密封环加工夹具设计及其有限元分析

摘要

核主泵是核反应堆的核心部件，到目前为止，我国对核主泵的使用完全依靠于进口，核主泵密封环的制造工艺是我国核主泵自主制造技术的瓶颈。端面周向波度式密封是一种非接触机械密封，它具有磨损小，泄漏低和寿命长等优点，被广泛应用于核电站主轴密封。
　　核主泵密封环作为核主泵的密封装置，长期使役于高速、高压、大载荷等极其恶劣的工作环境下，这就对密封环材料的特性提出了非常苛刻的要求。具有优异的力学、热学、化学特性的陶瓷材料一般作为制造密封环的常用材料，但是陶瓷材料的硬脆特性决定了传统机械加工方法很难达到核主泵密封环的加工要求。
　　为了解决密封环加工工艺难题，本文设计了一种新颖的密封环加工夹具，通过预紧力使密封环产生预变形，达到预期的波纹面，然后通过平面研磨去除变形高点，研磨后释放预紧力，密封环端面弹性变形释放，形成波纹面。本文主要研究内容和结论如下:
　　(1)本文设计了一种新颖的密封环加工夹具，通过扭力扳手对夹具施加预紧力，使密封环端面产生预变形，达到所需的波纹面。
　　(2)通过对密封环夹具的ANSYS受力分析和变形分析，发现了预紧力和密封环端面周向变形的关系，对后续的研磨试验提供了一定的理论指导。
　　(3)分析了密封环加工夹具几何参数对密封环加工夹具径向变形和所受等效应力的影响，并优化密封环加工夹具几何参数。
　　(4)对SiC试样进行了研磨抛光实验，通过正交试验研究了不同工艺参数（磨粒大小、转速）对加工质量的影响。得出结论如下:
　　(5)研磨转速为40r/min时，采用10μm、5μm、1μm的金刚石磨料研磨SiC试样，磨料粒度越小，加工后表面粗糙度越小，1μm金刚石磨料研磨得到的表面粗糙度低于0.2μm。
　　(6)磨料粒度为1μm时，研磨转速选40r/min、20r/min、10r/min，随着转速的增大，表面质量提高，粗糙度值降低。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文的选题背景及意义

1．1．1 课题背景及意义

1．1．2 陶瓷材料的加工技术研究

1．2 密封环加工的国内外研究现状

1．3 课题来源

1．4 课题目的和主要内容

1．4．1 课题主要目的

1．4．2 课题主要内容

2 端面周向波度密封环加工夹具的设计

2．1 密封环加工夹具的设计方案

2．2 密封环加工夹具的工作原理

2．2．1 夹具工作原理

2．2．2 密封环加工夹具的加载

2．3 本章小结

3 密封环加工夹具的有限元分析

3．1 有限元分析简介

3．2 密封环加工夹具的ANSYS参数化几何建模和网格划分

3．2．1 密封环加工夹具的ANSYS参数化几何建模

3．2．2 几何模型的网格划分

3．3 预紧力大小对夹具及密封环端面变形的影响

3．3．1 预紧力大小对夹具的受力变形影响

3．3．2 预紧力大小对密封环端面变形的影响

3．4 几何参数对夹具所受等效应力和密封环径向位移的影响

3．4．1 几何参数对夹具所受等效应力的影响

3．4．2 几何参数对密封环径向位移的影响

3．5 本章小结

4 碳化硅试样的研磨抛光工艺研究

4．1 实验设备和检测设备

4．2 碳化硅材料的性能

4．3 试验样品的制备

4．4 磨削参数对加工表面的影响

4．4．1 磨料粒度对表面粗糙度的影响

4．4．2 研磨转速对表面粗糙度的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢