白秋平, 行亞寧，肖江濤

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077)

0 引 言

冷等靜壓的工作原理為帕斯卡定律，即加在密閉容器內(nèi)的液體壓強(qiáng)能夠按照它原來(lái)的大小向各個(gè)方向均勻地傳遞。這就決定了它比傳統(tǒng)的用油壓機(jī)壓制有兩方面的優(yōu)點(diǎn)。它不僅可以壓制形狀較為復(fù)雜的壓坯,特別是附加值較高的異型件；而且由于壓制原理的不同,它壓制的壓坯密度在各個(gè)方向上是較為均勻的，具有良好的深加工性能?；谝陨蟽煞矫娴膬?yōu)點(diǎn), 冷等靜壓技術(shù)已在粉末冶金、特種陶瓷、耐火材料、碳材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用粉末冶金的方法制造大規(guī)格、超大規(guī)格的產(chǎn)品成為一種發(fā)展趨勢(shì)，所以直徑超過2 m，最高壓強(qiáng)超過300 MPa的亞洲最大規(guī)格冷等靜壓機(jī)就被研制出來(lái)。金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司于2010年5月投入使用1臺(tái)，承擔(dān)著公司壓制大規(guī)格、大批量的板、棒、坩堝等產(chǎn)品的工作，在生產(chǎn)過程中發(fā)揮著無(wú)法替代的重要作用。

1 大冷等靜壓機(jī)端蓋密封原來(lái)使用的情況

在冷等靜壓機(jī)中有一個(gè)重要的組成部分端蓋密封，冷等靜壓機(jī)中的高壓密封容器是由1個(gè)缸體和2個(gè)端蓋組成，這樣端蓋和缸體之間就要求是密封的，否則容器內(nèi)就無(wú)法建立起壓制成型所需要的壓強(qiáng)。在大冷等靜壓機(jī)的端蓋密封中有2個(gè)重要的密封件，銅高壓密封圈和YX密封圈，在使用過程中，上下端蓋密封頻繁出現(xiàn)漏油或漏液現(xiàn)象。平均大冷等靜壓機(jī)一年使用高壓銅密封圈3～4個(gè)，價(jià)值約30萬(wàn)～40萬(wàn)元，YX密封圈每年更換8條左右，價(jià)值約4.8萬(wàn)元，這僅是直接的備件成本。在壓制過程中，由于端蓋密封漏油或漏液，壓力升至50～80 MPa，升不上去，此刻就會(huì)造成3 t左右的物料成為廢品，這樣一次就會(huì)造成的直接損失接近12萬(wàn)元左右，更不要說維修所花費(fèi)的人力物力。所以研究和改造大冷等靜壓機(jī)的端蓋密封對(duì)于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效果，有著非常重要的意義。

2 大冷等靜壓機(jī)原端蓋密封的結(jié)構(gòu)、工作原理

2.1 大冷等靜壓機(jī)原端蓋密封的結(jié)構(gòu)

在大冷等靜壓機(jī)的端蓋密封中有2個(gè)重要的密封件，即銅高壓密封圈和YX密封圈，銅高壓密封圈安裝在安裝環(huán)上，YX密封圈安裝在其下方，并由壓環(huán)2為密封圈提供定位，其安裝部位見圖1。

2.2 端蓋密封的工作原理

在大冷等靜壓機(jī)上端蓋的密封中，采用銅密封圈和YX密封圈組合使用，當(dāng)工作缸內(nèi)液體增加時(shí)，YX密封圈的外唇邊和內(nèi)唇邊將充分張開，外唇邊和工作缸內(nèi)壁充分緊貼，內(nèi)唇邊與上端蓋外壁充分緊貼，使工作缸內(nèi)形成一個(gè)密閉容器，隨著工作缸內(nèi)壓力增大，YX密封圈對(duì)銅密封圈進(jìn)行擠壓，使銅密封圈發(fā)生形變，一方面與工作缸內(nèi)壁、上端蓋外壁進(jìn)行充分的機(jī)械密封，另一方面為YX密封圈提供支撐。

圖1 改造前的密封示意圖

3 端蓋密封發(fā)生故障的原因分析

在實(shí)際的加工制造過程中，由于工作缸缸徑較大，端蓋、缸體加工和工作缸體用鋼絲纏繞時(shí)橢圓度難以保證，導(dǎo)致銅高壓密封圈和工作缸內(nèi)壁密封間隙不均勻，在超高壓壓力下，銅高壓密封圈產(chǎn)生的形變還不能充分與原有間隙較大處的工作缸內(nèi)壁形成機(jī)械密封時(shí)，YX密封圈外邊部就會(huì)被擠入銅密封圈和工作缸內(nèi)壁的間隙中(如圖1所示)，當(dāng)壓力足夠大時(shí)，銅高壓密封圈產(chǎn)生較大的的形變，就會(huì)對(duì)橡膠材質(zhì)的擠入縫隙中的YX密封圈進(jìn)行切割，久而久之，YX密封圈首先被損壞，就會(huì)導(dǎo)致漏液，這時(shí)滲漏量較小，但由于工作缸內(nèi)外壓力差較大，所以滲漏的液體會(huì)對(duì)銅高壓密封圈外壁沖出導(dǎo)流槽，當(dāng)破壞到一定程度，密封就失去作用，工作液就會(huì)在此產(chǎn)生較大的泄漏。

4 密封圈改造

4.1 改造中需要解決的問題

(1)解決YX密封圈外棱邊在高壓下被擠壓到銅密封圈和工作缸內(nèi)壁的間隙中的問題。

圖2 損壞的銅高壓密封圈、YX密封圈

(2)銅密封圈與YX密封圈在工作液的壓力下向工作缸內(nèi)壁的變形要趨于一致。

4.2 改造方案及工作原理

改造實(shí)施方案及密封原理采用銅高壓密封圈、三角形銅密封圈、三角形YX密封圈組合密封技術(shù)。該組合密封圈中銅密封圈為原來(lái)的銅密封圈，在銅密封圈的下面增加1個(gè)三角型銅密封圈及1個(gè)三角形YX密封圈，這兩個(gè)三角形密封的斜面45度，相互配合。該組合密封圈的工作原理為：在工作缸內(nèi)工作液超高壓力下，三角型YX密封圈唇邊更加緊密的貼緊缸體內(nèi)壁及上端蓋外壁，同時(shí)隨著工作缸內(nèi)壓力增大，三角型YX密封圈在與三角形銅密封圈的接觸斜面上給三角形銅圈一個(gè)向外的擴(kuò)張力，因三角形銅密封圈橫截面積較小，在巨大的擴(kuò)張力作用下，三角形銅密封圈能充分向外擴(kuò)張，緊貼工作缸內(nèi)壁，并產(chǎn)生足夠的機(jī)械密封，保證超高壓密封可靠，保證了YX密封圈不致被擠入間隙中；另一方面三角形銅密封圈在三角形YX密封圈的壓力下，向上產(chǎn)生了一個(gè)擠壓銅高壓密封圈的力，使銅高壓密封圈變形，靠變形產(chǎn)生的摩擦力促進(jìn)三角形銅密封圈向外擴(kuò)張，增強(qiáng)組合密封圈的密封性能(見圖3、圖4)。

圖3 改造后的密封示意圖

圖4 改造后的實(shí)物圖

5 密封圈改造后的使用效果

(1) 改造后的組合密封具有良好的自動(dòng)補(bǔ)償密封面間隙的功能。

(2) 改造后的端蓋三角銅密封圈及三角形YX密封圈的費(fèi)用為8.5萬(wàn)元，成本小于原來(lái)1個(gè)銅高壓密封圈，且以后更換的備件變?yōu)槿倾~密封圈及三角形YX密封圈，成本有所降低。

(3)改造后的組合密封圈使用壽命顯著延長(zhǎng)。該組合密封圈目前已在設(shè)備上使用2年，未出現(xiàn)一次密封失效的滲漏油液?jiǎn)栴}，密封效果良好，年節(jié)約備件成本30萬(wàn)～40萬(wàn)元。減少了產(chǎn)品損失，目前帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益30萬(wàn)元/a。

6 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過此次對(duì)大規(guī)格冷等靜壓機(jī)端蓋密封的改造和應(yīng)用，改變了原來(lái)端蓋密封由于設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的頻繁滲漏油液，不僅大大延長(zhǎng)了密封圈的使用壽命，降低了設(shè)備運(yùn)行成本，而且避免了由于端蓋漏液產(chǎn)生的廢料，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。