輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(C)在O形密封中的應(yīng)用

趙百川，余海，張杰，黃鵬，吳宙平

(1.萬(wàn)向錢(qián)潮(上海)汽車系統(tǒng)有限公司，上海 201300；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

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輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(C)在O形密封中的應(yīng)用

趙百川1，余海2，張杰1，黃鵬1，吳宙平1

(1.萬(wàn)向錢(qián)潮(上海)汽車系統(tǒng)有限公司，上海 201300；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

摘要：密封是液壓元件正常工作的基本要求，泄漏作為一種重要的失效模式也是液壓密封元件生產(chǎn)制造領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。針對(duì)液壓密封部件在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)的粗糙度Ra、Rz與零件尺寸符合O形密封相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、但依然出現(xiàn)泄漏的一種O形圈密封失效模式進(jìn)行研究,確定輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(C)與O形密封失效的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：O形圈;泄漏;輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(C); 粗糙度

0引言

工程師一般在O形密封圈的設(shè)計(jì)過(guò)程中，非常關(guān)注表面粗糙度Ra[1]以及零件的幾何尺寸公差[2]對(duì)密封性的影響。在實(shí)際的生產(chǎn)與檢驗(yàn)過(guò)程中，制造與質(zhì)量部門(mén)對(duì)零件配合面的清潔度、O形密封圈的表面質(zhì)量[3]以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由于裝配造成的零件表面剝落物等都進(jìn)行嚴(yán)格的控制，來(lái)避免由于裝配細(xì)節(jié)造成的O形密封失效現(xiàn)象。但是，由于表面粗糙度Ra與零件的幾何尺寸不能全面衡量O形圈密封的密封性，在某液壓元件的試制現(xiàn)場(chǎng)依然出現(xiàn)了同一批次的若干零件的表面粗糙度Ra、相關(guān)零件的幾何尺寸均在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的5S與清潔度符合操作規(guī)范的情況下，同一臺(tái)檢測(cè)設(shè)備上出現(xiàn)了部分零件的O形密封失效、剩余零件O形密封合格的現(xiàn)象。實(shí)踐證明，單純依靠表面粗糙度Ra與零件的幾何尺寸不能完全解釋上述O形密封的失效現(xiàn)象。

1輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(C)[4]與O形密封

在表面粗糙度的測(cè)量過(guò)程中，輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(C)是評(píng)價(jià)零件表面微觀形狀特征的重要參數(shù)，在零件表面質(zhì)量的評(píng)價(jià)過(guò)程中具有很高的實(shí)用價(jià)值。但是，長(zhǎng)期以來(lái)由于只有少量?jī)x器可以測(cè)量輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(C)， 使其應(yīng)用受到了很大的限制。隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市場(chǎng)上很多便攜式粗糙度儀都已經(jīng)具備輪廓支撐長(zhǎng)度率的測(cè)量功能，這使得運(yùn)用輪廓支撐長(zhǎng)度率對(duì)重要零件表面進(jìn)行大批量測(cè)量與評(píng)價(jià)成為可能。目前市場(chǎng)上粗糙度儀的內(nèi)置測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)比較多，在我國(guó)的國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)中輪廓支撐長(zhǎng)度率的表示方式有兩種，其中GB/T 3505-2009 與GB/T3505-2000中輪廓支撐長(zhǎng)度率用Rmr(C)表示，與ISO 4287-1997和JIS B0601-2001中輪廓支撐長(zhǎng)度率的表示方法一致，而在GB/T 3505-1983中輪廓支撐長(zhǎng)度率用tp[5]表示，等效于GB/T 3505-2009中的相對(duì)支撐長(zhǎng)度率Rmr。文中所使用的測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為JIS B0601-2001。

零件結(jié)合面的表面質(zhì)量對(duì)于O形密封具有決定性影響，如果表面質(zhì)量不高O形密封圈受預(yù)壓后，材料無(wú)法完全填滿零件間的縫隙，會(huì)造成密封零件的輕微泄漏并導(dǎo)致泄漏檢測(cè)設(shè)備出現(xiàn)不合格報(bào)警。對(duì)于O形密封圈，查詢國(guó)標(biāo)GB/T 3452.3-2005推薦的O形密封配合溝槽和配合偶件表面的表面粗糙度要求，提供的Ra、Ry的相應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　　　　GB/T 3452.3-2005推薦的溝槽

注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為要求精度較高的場(chǎng)合應(yīng)用。

Ra、Ry雖然可以衡量零件表面的加工質(zhì)量，但只是體現(xiàn)了工件表面的微觀特征的幅度參數(shù)特性，無(wú)法反映工件表面微觀特性的間距參數(shù)特征，因而無(wú)法完全反映零件的密封性能。輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(C)作為混合特征參數(shù)并在評(píng)定長(zhǎng)度ln內(nèi)對(duì)表面微觀特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此，可以更好地解釋Ra合格工件的泄漏問(wèn)題，并提供設(shè)計(jì)參考。

2O形密封失效分析

在某液壓密封元件的試制現(xiàn)場(chǎng)，同一批次的若干零部件在Ra與幾何尺寸公差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，出現(xiàn)了部分零件密封失效、剩余零件密封合格的情況。清查生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)并通過(guò)內(nèi)窺鏡觀察該液壓元件的內(nèi)部情況，并未發(fā)現(xiàn)任何異物。針對(duì)密封合格零件與密封失效零件進(jìn)行反復(fù)的部件互換實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)噴淋肥皂水等方式確定泄漏位置，最終確定O形密封失效與配合偶件的隨動(dòng)關(guān)系。

3輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(C)的測(cè)量與分析

對(duì)于該O形密封的配合偶件，由于預(yù)壓后O型圈的有效接觸面積很小，而且該配合偶件的表面輪廓為周期性輪廓[6]，其輪廓單元平均寬度Rsm≤0.13 mm。參照GB/T 10610-2009選擇取樣長(zhǎng)度lr=0.25 mm，評(píng)定長(zhǎng)度ln=3×lr，濾波器λc=0.25 mm，λs=2.5 μm，濾波方式為高斯濾波[7]。為了得到配合偶件輪廓表面真實(shí)的微觀形貌特征，測(cè)量采用了非滑道的針式測(cè)量方式。

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1031-2009推薦的尺寸系列，圖2所示的曲線為合格零件與泄漏零件的輪廓的支撐長(zhǎng)度率曲線對(duì)比，合格零件的輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(30%)=40%， 而泄漏零件的Rmr(30%)[8]不足20%。雖然泄漏零件與合格零件的輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(30%)相差懸殊，但是兩者的Ra卻很接近并且都在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，因此單純用Ra無(wú)法解釋零件的O形密封失效。合格零部件與泄漏零件的其他表面特征參數(shù)對(duì)比如圖2所示。

圖2　合格零件與泄漏零件的輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(C)

表2　合格零件與泄漏零件的其他表面特征參數(shù)對(duì)比　μm

圖3與圖4所示的輪廓是經(jīng)過(guò)λc輪廓濾波器抑制長(zhǎng)波成份后形成的輪廓，是經(jīng)過(guò)人工修正的輪廓。在該輪廓評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)，泄漏零件輪廓峰之間相對(duì)距離比合格零件輪廓峰之間相對(duì)距離要大，這造成不同零件Rmr(30%)之間的差距。由于該批零件的加工由不同的機(jī)加工廠商完成，而這些廠家的加工中心的進(jìn)刀速度并不相同，而且表面處理過(guò)程亦存在差距。因?yàn)樯鲜霾町愒斐蒖mr(30%)的不同，使O形密封圈受預(yù)壓后，材料無(wú)法完全填滿零件間的縫隙，最終導(dǎo)致液壓密封元件O形密封的失效。

圖3　泄漏零件的輪廓掃描

圖4　合格零件的輪廓掃描

4小結(jié)

上述的分析與數(shù)據(jù)說(shuō)明：綜合考慮O形密封的失效原因，在評(píng)價(jià)O形密封配合偶件表面特征時(shí)，除了需要考慮常用的輪廓算數(shù)平均偏差Ra外，還需要考慮輪廓支撐長(zhǎng)度率Rmr(C)。 在制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與圖紙過(guò)程中，需要參考零件表面由于加工方式不同形成的具體輪廓特征，選取適合的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行Rmr(C)的評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn):

【1】崔宏英.O型密封圈的選用[J].煤，2007，16(2):117-118.

【2】王伯平.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

【3】GB/T 3452.2-2007液壓氣動(dòng)用O形橡膠密封圈 第2部分：外觀質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)范 [S].

【4】GB/T 3505-2009 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語(yǔ)、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)[S].

【5】GB/T 3505-1983 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語(yǔ)、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)[S].

【6】GB/T 10610-2009 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法評(píng)定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法[S].

【7】GB/T 18777-2009 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法相位修正濾波器的計(jì)量特性[S].

【8】GB/T 1031-2009 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值[S].

Application of Material Ratio of the Profile Rmr(C)to O Ring Sealing

ZHAO Baichuan1，YU Hai2，ZHANG Jie1，HUANG Peng1，WU Zhouping1

(1.Wanxiang Qianchao(Shanghai)Automotive Systems Co.,Ltd.,Shanghai 201300,China；2.SAIC-GM-Wuling Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545007,China)

Abstract:From the point of sealing principle of hydraulic parts, leakage is a very important failure model which many hydraulic parts manufacturers work on. Some hydraulic parts leaked during the assembly process while the geometry size and surface roughness such as Ra、Rz fit the O ring sealing standard. To solve the confusion, the relation between material ratio of the profile Rmr(C)and O ring sealing failure was analyzed.

Keywords:O ring; Leakage; Material ratio of the profile Rmr(C); Surface roughness

收稿日期：2015-06-15

作者簡(jiǎn)介：趙百川，男，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囍苿?dòng)系統(tǒng)。E-mail：zbckmust@qq.com。

中圖分類號(hào):TG8；TV2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)01-064-03