金屬密封墊圈裝配次數(shù)探討

秦運(yùn)德 沈小波 盧力源 李夢喆

摘 要：密封墊片是一種用于機(jī)械、設(shè)備、管道只要是有流體的地方就是用的密封備件，金屬密封墊片是以金屬板狀材質(zhì)，經(jīng)切割，沖壓或裁剪等工藝制成，用于管道之間的密封連接，機(jī)器設(shè)備的機(jī)件與機(jī)件之間的密封連接。密封墊設(shè)計參數(shù)很重要，但如何正確使用密封墊次數(shù)對密封功能起到?jīng)Q定性作用。

關(guān)鍵詞：金屬密封墊 裝配 次數(shù)

1 引言

金屬密封墊片具有精密度高，拉力度強(qiáng)，光潔度好，有韌性，不易折斷的特點(diǎn)，在變速器行業(yè)運(yùn)用廣泛，比如加、放油塞、倒車燈開關(guān)等，金屬密封墊常見的失效形式為變形，加工紋路粗糙、安裝平面不平整，最終導(dǎo)致密封失效。影響密封墊密封功能的主要因素有螺栓扭矩，油溫，油壓、殼體配合面精度，及裝配次數(shù)等。在此本文通過對裝配次數(shù)的研究與墊片變形的規(guī)律研究，從而得出使用次數(shù)對密封性能的影響。

2 問題描述

某公司一變速器上放油塞使用的密封墊圈金屬墊圈，材料為銅，整車裝配變速箱時，發(fā)現(xiàn)油底殼放油螺栓處滲油，密封墊圈的裝配位置如圖1所示。

故障墊圈拆解驗(yàn)后變形情況如圖2。

3 問題分析

拆解發(fā)現(xiàn)墊圈變形嚴(yán)重，中間部分因沒有被螺栓法蘭受壓，有明顯的凸起。在校驗(yàn)室進(jìn)行測試會拆卸放油螺栓，然后重新擰緊，重新擰緊時，銅墊片已經(jīng)發(fā)生變形，變形為不可恢復(fù)塑性變形，二次使用在同等螺栓預(yù)緊力情況下，密封墊圈的變形量會有所變化。殼體加工表面會存在粗糙度、變形的問題，它們和墊片之間存在泄漏通道。密封墊圈二次使用后的變形量會有所變化，不能有效填充殼體平面之間的不平整間隙，造成滲油風(fēng)險，墊片密封原理如圖3。

密封墊圈一次裝配試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從分析數(shù)據(jù)分析：

1）一次裝配后墊片變形量最大為0.34，最小為0.27，平均值為δ1=0.296mm，油底殼為沖壓件，沖壓件平面度為Pmax=0.2;

2）一次裝配后，δ1>Pmax，密封墊圈的變形量可以填充殼體不平整度。

密封墊圈二次裝配試驗(yàn)結(jié)果如表2所示

從數(shù)據(jù)上分析：

1）二次裝配后，變形量最大為0.1，最小為0.05，平均值為δ2=0.064;

2）二次次裝配后，δ2=0.064

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果來看，裝配次數(shù)對密封墊圈密封性能有很大的影響。

4 理論分析

4.1 密封墊圈變形分析

密封墊圈承受螺栓的軸向預(yù)緊力F，在F的作用下，密封墊圈首先會產(chǎn)生變形，根據(jù)胡克律的內(nèi)容為;固體中的應(yīng)力σ與應(yīng)變ε成正比，即σ=Ε*ε

σ=F/A

ε=δ/L

即δ=FL/（EA）? ? ?公式1

式中E為常數(shù)，稱為彈性模量

F：螺栓的軸向預(yù)緊力F

A：密封墊圈有效接觸面積

δ：密封墊圈變形量

L：密封墊圈原始厚度

按照上述公式1，即在圖4中oa段，為彈性變形區(qū)域階段。

4.2 應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系

應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系如圖4所示

1）從上面試驗(yàn)分析，二次裝配的螺栓扭矩沒有變化，軸向預(yù)緊力沒有變化，但是墊片兩次的變形量有很大的差異。

2）墊片一次裝配過程中，墊圈首先產(chǎn)生了彈性變形，此階段變形量與應(yīng)力成正比，變形量隨應(yīng)力增加而增加。

3）從上面試驗(yàn)分析，一次裝配后的密封墊圈已經(jīng)產(chǎn)生了塑性變形，不可恢復(fù)。二次裝配過程中，此時墊圈處于c階段，進(jìn)入強(qiáng)化階段，變形量增加必須要增加應(yīng)力，即軸向預(yù)緊力要增加，在應(yīng)力不變情況下，變形量變化很小。

5 結(jié)束語

1）本文通過對密封墊圈裝配次數(shù)的試驗(yàn)分析，找到密封墊圈裝配次數(shù)與它變形量的關(guān)系，為金屬密封墊圈裝配次數(shù)提供試驗(yàn)依據(jù)。

2）通過應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系圖找到密封墊圈的變形趨勢，為金屬密封墊圈裝配次數(shù)提供風(fēng)險分析依據(jù);

3）強(qiáng)化階段應(yīng)力與應(yīng)變的具體關(guān)系還需要大量數(shù)據(jù)研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]《材料力學(xué)》 第四版 ?劉鴻文 主編.