提高大尺寸O型密封圈合格率的研究

霍世超 崔文龍 閆竣程

摘 要：針對大尺寸O型密封圈一次模壓成型工藝合格率低的問題，采用提高模具強度、改變毛坯形狀、凈化處理原材料及生膠的措施，把產(chǎn)品一次驗收合格率由62%提高到92%，大大降低了產(chǎn)品生產(chǎn)的成本。

關(guān)鍵詞：大尺寸密封圈；合格率；錯位

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.002

0 引言

對接密封圈是箭體最外圍的一道密封保障，不但要確保彈體在靜止狀態(tài)下的密封系統(tǒng)正常，更重要的是要保證箭體在發(fā)射過程中變形后的密封性能良好。一旦箭體的級間段對接密封失效，將對箭體內(nèi)部環(huán)境造成毀滅性危害。對接密封圈直徑約2米，截面直徑約10厘米，國內(nèi)類似尺寸的密封圈成型一般采用擠出成型工藝，擠出成型工藝存在對接頭缺陷，不適宜用于軍工型號密封功能。級間段對接密封圈采用一次模壓成型，其成型工藝難度較高，生產(chǎn)合格率僅為62%，生產(chǎn)效率較低，成品成本高。本文梳理了密封圈的生產(chǎn)工藝過程，分析了廢品率及其成因，并提出改進措施，以提高大尺寸O型密封圈一次性成品合格率，降低生產(chǎn)成本。

1 密封圈生產(chǎn)工藝及廢品統(tǒng)計

1.1 工藝生產(chǎn)過程

生產(chǎn)工藝主要包括生膠混煉、毛坯制備、模具填充、一段硫化、開模、修邊等幾道工序。

橡膠制品通過將大分子原材料、炭黑、硫化劑等多種原材料在混煉機中充分混合制備成生膠備用，通過出片機依據(jù)產(chǎn)品形狀人工裁剪制備毛坯，經(jīng)過高溫高壓于模具中通過一段硫化成型，再經(jīng)人工修邊最終成為合格產(chǎn)品。

1.2 密封圈廢品統(tǒng)計

對生產(chǎn)的密封圈質(zhì)量情況進行了調(diào)查，統(tǒng)計了近期生產(chǎn)共574件產(chǎn)品，尺寸合格數(shù)量356件，合格率為62%。不合格品調(diào)查結(jié)果見表1。從表中可以看出廢品原因主要為產(chǎn)品錯位（如圖1），占總廢品51.8%；存在雜質(zhì)狀況（如圖2）占總廢品40.4%。

2 廢品成因分析

2.1 密封圈錯位

密封圈在成型過程中，由流體狀的生膠毛坯在高溫高壓條件下，經(jīng)過硫化反應(yīng)變?yōu)榘牍虘B(tài)的彈性體。由圖可以看出，此種密封圈為上下模壓180°成型，在固化過程中模具上下兩部分發(fā)生位移，從而導致密封圈上下兩半部分軸向發(fā)生錯位，未能形成“O”型。經(jīng)過討論分析，造成模具位移的原因主要有兩種可能：

模具自身原因。模具由45#鋼機加成型，由于模具尺寸較大無法進行淬火處理，其自身硬度小于HRC28。為了降低自身重量模具采用中空環(huán)形設(shè)計，在10MPa的壓力下，直徑約2.5m的鋼制環(huán)形中空模具很容易發(fā)生位移。

膠體流動原因。生膠毛坯在高溫高壓條件下，會沿著模具溝槽發(fā)生流動，溝槽填滿后，多余的生膠會溢出溝槽流向溝槽外圍的流膠槽。在膠體流向流膠槽的過程中模具在壓力的作用下會隨著膠體發(fā)生微量移動，在位移達到一定程度后會導致密封圈發(fā)生錯位現(xiàn)象。

2.2 雜質(zhì)或凹凸

缺陷形成原因主要為熱熔物料分散不良或混入異物造成[1]。通過對不合格品進行局部高倍放大鏡觀測發(fā)現(xiàn)，密封圈內(nèi)部所含雜質(zhì)為生膠混煉時，未能分散的粗顆粒。材料分散的不均勻性導致粗大顆粒未能與硫化劑充分反應(yīng)，從而導致密封圈內(nèi)部出現(xiàn)顆粒狀或顏色差異的“雜質(zhì)”。

3 解決措施

3.1 提高模具強度

采用42GrMo鋼為原材料，經(jīng)鍛造后機加成型。該鋼具有高強度和韌性，抗沖擊能力良好，適宜制造要求一定強度的大型模具。通過提高模具剛度，減少模具因高溫、高壓作用產(chǎn)生的變形，提高橡膠制品的尺寸穩(wěn)定性。

3.2 改變毛坯形狀

改變毛坯截面形狀，最大程度的模擬產(chǎn)品截面形狀，從而降低膠料流動的流動量，降低模具因膠料流動而產(chǎn)生位移。依據(jù)產(chǎn)品截面尺寸，制作擠出工裝（如圖3），毛坯制作由人工裁剪膠片變?yōu)閿D出成型，毛坯截面由矩形變?yōu)閳A形（如圖4.5），截面尺寸由擠出工裝控制。

3.3 原材料及生膠的凈化處理

生膠原材料以及產(chǎn)品中雜質(zhì)進行微觀觀察，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)形狀與其中一種原材料一致。呈現(xiàn)針狀（如圖6）存在，且不宜分散細化。在工藝中添加過篩工序，將其進行250目過篩處理，處理后觀察針狀晶體大量減少，大部分呈現(xiàn)粉末狀（如圖7）。在制作毛坯之前添加濾膠工序，進一步將生膠內(nèi)部未充分分散的大顆粒進行篩除，濾膠過程中發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)上存有少量白色異物（如圖8）。

4 實施效果

經(jīng)過對生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)原材料的更改設(shè)計，產(chǎn)品合格率得到了明顯的提高。有效解決了軍品型號生產(chǎn)進度的難題。

通過后續(xù)兩個批次60件產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品合格率由62%提高至92%，不合格品出現(xiàn)的原因基本消除了錯位以及雜質(zhì)的存在，詳見表2。在滿足型號進度的同時極大了降低了成本的消耗。

5 結(jié)束語

大尺寸密封制品在非擠出成型工藝條件下，模壓成型難度系數(shù)較大，成品合格率較低，對型號裝配進度造成較大的影響。通過對不合格品的分析討論，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行梳理、改善，把產(chǎn)品一次驗收合格率由62%提高到了92%，保證了產(chǎn)品交付進度，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)的成本，同時在工藝文件資料更新以及模具設(shè)計制造方面積累大量經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]唐孝先.模壓橡膠制品成型工藝中的問題和對策[J].世界像膠工業(yè)，2012（07）.