大規(guī)格、超高壓冷等靜壓機(jī)端蓋密封的改造及應(yīng)用

白秋平, 行亞寧，肖江濤

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077)

0 引 言

冷等靜壓的工作原理為帕斯卡定律，即加在密閉容器內(nèi)的液體壓強(qiáng)能夠按照它原來的大小向各個方向均勻地傳遞。這就決定了它比傳統(tǒng)的用油壓機(jī)壓制有兩方面的優(yōu)點(diǎn)。它不僅可以壓制形狀較為復(fù)雜的壓坯,特別是附加值較高的異型件；而且由于壓制原理的不同,它壓制的壓坯密度在各個方向上是較為均勻的，具有良好的深加工性能?；谝陨蟽煞矫娴膬?yōu)點(diǎn), 冷等靜壓技術(shù)已在粉末冶金、特種陶瓷、耐火材料、碳材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用粉末冶金的方法制造大規(guī)格、超大規(guī)格的產(chǎn)品成為一種發(fā)展趨勢，所以直徑超過2 m，最高壓強(qiáng)超過300 MPa的亞洲最大規(guī)格冷等靜壓機(jī)就被研制出來。金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司于2010年5月投入使用1臺，承擔(dān)著公司壓制大規(guī)格、大批量的板、棒、坩堝等產(chǎn)品的工作，在生產(chǎn)過程中發(fā)揮著無法替代的重要作用。

1 大冷等靜壓機(jī)端蓋密封原來使用的情況

在冷等靜壓機(jī)中有一個重要的組成部分端蓋密封，冷等靜壓機(jī)中的高壓密封容器是由1個缸體和2個端蓋組成，這樣端蓋和缸體之間就要求是密封的，否則容器內(nèi)就無法建立起壓制成型所需要的壓強(qiáng)。在大冷等靜壓機(jī)的端蓋密封中有2個重要的密封件，銅高壓密封圈和YX密封圈，在使用過程中，上下端蓋密封頻繁出現(xiàn)漏油或漏液現(xiàn)象。平均大冷等靜壓機(jī)一年使用高壓銅密封圈3～4個，價值約30萬～40萬元，YX密封圈每年更換8條左右，價值約4.8萬元，這僅是直接的備件成本。在壓制過程中，由于端蓋密封漏油或漏液，壓力升至50～80 MPa，升不上去，此刻就會造成3 t左右的物料成為廢品，這樣一次就會造成的直接損失接近12萬元左右，更不要說維修所花費(fèi)的人力物力。所以研究和改造大冷等靜壓機(jī)的端蓋密封對于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)經(jīng)營效果，有著非常重要的意義。

2 大冷等靜壓機(jī)原端蓋密封的結(jié)構(gòu)、工作原理

2.1 大冷等靜壓機(jī)原端蓋密封的結(jié)構(gòu)

在大冷等靜壓機(jī)的端蓋密封中有2個重要的密封件，即銅高壓密封圈和YX密封圈，銅高壓密封圈安裝在安裝環(huán)上，YX密封圈安裝在其下方，并由壓環(huán)2為密封圈提供定位，其安裝部位見圖1。

2.2 端蓋密封的工作原理

在大冷等靜壓機(jī)上端蓋的密封中，采用銅密封圈和YX密封圈組合使用，當(dāng)工作缸內(nèi)液體增加時，YX密封圈的外唇邊和內(nèi)唇邊將充分張開，外唇邊和工作缸內(nèi)壁充分緊貼，內(nèi)唇邊與上端蓋外壁充分緊貼，使工作缸內(nèi)形成一個密閉容器，隨著工作缸內(nèi)壓力增大，YX密封圈對銅密封圈進(jìn)行擠壓，使銅密封圈發(fā)生形變，一方面與工作缸內(nèi)壁、上端蓋外壁進(jìn)行充分的機(jī)械密封，另一方面為YX密封圈提供支撐。

圖1 改造前的密封示意圖

3 端蓋密封發(fā)生故障的原因分析

在實(shí)際的加工制造過程中，由于工作缸缸徑較大，端蓋、缸體加工和工作缸體用鋼絲纏繞時橢圓度難以保證，導(dǎo)致銅高壓密封圈和工作缸內(nèi)壁密封間隙不均勻，在超高壓壓力下，銅高壓密封圈產(chǎn)生的形變還不能充分與原有間隙較大處的工作缸內(nèi)壁形成機(jī)械密封時，YX密封圈外邊部就會被擠入銅密封圈和工作缸內(nèi)壁的間隙中(如圖1所示)，當(dāng)壓力足夠大時，銅高壓密封圈產(chǎn)生較大的的形變，就會對橡膠材質(zhì)的擠入縫隙中的YX密封圈進(jìn)行切割，久而久之，YX密封圈首先被損壞，就會導(dǎo)致漏液，這時滲漏量較小，但由于工作缸內(nèi)外壓力差較大，所以滲漏的液體會對銅高壓密封圈外壁沖出導(dǎo)流槽，當(dāng)破壞到一定程度，密封就失去作用，工作液就會在此產(chǎn)生較大的泄漏。

4 密封圈改造

4.1 改造中需要解決的問題

(1)解決YX密封圈外棱邊在高壓下被擠壓到銅密封圈和工作缸內(nèi)壁的間隙中的問題。

圖2 損壞的銅高壓密封圈、YX密封圈

(2)銅密封圈與YX密封圈在工作液的壓力下向工作缸內(nèi)壁的變形要趨于一致。

4.2 改造方案及工作原理

改造實(shí)施方案及密封原理采用銅高壓密封圈、三角形銅密封圈、三角形YX密封圈組合密封技術(shù)。該組合密封圈中銅密封圈為原來的銅密封圈，在銅密封圈的下面增加1個三角型銅密封圈及1個三角形YX密封圈，這兩個三角形密封的斜面45度，相互配合。該組合密封圈的工作原理為：在工作缸內(nèi)工作液超高壓力下，三角型YX密封圈唇邊更加緊密的貼緊缸體內(nèi)壁及上端蓋外壁，同時隨著工作缸內(nèi)壓力增大，三角型YX密封圈在與三角形銅密封圈的接觸斜面上給三角形銅圈一個向外的擴(kuò)張力，因三角形銅密封圈橫截面積較小，在巨大的擴(kuò)張力作用下，三角形銅密封圈能充分向外擴(kuò)張，緊貼工作缸內(nèi)壁，并產(chǎn)生足夠的機(jī)械密封，保證超高壓密封可靠，保證了YX密封圈不致被擠入間隙中；另一方面三角形銅密封圈在三角形YX密封圈的壓力下，向上產(chǎn)生了一個擠壓銅高壓密封圈的力，使銅高壓密封圈變形，靠變形產(chǎn)生的摩擦力促進(jìn)三角形銅密封圈向外擴(kuò)張，增強(qiáng)組合密封圈的密封性能(見圖3、圖4)。

圖3 改造后的密封示意圖

圖4 改造后的實(shí)物圖

5 密封圈改造后的使用效果

(1) 改造后的組合密封具有良好的自動補(bǔ)償密封面間隙的功能。

(2) 改造后的端蓋三角銅密封圈及三角形YX密封圈的費(fèi)用為8.5萬元，成本小于原來1個銅高壓密封圈，且以后更換的備件變?yōu)槿倾~密封圈及三角形YX密封圈，成本有所降低。

(3)改造后的組合密封圈使用壽命顯著延長。該組合密封圈目前已在設(shè)備上使用2年，未出現(xiàn)一次密封失效的滲漏油液問題，密封效果良好，年節(jié)約備件成本30萬～40萬元。減少了產(chǎn)品損失，目前帶來的經(jīng)濟(jì)效益30萬元/a。

6 結(jié) 語

經(jīng)過此次對大規(guī)格冷等靜壓機(jī)端蓋密封的改造和應(yīng)用，改變了原來端蓋密封由于設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的頻繁滲漏油液，不僅大大延長了密封圈的使用壽命，降低了設(shè)備運(yùn)行成本，而且避免了由于端蓋漏液產(chǎn)生的廢料，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。