【正文】 橡膠密封制品技術講座 一、橡膠密封制品種類 二、 模具設計 橡膠密封制品技術講座〈一〉 橡膠密封制品種類 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的的進步，橡膠以獨特的性能（最大單位重量的彈性貯能和粘彈性質(zhì)）制成各種各樣的密封制品，廣泛的應用在汽車、摩托車、家電、液壓氣動機械、冶金、水暖、衛(wèi)浴、石油化工機械、食品、船舶、航天、手工等行業(yè)。近年，新的成型技術，高分子材料的開發(fā)，以及納米技術的應用，更使得密封制品達到了新的境界。 為了使麥豐員工，忙提高密封制品的制造技術水平，我們決定從本刊開始，系統(tǒng)介紹橡膠密封制品工藝技術，分 期出版。 橡膠密封制品 橡膠密封制品種類繁多，用途很廣，一般根據(jù)其使用狀況，大致分類如下： ： “O”型圈、墊圈、墊片、密封條、防塵罩 …… 除此以外，液體密封膠，厭氧膠、橡膠膩子也可用于靜態(tài)密封。 2. 動態(tài)密封用： a) 往復運動用 各種斷面 “O”形圈、密封圈、皮硫、皮圈、防塵罩等； b)旋轉(zhuǎn)運動用 “O”形圈、各種斷面密封圈、墊圈等； c)高真空用 “O形圈、隔膜、墊圈、墊片等。 以下分別對一些主要的，典型的密封制品進行闡述： 一． “O”型圈 這是我公司主要產(chǎn)品之一。 “O”形圈的結 構簡單，裝卸方便，體積小，密封性能可靠。所以作為密封件得到廣泛的應用；早期， “O”形圈，只作固定型的靜態(tài)密封用，后來使用范圍逐漸擴大，可用于往復運動，旋轉(zhuǎn)運動，而且耐壓范圍也逐步的提高。 “O”形圈的結構如圖 1 （一） “O”形圈的使用情況 圖 2 ABC 分別為平面法蘭和缸法蘭及缸螺紋法蘭密封，稱之為靜密封（或固定密封）圖 A 為往返運動密封， B 為旋轉(zhuǎn)運動 密封呢感，都稱之為動密封。 （二） （ O）形圈的密封原理 靜態(tài)密封 （ 1） 當主體壓力較低， P=0 時，由于安裝對 “O”形圈的接觸面上，形成一定的接觸壓力 PO（ 接觸面單位平均壓力），阻止液體的泄漏而獲得密封。（見圖 3） （ 2）當液體壓力較大（如圖 4） P=50 公斤 /厘米 2 時， “O”形圈的接觸壓力： PM=PO+PH 式中： PM平位面積接觸平均總壓力 PO裝配壓縮變形產(chǎn)生的平均單位壓力 由此可見 “O”形圈的接觸壓力，隨介質(zhì)壓力的增加而增加，當 PH 比 PO 大很多時， PO 就不是密封的主要因素。 PH 成為密封的主要因素，這種密封作用稱之為自密封。 （ 2） 當介質(zhì)壓力很高時， P100 公斤 /厘米 2 (O)形圈一部分被擠入 間隙 ,提高膠料的硬度 ,減大小空隙位 ,可以在一定壓力范圍內(nèi)有一定的效果 ,當介質(zhì)在壓力 P300 公斤 /厘米 2 時，需要加檔圈（如圖）檔圈的材料一般為聚甲醛、聚四氟乙烯、尼龍等 （二）動態(tài)密封 （ 1）往復密封：如圖 4 左邊是有一定壓力（ P1）的介質(zhì)，右邊是大氣一側(cè)，當 “O”形圈的接觸壓力大于液壓 P1 時。一般不產(chǎn)生泄漏，但由于 “O”形圈產(chǎn)生凹凸不平的現(xiàn)象（圖 4）此時軸承向右運動（圖 4）轉(zhuǎn)附在軸上的液體就會向 “O”形圈與軸接觸的楔形狹窄處拖淺，使該處的液壓 P 高于 P1，當 P 仍小于接觸壓時仍可密封，若 P 大于接觸壓力灰頂 起 “O”形圈（如圖 4）是液體進入右邊的凹下處，軸承繼續(xù)向右運動 P 繼續(xù)升高又會使液體直入第二個凹處，這樣相繼被液體浸入，沿運動的方向就會產(chǎn)生泄漏，若軸向左運動控附在軸上的液體，出與上述的作用一樣，向內(nèi)產(chǎn)生泄漏。若向右向左泄漏量不等。向外泄漏量大雨向內(nèi)泄漏量，兩者之差稱之為 “0”形圈的 “外泄漏 ”，經(jīng)試驗研究， “哦 ”形圈的泄漏量的新響因素列入下式 （ p） /F（ h）式中： U——寫；泄漏量（毫米 /小時） D——軸經(jīng)（厘米） R——液體黏度（厘拖） U——往復平均速度（厘米 /小時） F（ p）； F（ h） ——分別是液壓和 “O”形圈硬度有關函數(shù)。 （三）旋轉(zhuǎn)密封：密封原理與油封類似，將在油封中敘述。 （ 3） “O”形圈作為往復密封時（如圖 5）可以裝在活塞上或裝在油缸上兩種安裝形式。 壓縮量計算如下： S=do(D1d1)/2=doh 式中： S—壓縮量 do—“O”形圈自由狀態(tài)斷面直徑（毫米）見圖 6 壓縮率按下式 計算 K=S/do*100% 壓縮率的選取值見表 2=（ d1+do） d1+do 式中： 2——拉伸量 d1——“O”形圈實際內(nèi)徑（毫米） do——“O”形圈自由斷面直徑（毫米） d1 ——活塞槽底徑或活桿直徑（毫米） 由上表可知，密封的形式不同，其拉伸與壓縮率都較大，動密封較小，特別是旋轉(zhuǎn)密封，不但不需要拉伸量，反而 “O”形圈的內(nèi)徑比軸徑還要大，壓縮也很小，這樣可以防止高速旋轉(zhuǎn)生熱，使 “O”形圈收縮，使磨檫加劇而過于損壞，采用放大 “O”形圈方法，可提高 “O”形圈有于旋轉(zhuǎn)密封的壽命。 “O”形圈的壓縮永 久變形，壓縮永久邊形是控制 “O”形圈質(zhì)量的一項重要措施。壓縮永久變形大，使 “O”形圈在短期內(nèi)就會失去密封作用，因為使密封所需要的接觸壓力的分布狀態(tài)，壓縮永久變形主要決定于膠料本身的的性能，以及使用溫度。 （四）其它類型 “O”形圈 由于 “O”形圈在密封制品中有它的獨特的優(yōu)點，諸如結構簡單，使用方便，成本低，占空間位置小，適應性廣等，所以各行各業(yè)需要的密封制品都盡量采用 “O”形圈，而且對 “O”形圈的研究，擴大使用范圍，仍在不斷地加緊進行著，新形的“O”型圈不斷出現(xiàn)，種款很多，如突冠形 “O”形圈， MY 形、 X 形、 △ 形、 D 形、斷面的 “O”形圈，組合形的 “O”行圈，各有特點，在今后的生產(chǎn)中，應大力開發(fā)。 二、油封： （一）、油封簡歷 油封主要用于旋轉(zhuǎn)運動封油的密封件，大多數(shù)主油封，都裝有彈簧作為密封接觸壓力的主要來源。由于金屬彈簧的耐性、耐疲勞性（長期使用無應力衰減），以及它的可調(diào)性（彈簧長度的調(diào)）好，同時由于油封唇口部位不像 “O”形圈那樣直接裝在溝槽里，而是通過一定柔性的腰部與骨架相連，這樣它具有一定的隨應性（即加工精度不需像 “O”形那樣高，允許一定的偏心度），新的油封很廣泛用于一般的旋轉(zhuǎn)密封，并經(jīng)過不斷研究，新型的、 壽命長的、速度高的油封也正在研制開發(fā)。 常用油封結構形式和特征 類型 特征 單唇口型 最常見形式，用于無塵環(huán)境，壓力 － 公斤／厘米 2 雙唇口型 有防塵唇，用于無塵環(huán)境，兩唇之間填潤滑油 無彈簧型 用于密封潤滑脂或除塵， 35 單唇型并用 耐壓型 一般耐壓 3 公斤／ /厘米 2，骨架延伸腰部或唇部 抗偏心型 腰部呈 W 型，可在偏心較大的部位密封 往復型 往復運動用，主唇封油，外唇保護油膜 兩側(cè)密封型 同時可兩側(cè)封油，不使兩種潤滑油混合 單向回流型 正轉(zhuǎn)能將要漏的油回流，適用于高速密封，反轉(zhuǎn)加速 漏油 雙向回流型 可正反轉(zhuǎn)密封，適用于高速密封 （二）油封密封原理 邊界潤滑理論：就是油封裝配后至工作狀態(tài)時，唇口與軸的接觸面之間，形成一層油膜，油膜的厚度隨徑向力的大小而變化，當油膜厚度在一寂靜的范圍內(nèi)（平均厚度約為 ,波動約 2050%,這一厚度隨油的種類不同而異） ,可以獲得密封效果 ,這一油膜稱之為 “邊界油膜 ”它與被密封面對油的吸附能力有關 ,一量泄漏 ,就意味著邊界油膜被破壞 ,形成流體油膜或干摩擦 (最終導制流體油膜 )。一般情況 ,接觸壓力呈現(xiàn)尖銳狀分布更利于密封 ,(見圖 ) 表面張力密封理論 :認為在接觸面上，油膜有一定的厚度而不發(fā)生泄漏，是由于油膜存在著表面張力的結果。（如圖） 唇口下面有一層封閉油膜（厚度約 毫米）一方面起到潤滑作用 ,另一方面油膜的厚度剛好是以在唇口大氣一側(cè)形成彎月面 ,只要這一彎月面存在，表面張力就可以陰止油液的泄漏 ,按這一理論 ,油對被密封表面的 “潤滑 ”性愈差 ,接觸面的接觸寬度愈大 .油的壓力差愈大 ,表面張力的作用更容易獲得密封 ,但實際上 ,對于一般形狀的油封 ,接觸寬度大是對密封不利的 ,這是由于加工精度因素影響 ,接觸寬度愈大 ,摩擦愈厲害 ,不易保持油膜的原因 . (三 )油封的結 構設計 : 油封的徑向力與各部尺寸的設計：徑向力是指油封緊箍在軸上的緊箍力，它來源于彈簧與唇口部位的收縮，及油封腰部的變形。徑向力有全徑向力和單位周長徑向力，它們的關系如下式： 全周徑向力 P∏=∏d1pr 式中： P∏—全周徑向力（克） d1—軸徑 （厘米） pr—單位周長徑向力（克／厘米） 徑向力是控制油封質(zhì)量的一項重要指標，過大，過小都將影響密封效果，通過試驗總結推薦的適宜徑向力范圍列入下表 軸徑（毫米） 總徑向力（公斤） 單 位周長徑向力（克／厘米） 最低 最高 最低 最高 40 60 80 100 121 242 一般高速油封 Pr(單位徑向力 )在 100 克／厘米左右 ,低速油封可以取高一些 ,油封的徑向力的大小除了通過實際測量 ,修正外 ,在設計時還可以進行計算 ,如下式 Pr= P 過盈量 +P 腰 +P 彈 式中 : Pr =單位周長的總徑向力 克／厘米 P 過盈量 －唇口 部的過盈量引起橡膠收縮 ,作用于軸上單位長度的徑向力 . P 腰 －油封腰部變形而引起的單位長度的徑向力 克／厘米 P 彈 －彈簧收縮引起的單位長度的徑向力 克／厘米 P 過盈 － n1EF／ R12=（ D1d） EF/2R12 式中： E油封膠料伸張性模量克 /厘米 R1－軸半徑 厘米 D1－軸直徑 d－油封自由狀態(tài)內(nèi)徑 厘米 n1－油封過盈量的一半 n1= D1－ d/2。( D1 d) －過盈量 F－唇口部位的斷面積 厘米 2 P 腰 =n1ES13/4L3 式中： S1－ 油封腰部厚度 厘米 L－油封腰部厚度 厘米 P 彈 2（ T+P0） /D2 式中： P0－彈簧預應力 克 D2—彈簧工作狀態(tài)的內(nèi)徑 厘米 T—彈簧工作狀態(tài)的張應力 克 T=L1D44G/64nr3 式中： L1—彈簧工作狀態(tài)的拉伸長度 厘米 G—彈簧鋼材的扭轉(zhuǎn)彈性模量 克 /厘米 2 d4—鋼絲直徑 厘米 n—彈簧的圈數(shù) r—彈簧的平均半徑： r=d3d4/2 d3—彈簧外直徑 各尺寸參照圖（略） 影響油封存的徑向力的大小，其中彈簧是主要的，約占總徑向力的 7080%，它決定于膠料的彈性 模量 E，過盈量（ D1d），以及唇口部位與腰部的幾何尺寸，而這些幾何尺寸多受油封規(guī)格的限制，不能任意調(diào)整，采用調(diào)節(jié)膠料的彈性模量（或硬度）來調(diào)節(jié)器節(jié)徑向力也不是主要目標。膠料的模量主要從油封的密封性能、壽命、環(huán)境等來考慮的。徑向力的計算雖然是近似的，但它從理論上反映了徑向力的本質(zhì)，對油封的設計有指導意義。油封各部位尺寸的設計，參照下列各表 封油彈簧圈各部位參考尺寸單位：毫米 油封內(nèi)容 ＜ 18 ＞ 18－30 ＞ 30－50 ＞ 50－80 ＞ 80－120 ＞ 120－ 180 ＞ 180 d4 d3 d2 D1+1 D1+1 D1+1 D1+1 D1+2.0 D1+2.5 D1+2.5 L ∏d2+L’177。 ∏d2+L’177。 ∏d2+L’177。 ∏d2+L’177。 ∏d2+L’177。 ∏d2+L’177。 ∏d2+L’177。 L’ 注： D1為軸徑 油封的磨擦扭矩：橡膠的摩擦特性與其他剛體不同，影響的摩擦因素較多，特別受溫度和作用的 時間影響較大，而對一般剛體材料則不需要考慮。它可以在較大的溫度范圍（例如金屬與金屬的摩擦）測量出相同的摩擦系數(shù)，同時在接觸面上兩物體停置的時間（作用時間）長短也不影響其數(shù)值。因此對于橡膠的摩擦特性不能采用一般的物理上的概念進行準確有效的測量出它的摩擦系數(shù)。對油封來說，一般只能在特定的條件下，測量它的摩擦扭矩 M，通過摩擦扭矩計算出摩擦系數(shù)，控制適當?shù)姆秶? M=∏DMP r 式中： M摩擦扭矩， D1軸徑， P r徑向力， 181。摩擦系數(shù) 油封摩擦系數(shù) 滑潤油 最低 最高 2潤滑油 1錠子油 3陸用內(nèi)燃 機油 2氣缸油 在表中，是 ρ+0油封的摩擦系數(shù)，隨著軸徑的增加，摩擦系數(shù)與軸徑的 1/3次方或正比的增加。若摩擦扭矩（或摩擦系數(shù)）太大，導致唇口溫升增加，油封易磨損，使用壽命降低；若太小可能徑向力太小，接觸油膜太厚，易形