張 甜

（臨沂職業(yè)學院 工程系, 山東 臨沂276017）

新型PTFE油封自定位工裝設計與改進

張 甜

（臨沂職業(yè)學院 工程系, 山東 臨沂276017）

PTFE油封憑借其優(yōu)良的耐高溫、耐介質(zhì)、耐壓力、長壽命等特性，在汽車發(fā)動機以及很多軍工設備中得到日益廣泛的應用。國內(nèi)從20世紀90年代開始，陸續(xù)有企業(yè)生產(chǎn)PTFE油封。然而，國產(chǎn)件的質(zhì)量穩(wěn)定性還差得很遠，主要表現(xiàn)在PTFE油封在裝配時直接損壞密封唇片或者外徑密封面，導致直接失效。其主要原因是國產(chǎn)PTFE油封內(nèi)徑和外徑的同心度差。設計了一種自定位的裝配工裝，它具有自動定位功能，試驗結(jié)果表明，這種工裝可以保證PTFE油封產(chǎn)品的同心度達到要求。

PTFE油封；唇形密封；同心度；自定位；工裝

0 前 言

РТFЕ最早被用在軍事工業(yè)，直到20世紀50年代才開始用于靜止密封元件。70年代開始，國外一些大公司設想利用РТFЕ來替代橡膠，制造唇形密封。直到1975年，美國Маthеr公司率先提出了一種寬唇口結(jié)構(gòu)的РТFЕ密封件，也就是現(xiàn)在РТFЕ油封的前身。它的加工工藝為：先將РТFЕ材料壓成圓薄片，然后拉成喇叭狀，再夾在金屬內(nèi)、外殼中，中間夾一層橡膠彈性片。這種新型結(jié)構(gòu)的密封件與以往的橡膠密封明顯不同，不僅結(jié)構(gòu)簡單，無需螺旋彈簧，且與軸的接觸面積寬，一般有3～4mm。由于РТFЕ具有很高的自潤滑性，唇口不易燒壞。但該類型密封的唇口內(nèi)壁光滑，封油效果不佳，因此出現(xiàn)了唇口內(nèi)壁刻有“反旋螺紋槽”的動力型密封（如圖1所示）。它利用螺紋槽的作用，使軸表面的一層油膜受到螺紋槽的內(nèi)推力，從而阻止油膜向外滲漏。這種油封上世紀80年代得到發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使唇形旋轉(zhuǎn)密封產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。目前國外的油封唇口片大多采用模壓螺紋型，而國內(nèi)基本上采用車削螺紋型，通過在端面車削螺紋，提高對軸的追隨型，使密封性能，特別是靜態(tài)的密封性能大大改善。

圖1 帶有反旋螺紋槽的動力型密封示意圖

РТFЕ油封由于其加工工藝的限定，唇片的形狀形成需要在油封成型后，用特制工裝進行定型，以保證油封在裝配時容易裝配，不出現(xiàn)翻唇等情況，也保證了產(chǎn)品的最初抱軸力，避免早期泄漏，一般特制成型工裝的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PTFE油封的特制成型工裝結(jié)構(gòu)

同心度是指產(chǎn)品的內(nèi)徑形成的圓的圓心，至產(chǎn)品外徑形成的圓的圓心之間的距離。其測定方法為：使用無接觸測量儀（視頻投影儀，或者ссd影像檢測儀），在產(chǎn)品自然保持2h以后，測定內(nèi)外徑形成的圓心的距離。

現(xiàn)在國內(nèi)采用的一般為熱定型，其加工的流程一般為：

在熱定型前安裝工裝時，一般沒有安裝設備，僅靠手工安裝。手工安裝時受力不均勻，同時該種結(jié)構(gòu)在定型時沒有內(nèi)徑和外徑的同時定位作用，這樣很難保證產(chǎn)品的同心度。一旦出現(xiàn)同心度變大之后，由于РТFЕ本身具有塑料的性能，即使將其加熱處理，也很難恢復到原來的形狀，從而導致РТFЕ油封在裝配時，出現(xiàn)裝配失效。

1 同心度對裝配失效的影響

選取同心度在0.15mm、0.20mm、0.30mm、0.35mm、0.40mm、0.45mm的產(chǎn)品各10件，用內(nèi)徑定位去裝配外徑（即在裝配時，先裝配內(nèi)徑和軸，然后用軸的導向再裝配孔），出現(xiàn)失效的數(shù)量統(tǒng)計如表1所示。

由圖3可以看出，當產(chǎn)品的同心度小于等于0.3mm時，裝配時將不會出現(xiàn)失效情況。所以我們在工裝設計時，需要保證產(chǎn)品的同心度小于0.3mm。

表1 同心度對裝配失效的影響

圖3 不同同心度裝配失效的數(shù)量對比

2 工裝設計改進與驗證

2.1 設備設計

工作原理如下：

（1）將圖2所示的保持工裝產(chǎn)品放入工裝內(nèi)，然后放入產(chǎn)品；

圖4 設備設計示意圖

（2）啟動設備動力開關，使氣缸1、氣缸2、氣缸3同時進入氣體，開始運動；

（3）氣缸1的直徑為氣缸2和氣缸3的8倍左右，所以氣缸2和氣缸3的動作速度快，到位后直接可以壓制油封，防止上移；

（4）氣缸1頂壓保持工裝，進入產(chǎn)品內(nèi)部，將РТFЕ油封唇片形成。

2.2 工裝設計

定位原理如下：

（1）固定模對產(chǎn)品的外徑進行定位；

（2）氣缸運動時，將活動模推進固定模內(nèi)；

（3）組裝后定位靠固定模的內(nèi)徑與活動模的外徑進行定位。

圖5 工裝設計示意圖

2.3 工裝的驗證

選取30件產(chǎn)品進行驗證，實際測量數(shù)據(jù)如圖6所示，概率分析如圖7所示。

圖6 同心度與樣本序號的散點圖

由圖7的概率計算分析圖表可以看出，大于0.3mm的概率為10.3%，還有很大的改進空間。

2.4 工裝的改進

定位不精確主要有以下兩個原因：（1）裝配工裝固定模與活動模之間的間隙為0.2mm，如果沒有間隙或者間隙比較小，氣缸本身沒有定位導向功能，會出現(xiàn)工裝擦傷，導致壽命降低；（2）產(chǎn)品的外徑與固定模結(jié)合處也必須有一定間隙，保證產(chǎn)品取放方便。針對以上兩個原因?qū)ぱb進行更改，如圖8所示。

圖7 工裝改進前的概率分析圖

圖8 工裝改進示意圖

（1）在固定模與活動模之間的配合，更改成有角度的斜面配合，使工裝在自身裝配時就產(chǎn)生自定位功能，實現(xiàn)不依靠設備或氣缸進行定位，而僅靠自身定位；

（2）在固定模與產(chǎn)品外徑配合的尺寸上，增加45°導向角，保證方便操作。

2.5 改進后工裝的驗證

正常生產(chǎn)200件產(chǎn)品，實際數(shù)據(jù)如圖9、10所示。

由圖10概率計算分析圖表可以看出，大于0.3mm的概率為3.807 7×10-9，超過六西格瑪水平。

3 結(jié) 論

（1）РТFЕ產(chǎn)品在安裝時，內(nèi)外徑的同心度大于0.3mm時，就會出現(xiàn)正常裝配方法下的裝配失效情況，比率隨著同心度的增大而增加。

圖9 偏心量對樣本序號的散點圖

（2）裝配工裝依靠直面定位的工裝，不能有效控制產(chǎn)品的同心度。

（3）自定位工裝可以有效控制產(chǎn)品的同心度，達到質(zhì)量控制的水平。

圖10 工裝改進后的概率分析圖

在生產(chǎn)過程控制中，有效地利用工裝可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。同時，能夠設計出適合的工裝，對生產(chǎn)過程的控制也尤為重要。

[1] 徐下忠, 吳周安, 王樹華, 劉建華.改性聚四氟乙烯汽車油封材料的研究與發(fā)展[C].中國氟化工可持續(xù)發(fā)展研討會.

[2] 樂啟發(fā), 王紅進, 葉昌明. 填充聚四氟乙烯油封的研究與發(fā)展[J].化工生產(chǎn)與技術,2000,7(5)：28-30.

[3] 陳登隆. 國內(nèi)汽車油封生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展[C]. 第二屆全國橡膠制品技術研討會.

[責任編輯：朱 胤]

康迪泰克公司在華研發(fā)中心開張

康迪泰克公司在中國的第一家裝配及減振控制技術研發(fā)中心日前開張。

該研究與開發(fā)中心位于常熟，距離上海100公里。該中心將與吉利、通用和上海大眾等汽車制造商密切合作，開發(fā)和制造“創(chuàng)新型”的橡膠制品。

作為老牌的德國公司，康迪泰克為該中心投資約800萬歐元，歷時8個月完成建設。該中心有30名中國工程師，負責研發(fā)生產(chǎn)原型發(fā)動機架、減振器和襯套。

康迪泰克減振控制業(yè)務部的負責人表示，該公司已做了很明確的決定，就是在全球重要的汽車制造商聚集的地區(qū)布局發(fā)展，比如在歐洲、北美、南美，現(xiàn)在也在亞洲發(fā)展該公司業(yè)務。此舉可以使康迪泰克公司以其全球化的平臺，支持其產(chǎn)品特征及服務，并能快速而準確地滿足所有重要區(qū)域的客戶在當?shù)氐男枨蟆?/p>

（謝 立）

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1671-8232(2014)02-0046-04

2013-11-20

張?zhí)?1984- ) ， 女，碩士研究生,臨沂職業(yè)學院工程系機電教研室。2009年畢業(yè)于青島科技大學控制理論與控制工程專業(yè)，研究方向為機械加工和數(shù)控技術。