核主泵密封環(huán)復(fù)雜形面精密磨削原理與方法研究.pdf

1、核主泵是核電站中驅(qū)動(dòng)高溫、高壓和有放射性的冷卻劑在堆芯和蒸汽發(fā)生器之間循環(huán)的核心設(shè)備，而密封環(huán)是保證核主泵安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要零件。核主泵密封環(huán)通常由具有良好機(jī)械強(qiáng)度、耐磨損、耐高溫和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異性能的氮化硅、氧化鋁、碳化硅和碳化鎢等高硬度材料制造，要求達(dá)到亞微米級(jí)的面形精度和納米級(jí)的表面粗糙度，加工難度極大，其核心制造技術(shù)只被國(guó)外少數(shù)幾家公司掌握和壟斷，因此研究新型的、有實(shí)用價(jià)值的密封環(huán)超精密加工原理和方法對(duì)核主泵的國(guó)產(chǎn)化具

2、有重要意義。
　　本文針對(duì)核主泵高硬度材料密封環(huán)高精度復(fù)雜形面的加工難題，提出了采用杯形砂輪以線接觸方式磨削成形的原理和方法，并利用現(xiàn)有超精密磨床磨削密封環(huán)圓錐面對(duì)提出的原理和方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體研究進(jìn)展包括四個(gè)方面:
　　(1)提出了采用杯形砂輪以線接觸方式磨削密封環(huán)曲面的新方法，建立了杯形砂輪線接觸式磨削環(huán)形曲面的數(shù)學(xué)模型并研究了其成形原理;通過(guò)求解定義域和定義特征點(diǎn)將砂輪圓周旋轉(zhuǎn)投影曲線分為7類，可據(jù)此求解生成曲面

3、原理性面形誤差，以決定杯形砂輪相對(duì)工件空間位置參數(shù)的取值，為超精密機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　(2)建立了基于四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床以杯形砂輪線接觸式磨削密封環(huán)斜波紋面的數(shù)學(xué)模型，研究了機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)磨削斜波紋面原理性面形誤差的影響規(guī)律，提出了6種運(yùn)動(dòng)控制策略，并確定了原理性面形誤差可控制在10nm以內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制策略。
　　(3)對(duì)碳化鎢硬質(zhì)合金、無(wú)壓燒結(jié)碳化硅和反應(yīng)燒結(jié)碳化硅高硬度材料圓片進(jìn)行了杯形金剛石砂輪線接觸式

4、磨削實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觀察磨削表面微觀形貌以及測(cè)量磨削表面租糙度和劃痕深度，研究了超精密磨削高硬度材料的表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)選用粒度比2000＃更細(xì)的金剛石砂輪時(shí)，可以獲得表面粗糙度Ra小于5nm的超光滑表面。
　　(4)利用現(xiàn)有的立軸超精密磨床，建立了杯形砂輪線接觸磨削密封環(huán)圓錐面的數(shù)學(xué)模型，分析了磨削表面錐度誤差和徑向輪廓誤差與砂輪主軸傾角（俯仰角和側(cè)偏角）的關(guān)系，提出利用平面平晶和激光位移傳感器高精度調(diào)整砂輪主軸傾角的方法，進(jìn)行了磨削圓錐