基于电化学光整加工的机械密封工作面磨损特性的研究
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摘要
机械密封是多种流体机械的核心基础件之一，其工作面的磨损特性在很大程度上影响着流体机械设备的使用性能。摩擦副接触面的表面形貌状况与机械密封的密封性能、摩擦磨损及润滑性能有密切的关系。由于机械密封工作面的耐磨性与润滑性能对机械密封的使用有着重要的影响，因此，降低磨损量以及提高润滑性能的各种手段或方法倍受关注，其中一个关键部分就是密封工作面的加工技术，所取得的成果对提高机械密封性能产生了积极的影响。工件表面微观形貌不仅直接影响零部件的工作性能及使用寿命，还会影响整个设备的使用性能。因此，选择合适的表面微造型方法是对密封性能的提高有着十分重要的作用。
本文以机械密封摩擦副表面为电化学光整加工和摩擦磨损实验研究对象，针对机械密封使用性能和寿命的关键—机械密封工作面的表面质量和形状问题，在国内外对机械密封表面加工工艺研究成果的基础上，应用电化学光整加工技术对机械密封工作面进行了光整加工，同时探讨了国内外机械密封端面加工技术的研究现状。主要研究内容如下：
1.根据电化学光整加工的基本原理，对实验所使用的普通车床进行了改造，为实验工作研制了完整的实验平台。在各种精密机床上加工出所需要的标准试件，经过热处理方式得到试件的标准硬度。
2.对机械密封摩擦副试件表面进行了电化学光整加工实验，分析了影响电化学光整加工效果的各种因素。
3.通过对电化学光整加工前后的试件进行摩擦磨损实验，收集了大量的数据，并根据实验数据分析摩擦副表面微观形貌的变化和磨损特性,探讨了表面微观形貌对磨损特性的影响。
经过对摩擦副表面的不同微观几何轮廓及加工方法的实验研究，验证了表面微观形貌对密封性能有显著影响，本文研究对于进一步研究和分析表面形貌特性对磨损的影响具有重要的实际研究价值与广泛的应用前景。
Mechanical Seal is one of the core foundation of variety fluid mechanical,wearcharacteristics of its face in many degree affect on the fluid machinery equipmentperformance. The surface morphology of friction pair contact surface closely related to sealingperformance of mechanical seals, frictional wear, lubrication properties. Due to wearresistance and lubrication performance of mechanical seal work face has an importantinfluence on use of mechanical seal, therefore, various means or methods are concerned toreduce wear and improve the lubrication properties, one of the key part is seal processingtechnology，the obtained results has a positive effect to improve mechanical seal performance.Surface microstructure of workpiece not only affect on the service performance and servicelife of parts directly, but also have influence on whole equipment performance. Select theappropriate surface micro modelling methods is very important to improvement of the sealingproperty.
In this paper, mechanical seal surface friction pair is research object for electrochemicalfinishing and wear experiment,，for the service performance and life of mechanical seal, thekey problem is_surface quality and shape of mechanical work face, this paper usinghomeland and abroad achievement of research on mechanical seal surface processingtechnology, mechanical seal face processed by electrochemical finishing processingtechnology, also discussed research status of the mechanical seal face processing technologyin homeland and abroad. The major research contents are summarized as follows:
Firstly, according to the basic principle of electrochemical finishing, reform tolaboratory ordinary lathe, developed better experimental platform for experimental work..Standard specimens of experiment are processed by all kinds of precision lathe, after usingheat treatment way to get hardness standard of specimens.
Secondly, using electrochemical finishing preliminary processing the mechanical sealsurface, analysis various influence factors of electrochemical finishing processing results.
Thirdly, according to friction and wear experiment of before and after theelectrochemical machining processing samples,get a large collection of data, and accordingto the experimental data analysis surface microstructure changes of a pair of frictioncomponents and wear characteristic, comprehensive studied the influence of surfacemorphology on wear performance, discusses the surface microstructure influence on wearcharacteristics.
After research on different micro geometry outline and processing method of a pair offriction surface, Verify the surface morphology significantly effect on seal performance.This paper studies for the further research and analysis the impact of surface morphology towear characteristics have important practical research value and broad prospect of application
本文以机械密封摩擦副表面为电化学光整加工和摩擦磨损实验研究对象，针对机械密封使用性能和寿命的关键—机械密封工作面的表面质量和形状问题，在国内外对机械密封表面加工工艺研究成果的基础上，应用电化学光整加工技术对机械密封工作面进行了光整加工，同时探讨了国内外机械密封端面加工技术的研究现状。主要研究内容如下：
1.根据电化学光整加工的基本原理，对实验所使用的普通车床进行了改造，为实验工作研制了完整的实验平台。在各种精密机床上加工出所需要的标准试件，经过热处理方式得到试件的标准硬度。
2.对机械密封摩擦副试件表面进行了电化学光整加工实验，分析了影响电化学光整加工效果的各种因素。
3.通过对电化学光整加工前后的试件进行摩擦磨损实验，收集了大量的数据，并根据实验数据分析摩擦副表面微观形貌的变化和磨损特性,探讨了表面微观形貌对磨损特性的影响。
经过对摩擦副表面的不同微观几何轮廓及加工方法的实验研究，验证了表面微观形貌对密封性能有显著影响，本文研究对于进一步研究和分析表面形貌特性对磨损的影响具有重要的实际研究价值与广泛的应用前景。
Mechanical Seal is one of the core foundation of variety fluid mechanical,wearcharacteristics of its face in many degree affect on the fluid machinery equipmentperformance. The surface morphology of friction pair contact surface closely related to sealingperformance of mechanical seals, frictional wear, lubrication properties. Due to wearresistance and lubrication performance of mechanical seal work face has an importantinfluence on use of mechanical seal, therefore, various means or methods are concerned toreduce wear and improve the lubrication properties, one of the key part is seal processingtechnology，the obtained results has a positive effect to improve mechanical seal performance.Surface microstructure of workpiece not only affect on the service performance and servicelife of parts directly, but also have influence on whole equipment performance. Select theappropriate surface micro modelling methods is very important to improvement of the sealingproperty.
In this paper, mechanical seal surface friction pair is research object for electrochemicalfinishing and wear experiment,，for the service performance and life of mechanical seal, thekey problem is_surface quality and shape of mechanical work face, this paper usinghomeland and abroad achievement of research on mechanical seal surface processingtechnology, mechanical seal face processed by electrochemical finishing processingtechnology, also discussed research status of the mechanical seal face processing technologyin homeland and abroad. The major research contents are summarized as follows:
Firstly, according to the basic principle of electrochemical finishing, reform tolaboratory ordinary lathe, developed better experimental platform for experimental work..Standard specimens of experiment are processed by all kinds of precision lathe, after usingheat treatment way to get hardness standard of specimens.
Secondly, using electrochemical finishing preliminary processing the mechanical sealsurface, analysis various influence factors of electrochemical finishing processing results.
Thirdly, according to friction and wear experiment of before and after theelectrochemical machining processing samples,get a large collection of data, and accordingto the experimental data analysis surface microstructure changes of a pair of frictioncomponents and wear characteristic, comprehensive studied the influence of surfacemorphology on wear performance, discusses the surface microstructure influence on wearcharacteristics.
After research on different micro geometry outline and processing method of a pair offriction surface, Verify the surface morphology significantly effect on seal performance.This paper studies for the further research and analysis the impact of surface morphology towear characteristics have important practical research value and broad prospect of application
引文
[1]李亚南.端面激光微造型机械密封性能研究[J].江苏大学.2010
[2]陈强等.机械密封常见故障原因分析及处理[J].热力发电.2007(3)
[3]顾永泉.机械密封实用技术[M].北京:机械工业出版社.2001
[4]于新奇等.激光加工多孔端面机械密封[J].河北科技大学学报.2004(1)
[5]汤新雄.三种不同端面几何形貌机械密封的性能试验研究[J].江苏大学.2010
[6]黄骞.高性能机械密封表面形貌加工新技术研究[J]：[硕士学位论文].江苏大学.2010
[7]宋鹏云等.端面开槽机械密封技术研究进展[M].化工机械.1999(2)
[8]王志高等.端面微孔机械密封研究进展[J].机械.2006(9)
[9]孟小霞.规则表面微造型的激光加工和摩擦特性研究[J]:[学位论文].江苏大学.2007
[10]徐宁.电化学机械复合光整加工及表面特性研究:[硕士学位论文］.中国农业大学，2002
[11]周锦进等.光整加工技术的研究与发展[J].大连理工大学.制造技术与机床.2004（3）
[12]阿达依·谢尔亚孜旦.螺旋锥齿轮电化学光整加工技术基础研究[J].大连理工大学.2007
[13]庞桂兵等.电化学加工1Cr18Ni9Ti的表面几何形貌特性研究[J].中国表面工程.2009(4)
[14]翟小兵.脉冲电化学光整加工技术及应用研究[J]：［博士学位论文］.大连理工大学.2003
[15]冯志清.电解机械复合光整加工机理及其特型工具研究[J]：[硕士学位论文].西安工业大学，2009
[16]周锦进等.脉冲电化学光整加工表面微观形貌的研究[J].农业机械学报.2004(3)
[17]安军等.脉冲电化学光整加工的机理及影响因素[J].中国机械工程.2002(14)
[18]王晓明.脉冲电化学及其复合光整加工机理和表面特性的研究[M].大连理工大学.2002
[19]刘德成.电化学机械复合光整加工工艺基础研究[J]:[硕士学位论文].大连：大连理工大学，2003
[20]崔小兵，周锦进，庞桂兵，王辉.脉冲电化学加工表面与摩擦磨损[J].起重运输机械，2003（12）:30-33
[21]魏龙，顾伯勤，孙见君.机械密封端面摩擦工况研究进展[J].润滑与密封，2003,(5)：30—33
[22]张建峰，周志芳.摩擦磨损与抗磨技术[J].天津科技翻译出版公司出版，1993
[23]温诗铸,平著.摩擦学原理[M].[清华大学学术专著].清华大学出版社，第二版
[24]张铁岭张祖明.表面磨损的类型、机理与测试.北京:北京印刷学院可靠性研究室,1997
[25]贺林，张长军，朱均．金属摩擦磨损表面的分形特征．西安公路交通大学学报，1997．17(9)：93—96
[26]魏龙等.机械密封摩擦副端面形貌的分形特性[J].石油化工高等学校学报.2009(2)
[27]刘小琴等.磨损理论在机械设计中的应用研究[J].运城学院学报.2010(2)
[28]赵家政，高金堂，党鸿辛．磨损与表面分析，摩擦磨损，1980(3)：1-10
[29]彭正东.船舶艉轴机械密封的数值模拟与试验研究[M].江苏大学.2011
[30]葛毅成，易茂中.载荷、时间、速度对c/c复合材料摩擦磨损行为的影响[J].中国有色金属学报.(2006)02
[31]王晓明，周锦进等.脉冲电化学光整加工机理及其应用.工具技术，2001(5):16～18
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[36]万亚兰,李福援.电解机械复合光整加工机理及其数学模型.机械科学与技术,1998,17(2):285～287
[37]孙鹏.凸轮表面脉冲电化学及其复合光整加工工艺研究[J].大连理工大学.2004
[38]翟小兵等.脉冲电化学光整加工的问隙特性[J].机床与液压.2008
[39]杨世春.表面质量与光整技术[M].北京:机械工业出版社,2000.
[40]王建业，徐家文.电解加工原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2001
[41]余承业．特种加工新技术[M]．北京：国防工业出版社，1995．
[42]陶彬.轴承滚道电化学机械凸度成型与光整加工技术基础研究[J]:[博士学位论文].大连:大连理工大.2009
[43]刘晋春,赵家齐,赵万生.特种加工(第3版).北京:机械工业出版社,1995:722～118
[44]W.KONIG，P.LINDERLAUF.Surface generation in electrochemical machining.Annals of theCIRP，1978,27(1):97—100
[45]刘今起.中性电解抛光及其对电物理加工的表面处理作用[J].电加工,1993(1):12～15
[46]刘长京.机械密封表面激光造型动压润滑性能的数值分析[J].江苏大学.2007
[47]方建成，王续跃，周锦进.电火花加工表面形貌与摩擦磨损．电加工，1995(5)：25—27[30]
[48]J.H.Tripp, Surface Roughness Effects in Hydrodynamic Lubrication：The Flow FactorMethod,Transations of the ASME，1983，Vol105：458-465
[49]彭旭东，焦玉瑞，叶志伟等.机械端面密封技术的热点问题．通用机械，2003，(3)：54_57
[50]陈汇龙等.激光加工在非接触式动压型机械密封中的应用[J].流体机械.2009
[51]孙大成.润滑力学讲义．北京：中国友谊出版社，1991
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[53]袁世先、薛晓虎、杨惠霞．机械端面密封的动压效应工程机械．2003，(9)：39-42