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軋機軸承座雙骨架油封的研制
2012-10-12
作者：張紅燁
（廣州機床研究所密封分所）
1995年底，攀鋼委托我所研制一批雙骨架油封，樣品是國外某公司的產品，在消化樣品、查閱圖紙及分析工況的基礎上開展研制工作。（廣州機床研究所密封分所）
攀鋼HC軋機工作輥軸承座工況條件：工作溫度：50℃；工作介質：643＃美孚潤滑油；工作速度：14m/s(Z大)。
工作輥有二對，軸承座采用了兩種規格的雙骨架組合油封，其使用方式為單件使用和組合使用(一對油封中間加隔離環)兩種。見表1。標注方式為：內徑×外徑×寬度，本文以雙骨架組合油封290×330×18mm為例，對結構設計和制造工藝進行介紹。
表1 骨架油封結構及使用方式
雙骨架組合式油封組成元件為外骨架、內骨架、橡膠件及彈簧四種，各一件，橡膠件是油封的密封唇部，內、外骨架緊配合，固定橡膠部分，并且外骨架包覆內骨架。雙骨架組合增強骨架剛性和強度，減少單骨架油封在裝配和使用過程中易引起的變形。
產品設計具有三方面內容：組合油封的整體結構設計；橡膠件的設計；內骨架及外骨架的結構設計；彈簧參數的選取等等。
(1)組合油封設計：測繪分析進口樣品及參照軸承座油封裝配尺寸后，290×330×18mm油封設計尺寸確定為：外徑330mm，太大引起油封裝配困難，太小則不能達到密封效果；內徑(密封唇)裝彈簧后為290mm，過盈小會引起漏油，太大則易引起加速磨損，從而影響油封的使壽命；油封高度H為：18mm，見圖1(a)。
(2)橡膠件結構設計：按組合油封整體結構來設計橡膠件的尺寸參數。
腰部厚度為4.56mm；
Z小內徑為284.66mm，切唇后，唇口尺寸為287.0mm；
Z大高度為11.5mm。見圖1(b)
(3)油封骨架設計，骨架選用現有規格的冷軋薄板，采用沖壓成型，材質為F08，厚度為1.5mm、2.0mm，結構尺寸見圖1(c)和(d)。
(4)彈簧參數選取：選用不銹鋼拉力彈簧，線徑d＝0.6mm、直徑D＝3.5mm。
圖1
2 模具設計(1)二種骨架模具設計：油封所用的二種骨架采用外協加方式，模具由供貨廠家設計制造。
(2)橡膠件模具設計見圖2。
圖2 油封290×330×18橡膠件模具結構
(3)內外骨架組合成型模具設計。
3 成型工藝及產品成型
(1)橡膠件成型：①成型：氟膠膠料預成型(周邊均勻)；稱量，膠料不宜過多；否則，橡膠底部尺寸超高；膠料不宜過少，否則會缺膠。一次硫化180℃×20min；二次硫化200℃×12h。②修邊：修除多余毛邊，但不能刮傷產品。③檢驗：尺寸是否合格(底部尺寸是否超高，沿周邊方向是否均勻)，外觀是否有雜質、裂紋傷痕等缺陷。
(2)骨架機械加工：①骨架車削加工：沖壓出的骨架僅僅只能算毛坯，必須經車削加工尺寸精度達到要求后才能正式使用。加工時，先取一尺寸合適的尼龍管料，夾在車床卡盤上，車一底座，底座直徑要求和骨架外圓為緊配合，骨架采用外圓和底面定位，把骨架裝入底座進行加工，骨架裝夾方法如圖3所示。②骨架去毛刺：骨架加工所產生的毛刺易劃傷橡膠，應去除。
圖3 骨架加工時裝夾示意
(3)雙骨架成型：①內、外骨架與橡膠的定位和外骨架的翻邊。大小骨架與密封唇部的裝配組合成型。方法有兩種：一種是模壓成型；另一種是在車床上滾邊成型，從雙骨架油封的具體結構及我所的現有條件考慮我們選擇種成形方法。其原理是：首先把大小骨架與橡膠件合理裝配，在模具中準確定位，然后用硫化機分兩步成型，步先用模具的斜面將外骨架翻邊成斜面；第二步再用直角平面將斜面壓平。②外圓精車：油封裝配使用時外圓和溝槽為緊配合關系，油封外圓公差為S6，粗造度為
。因此，單邊加工余量僅僅只有0.4～0.5mm。用尼龍車一底座，底座外圓和工序①加工的內圓為動配合關系，但不能太松。尾部借用一個十字架，用頂尖頂緊，加工時分兩刀切削，以保證加工精度和表面光潔度，見圖4。加工后產品外徑為330.22mm，在公差要求的范圍內。③唇口車削加工：用尼龍車一底座，以外圓和底面定位，小拖板轉45度定位。切削時進刀要慢，切完后用沙條拋光切削處。見圖5。④裝彈簧：裝上彈簧后油封唇口內徑287.25mm，過盈量為2.75mm。⑤防銹處理及包裝：油封的骨架殼體全涂防銹油，以避免運輸儲存時生銹。防銹油采用本所生產的干性透明防透油，并采用透明塑料袋抽真空包裝，并附上合格證。 
圖4 油封外圓精車原理
圖5 油封切唇原理
4 結論(1)本文對組合式油封及其組成元件的結構和加工工藝作了有益探討，采用非硫化粘合的方式制造油封。
(2)本文是一個國產化項目的歸納總結，該項目通過了本所組織的專家鑒定。
(3)為攀鋼研制并提供了兩批雙骨架組合油封，經過一年多的裝機運行，我所試制的雙骨架油封，密封效果較好，使用壽命也達到了要求，能滿足現場的使用，可以替代進口件。
(4)本項目存在工藝復雜、產品質量控制難度較大，廢品率較高和成本高等不足，有待于改進和提高。
參考文獻
［1］《橡膠工業手冊》(冊)，謝遂志，化學工業出版社。
［2］《機械設計手冊》(第二冊)，張繼銑，機械工業出版社。
來源：《潤滑與密封》 1999年第06期
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