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轧机轴承座双骨架油封的研制

2012-10-12

作者：张红烨
（广州机床研究所密封分所）
　　1995年底，攀钢委托我所研制一批双骨架油封，样品是国外某公司的产品，在消化样品、查阅图纸及分析工况的基础上开展研制工作。
　　攀钢HC轧机工作辊轴承座工况条件：工作温度：50℃；工作介质：643＃美孚润滑油；工作速度：14m/s(Z大)。
　　工作辊有二对，轴承座采用了两种规格的双骨架组合油封，其使用方式为单件使用和组合使用(一对油封中间加隔离环)两种。见表1。标注方式为：内径×外径×宽度，本文以双骨架组合油封290×330×18mm为例，对结构设计和制造工艺进行介绍。

表1　骨架油封结构及使用方式
　　1　产品结构设计
　　双骨架组合式油封组成元件为外骨架、内骨架、橡胶件及弹簧四种，各一件，橡胶件是油封的密封唇部，内、外骨架紧配合，固定橡胶部分，并且外骨架包覆内骨架。双骨架组合增强骨架刚性和强度，减少单骨架油封在装配和使用过程中易引起的变形。
　　产品设计具有三方面内容：组合油封的整体结构设计；橡胶件的设计；内骨架及外骨架的结构设计；弹簧参数的选取等等。
　　(1)组合油封设计：测绘分析进口样品及参照轴承座油封装配尺寸后，290×330×18mm油封设计尺寸确定为：外径330mm，太大引起油封装配困难，太小则不能达到密封效果；内径(密封唇)装弹簧后为290mm，过盈小会引起漏油，太大则易引起加速磨损，从而影响油封的使寿命；油封高度H为：18mm，见图1(a)。
　　(2)橡胶件结构设计：按组合油封整体结构来设计橡胶件的尺寸参数。
　　腰部厚度为4.56mm；
　　Z小内径为284.66mm，切唇后，唇口尺寸为287.0mm；
　　Z大高度为11.5mm。见图1(b)
　　(3)油封骨架设计，骨架选用现有规格的冷轧薄板，采用冲压成型，材质为F08，厚度为1.5mm、2.0mm，结构尺寸见图1(c)和(d)。
　　(4)弹簧参数选取：选用不锈钢拉力弹簧，线径d＝0.6mm、直径D＝3.5mm。
图1
 
　　2　模具设计
　　(1)二种骨架模具设计：油封所用的二种骨架采用外协加方式，模具由供货厂家设计制造。
　　(2)橡胶件模具设计见图2。
图2　油封290×330×18橡胶件模具结构

　　(3)内外骨架组合成型模具设计。
　　3　成型工艺及产品成型
　　(1)橡胶件成型：①成型：氟胶胶料预成型(周边均匀)；称量，胶料不宜过多；否则，橡胶底部尺寸超高；胶料不宜过少，否则会缺胶。一次硫化180℃×20min；二次硫化200℃×12h。②修边：修除多余毛边，但不能刮伤产品。③检验：尺寸是否合格(底部尺寸是否超高，沿周边方向是否均匀)，外观是否有杂质、裂纹伤痕等缺陷。
　　(2)骨架机械加工：①骨架车削加工：冲压出的骨架仅仅只能算毛坯，必须经车削加工尺寸精度达到要求后才能正式使用。加工时，先取一尺寸合适的尼龙管料，夹在车床卡盘上，车一底座，底座直径要求和骨架外圆为紧配合，骨架采用外圆和底面定位，把骨架装入底座进行加工，骨架装夹方法如图3所示。②骨架去毛刺：骨架加工所产生的毛刺易划伤橡胶，应去除。
图3　骨架加工时装夹示意
　　(3)双骨架成型：①内、外骨架与橡胶的定位和外骨架的翻边。大小骨架与密封唇部的装配组合成型。方法有两种：一种是模压成型；另一种是在车床上滚边成型，从双骨架油封的具体结构及我所的现有条件考虑我们选择种成形方法。其原理是：首先把大小骨架与橡胶件合理装配，在模具中准确定位，然后用硫化机分两步成型，步先用模具的斜面将外骨架翻边成斜面；第二步再用直角平面将斜面压平。②外圆精车：油封装配使用时外圆和沟槽为紧配合关系，油封外圆公差为S6，粗造度为。因此，单边加工余量仅仅只有0.4～0.5mm。用尼龙车一底座，底座外圆和工序①加工的内圆为动配合关系，但不能太松。尾部借用一个十字架，用顶尖顶紧，加工时分两刀切削，以保证加工精度和表面光洁度，见图4。加工后产品外径为330.22mm，在公差要求的范围内。③唇口车削加工：用尼龙车一底座，以外圆和底面定位，小拖板转45度定位。切削时进刀要慢，切完后用沙条抛光切削处。见图5。④装弹簧：装上弹簧后油封唇口内径287.25mm，过盈量为2.75mm。⑤防锈处理及包装：油封的骨架壳体全涂防锈油，以避免运输储存时生锈。防锈油采用本所生产的干性透明防透油，并采用透明塑料袋抽真空包装，并附上合格证。
图4　油封外圆精车原理
图5　油封切唇原理
　　4　结论
　　(1)本文对组合式油封及其组成元件的结构和加工工艺作了有益探讨，采用非硫化粘合的方式制造油封。
　　(2)本文是一个国产化项目的归纳总结，该项目通过了本所组织的专家鉴定。
　　(3)为攀钢研制并提供了两批双骨架组合油封，经过一年多的装机运行，我所试制的双骨架油封，密封效果较好，使用寿命也达到了要求，能满足现场的使用，可以替代进口件。
　　(4)本项目存在工艺复杂、产品质量控制难度较大，废品率较高和成本高等不足，有待于改进和提高。
　　参考文献
　　［1］《橡胶工业手册》(册)，谢遂志，化学工业出版社。
　　［2］《机械设计手册》(第二册)，张继铣，机械工业出版社。
来源：《润滑与密封》　1999年第06期

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