工作面能夠較易形成油膜，而且，油膜抗變穩(wěn)固，有效提高工作面的耐磨損度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種具有儲(chǔ)油微孔耐磨面的浮動(dòng)油封，包括上、下結(jié)構(gòu)對(duì)稱的一對(duì)密封環(huán)體，所述一對(duì)密封環(huán)體的相對(duì)的兩個(gè)端面分別設(shè)置有耐摩擦組件，兩個(gè)耐摩擦組件形成一對(duì)對(duì)位配合的摩擦副，所述摩擦副的耐摩擦組件中的一個(gè)或兩個(gè)的耐摩擦工作面具有微坑或微溝槽織構(gòu)化結(jié)構(gòu)，其表面具有廣布的微凹陷，所述微凹陷為微坑或微溝槽，用于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油、脂等潤(rùn)滑物質(zhì)，使耐摩擦工作面表面能夠形成一層油膜。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述微凹陷的深度不超過30-100 μ m。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述摩擦副的一個(gè)耐摩擦組件為平面摩擦組件，其摩擦工作面為平面，其最小寬度大于浮動(dòng)油封裝配時(shí)所允許的最大中心偏心距離，另一個(gè)耐摩擦組件為銳面摩擦副組件，其截面為一側(cè)窄一側(cè)寬的形狀，窄側(cè)的窄線型端面為工作面，平面摩擦組件的摩擦面進(jìn)行了微坑或微溝槽織構(gòu)化處理；或者兩個(gè)耐摩擦組件均為平面摩擦組件，其一個(gè)或兩個(gè)的摩擦面進(jìn)行了微坑或微溝槽織構(gòu)化處理。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述銳面摩擦組件的摩擦工作面寬度為0.3-1.5mm。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述銳面摩擦組件的截面為半橢圓形或梯形。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述摩擦副采用氧化鋁陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成，優(yōu)選采用氧化鋁含量75°/『99%、原晶粒度小于0.δ-?μ?的氧化鋁陶瓷粉料，干壓、等靜壓成型后，毛坯1200~1700°C高溫?zé)Y(jié)而成。陶瓷材料燒結(jié)成瓷后自然形成的“天生缺陷” 一一微坑，正是摩擦工作表面所需的，可用于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油、脂促進(jìn)油膜形成、改善潤(rùn)滑條件的微型儲(chǔ)油池。甚至要提供必需的外界條件和手段，人為有目的性地讓陶瓷材料燒結(jié)后，形成有規(guī)律排列的，表面含有大量開口、表里孔隙閉口的陶瓷體。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述摩擦副采用含有改性納米級(jí)陶瓷晶粒作為第二相質(zhì)點(diǎn)彌散強(qiáng)化后的金屬材料制成，陶瓷晶粒的含量為0.1°/『4%。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述陶瓷晶粒的顆粒粒度不超過60nm，陶瓷晶粒的顆粒粒度優(yōu)選 10~30nm。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述摩擦副內(nèi)改性納米級(jí)陶瓷晶粒為A1203陶瓷晶?；騎h02陶瓷晶?；験203陶瓷晶?；蛏鲜鎏沾删Я５慕M份混合體，優(yōu)選純度在99%以上的改性納米級(jí)A1203陶瓷晶粒。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明采用微坑或微溝槽織構(gòu)化處理的摩擦面，能夠使浮動(dòng)油封在使用時(shí)有利于潤(rùn)滑油膜的形成，從而降低摩擦磨損，提高密封性能，起到減磨、密封的效果，提高浮動(dòng)油封的使用壽命；本發(fā)明在摩擦面設(shè)置微坑或微溝槽后，在富油潤(rùn)滑條件或混合潤(rùn)滑條件下，微坑或微溝槽可以充當(dāng)微小流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承，從而產(chǎn)生附加流體動(dòng)壓力，不但便于散熱，還能使浮動(dòng)油封能適用較高的線速度，擁有較長(zhǎng)的使用壽命；微坑或微溝槽還可以作為微儲(chǔ)油池，潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)不斷運(yùn)動(dòng)的油、脂，在油楔動(dòng)力的作用下，向摩擦副表面不斷提供潤(rùn)滑油、脂，有利于油膜的再生、穩(wěn)固，使得摩擦表面能夠持續(xù)處于理想潤(rùn)滑狀態(tài)，避免“干磨”；即使在干摩擦條件下，微坑或微溝槽可以容納因磨損產(chǎn)生的微小磨粒，從而降低由于磨粒在摩擦面摩擦而產(chǎn)生的高磨損。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明平面摩擦副浮動(dòng)油封的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明浮動(dòng)油封摩擦副工作面的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明窄線面摩擦副浮動(dòng)油封的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1-密封環(huán)體、2-摩擦副、2a-平面摩擦副組件、2b-銳面摩擦組件、3-微凹陷。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
如圖1所示，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的具有儲(chǔ)油微孔耐磨面的浮動(dòng)油封，包括上、下結(jié)構(gòu)對(duì)稱的一對(duì)密封環(huán)體1，密封環(huán)體1的相對(duì)的兩個(gè)端面分別設(shè)置有摩擦組件，兩個(gè)摩擦組件形成一對(duì)對(duì)位配合的摩擦副2。
[0018]如圖2所示，本發(fā)明的摩擦副2的摩擦組件中的一個(gè)或兩個(gè)的摩擦面進(jìn)行了微坑或微溝槽織構(gòu)化處理，其表面具有廣布的微凹陷3，所述微凹陷3為微坑或微溝槽，用于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油、脂等潤(rùn)滑物質(zhì)，使耐摩擦工作面表面能夠形成一層油膜。所述微凹陷3優(yōu)選為深度不超過30-100 μ m的微坑或微溝槽。
[0019]如圖1和圖3所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的摩擦副2可采用如下兩種結(jié)構(gòu):所述摩擦副2的一個(gè)耐摩擦組件為平面摩擦組件2a，其摩擦工作面為平面，其最小寬度大于浮動(dòng)油封裝配時(shí)所允許的最大中心偏心距離，另一個(gè)耐摩擦組件為銳面摩擦副組件2b，其截面為一側(cè)窄一側(cè)寬的形狀，窄側(cè)的窄線型端面為工作面；或者兩個(gè)耐摩擦組件均為平面摩擦組件2a。具有一個(gè)銳面摩擦組件2b的浮動(dòng)油封我們稱之為窄線、面摩擦副浮動(dòng)油封，而兩個(gè)摩擦組件均為平面摩擦組件2a的浮動(dòng)油封我們可以稱之為平面摩擦副浮動(dòng)油封。
[0020]對(duì)于平面摩擦副浮動(dòng)油封，我們可以選擇一個(gè)摩擦面進(jìn)行微坑或微溝槽織構(gòu)化處理，也可以對(duì)兩個(gè)摩擦面均進(jìn)行微坑或微溝槽織構(gòu)化處理。對(duì)于窄線、面摩擦副浮動(dòng)油封，我們則優(yōu)選對(duì)其平面摩擦組件2a的摩擦面進(jìn)行微坑或微溝槽織構(gòu)化處理。
[0021]發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有浮動(dòng)油封進(jìn)行了大量研究，對(duì)比了各種油封在工藝和使用壽命的區(qū)別后，總結(jié)出了如下理論，設(shè)計(jì)了本發(fā)明。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)摩擦副的表面并非越光滑越好，具有一定表面孔隙或紋理的摩擦副表面反而能夠在工作狀態(tài)下，便于潤(rùn)滑油、脂能夠順利進(jìn)入工作表面并形成一層潤(rùn)滑油膜，相當(dāng)于降低了摩擦系數(shù)，還為潤(rùn)滑系統(tǒng)增加了一道柔性密封圈，從而降低摩擦磨損和摩擦生熱，提高密封性能。針對(duì)浮動(dòng)油封的摩擦副2，如果表面已經(jīng)具有微坑或微溝槽織構(gòu)，則能為潤(rùn)滑油、脂提供存儲(chǔ)空間，更有利于油膜的形成，起到潤(rùn)滑減磨、密封的作用，提高浮動(dòng)油封的使用壽命。這個(gè)表面油膜對(duì)浮動(dòng)油封十分重要，如果沒有表面油膜，會(huì)加速高磨損發(fā)生，密封油、脂就會(huì)加速泄漏，泄漏加劇了摩擦磨損，導(dǎo)致機(jī)械構(gòu)件功能失效。發(fā)明人經(jīng)過大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用相同的材質(zhì)和后續(xù)機(jī)加工工藝手段，鑄造油封或采用粉末冶金制造的油封，使用壽命會(huì)比鍛造油封更長(zhǎng)。雖然鍛造油封的材料分子結(jié)構(gòu)更致密，所以摩擦面微觀上明顯比鑄造件或者粉末冶金件表面更光滑。進(jìn)一步研究后，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)鑄造毛坯制造的油封或采用粉末冶金毛坯制造的油封，其摩擦表面會(huì)具有自然形成的微坑織構(gòu)或者微溝槽織構(gòu)，雖然其摩擦表面微觀上的光滑度相對(duì)較差，但是實(shí)際使用時(shí)，其表面能夠容納進(jìn)潤(rùn)滑油、脂，形成一層油膜，在摩擦?xí)r體現(xiàn)了油、脂的潤(rùn)滑減摩作用，因而耐磨效果比鍛造件更好。鍛造件經(jīng)機(jī)加工后更容易獲得光滑表面，雖然摩擦系數(shù)較低，摩擦阻力低，但是在實(shí)際使用時(shí)，兩個(gè)摩擦面往往貼合十分緊密，即使在富油狀態(tài)下，運(yùn)行一段時(shí)間后潤(rùn)滑油、脂便會(huì)被兩個(gè)摩擦面擠出，使得摩擦面經(jīng)常處于干磨的狀態(tài)，加速了摩擦磨損，導(dǎo)致使用壽命較低。
[0022]發(fā)明人經(jīng)過研究，總結(jié)出采用表面織構(gòu)處理后，摩擦面具有三大優(yōu)勢(shì):1)在富油潤(rùn)滑條件或混合潤(rùn)滑條件下，微坑或微溝槽可以充當(dāng)微小流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承，從而產(chǎn)生附加流體動(dòng)壓力；2)微坑或微溝槽可以作為微儲(chǔ)油池向摩擦副表面提供潤(rùn)滑油，起到二次潤(rùn)滑的效果