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影响固定挤压垫片工作质量的主要因素分析
添加:2017-3-24 14:35:14    游览:713    来源:www.aosailuo.cn

  摘要:本文对影响固定挤压垫片工作质量和使用寿命的因素如结构设计、润滑、设备与工具的对中性、工具的预加热及固定挤压垫片的材质选择、固定挤压垫片与挤压筒内衬之间的合理间隙与挤压筒内套的定期清理等进行了分析, 并提出了一些可提高固定垫片的工作质量和使用寿命的方法。

  关键词:固定挤压垫片;工作质量;使用寿命;结构设计;润滑;对中性

  前言

  对于传统的活动垫片系统而言, 固定式挤压垫片具有许多明显的优点, 诸如简化工艺、减少工序、节省非工作时间、节约建设投资和减少工作场地等, 因而在现代化挤压机上被广泛应用。据报导, 现在欧洲的挤压机除了在双动挤压机上用穿孔系统挤压管材和空心制品必需用活动垫片系统外,95%以上用固定式挤压垫, 甚至连扁挤压筒也大多采用固定挤压垫片。在日本也有80%以上的挤压机采用圆形固定挤压垫片。我国近年来引进宇部、SMS、意大利达涅利等公司的现代化挤压机均采用固定垫片, 有些老式挤压机经过改造也开始使用固定挤压垫片。西南铝 ( 集团)有限责任公司的80MN油压机上的670mm ×270mm扁挤压筒上也用固定垫片。市场上有多种固定式挤压垫片系统设计方案, 但其使用性能和工作质量因挤压机的不同而各异。由此可见, 固定式挤压垫片的设计固然很重要, 但其它因素对它的工作质量和使用寿命也起着重要的作用。

  1 结构设计的影响

  目前,世界上所使用的固定挤压垫片有多种结构设计型式。从胀径方式来分,固定挤压垫片可分为胀圈式和胀口式两种, 胀口式是垫体与外环为一体, 而胀圈式则垫体与外环是分开的。

  从固定在挤压轴上的方法来分, 则可分成固结式和动结式两种 (见图1和图2)

图 1 固结式固定挤压垫片结构图

图 2 动结式固定挤压垫片结构图

  固结式是把挤压垫片固定在挤压轴上, 不允许有径向偏移。然而, 挤压轴与挤压筒的对中, 在使用过程中要求保持永远不变是很难作到的。为了适应这种可变的条件, 固定挤压垫片装在挤压轴上,应该径向有浮动的可能, 这种型式称为动结式。

  如果将胀径方式和固结进行组合, 那么固定挤压垫片可细分为四种:固结胀圈式、固结胀口式、动结胀圈式和动结胀口式固定挤压垫片。

  动结式(图2)由壳体1、支承锥2、螺塞3 和可动环4 组成。壳体1 做成带空腔圆柱形, 外部的一端带6°~15°的圆锥角并留有一个台肩作为支承锥2 的限程。支承锥2 的外表面是圆柱形, 内表面为与壳体1 的圆锥相配合的内锥孔。在壳体1 搪孔的内腔上的一端车有内螺纹, 以便与螺塞 3 相连接。在壳体1 的相反端加工成梯形槽以便和挤压轴5相结合。壳体1上凹槽内径比挤压轴上相配凸缘的外径大8 ~ 10mm 。这样就可以保证挤压垫片顺利地进入挤压筒内套。对挤压轴与挤压筒的对中要求就不必太严了。可动环4 的外端面加工有30°~ 40°的倒角, 内孔车出台肩, 用螺塞3 将可动环4 和支承锥2 保持在挤压垫片的壳体1 上。为防止装配后的挤压垫片从挤压轴上掉下来, 在壳体1和挤压轴5 上装有定位键。

  在使用时, 由于金属的挤压力作用在可动环 4的外端面上, 使支承锥 2 纵向移动2 ~ 4mm , 使支承锥本身直径增加 0.7 ~ 1.5mm, 以此来封住被挤压的金属。挤压终了之后, 挤压垫片从挤压筒中抽出, 在回程过程中除支承锥本身弹性作用之外,挤压筒内套若和支承锥有接触时, 还会有摩擦力来协助支承锥恢复到原始位置。

  这种固定挤压垫片由于可动环4与被挤压金属接触面积大, 因而作用力很大, 被挤压的金属在单位压力较低时就可被封住, 即此种挤压垫片低压密封性良好。再一点和挤压轴的连接方式采用梯形槽, 而不是螺纹结合, 这样除了自由度大拉力强度也较高, 很有利于挤压垫片和残料的分离。

  但是, 不管采用哪一种结构形式, 都是基于挤压载荷下主体的膨胀。这种膨胀一般是因垫体中插入了一个垫片引起的。由于在挤压温度下模具钢的弹性形变是很有限的, 因此胀大量很小。实际上,当挤压垫片内产生的应力接近所用模具钢的蠕变极限时, 垫片逐渐膨胀达到极限值, 不再发生胀大,此时, 垫片需要更换, 或重新研磨。挤压垫冒出过高 ( 这会导致负荷增大和起泡)和前端磨损是更换挤压垫片最常见的两种原因。为了解决因设计问题对固定垫片带来的工作性能的影响, 必须寻求一种更合理的结构设计。

  在挤压轴上安放挤压垫的方法各不相同。最简单、最常用的方法是使用螺栓, 但应注意避免垫片松动。挤压负荷会传递到螺纹上, 因此挤压垫片必须刚刚与螺栓咬合。若用栓或销将挤压垫固定在挤压轴上则可克服上述操作中的风险。但这种固定装置有其不足之处, 即每个新垫片必须与挤压轴和所刻的销槽位置吻合, 因此, 需要标定螺栓位置, 再取下垫片进行机加工, 或者制造时在垫片上加工一些定位销槽。在挤压轴上安装一个连接杆可克服将垫片固定在挤压轴的困难。图 3 为35MN 挤压机上406mm 固定式挤压垫的装配图), 因有足够的轴向运动, 可保证固定式垫片在挤压过程中始终与挤压轴相连。螺纹变形会使重新安放垫片时与销槽的吻合发生困难, 因此, 挤压时连接杆的螺(线)纹之上不应施加负荷。

  除设计外, 确定固定式挤压垫性能的因素还有润滑、对中、预加热和固定挤压垫与挤压筒之间的间隙等因素。

  2 润滑的影响

  热铝与热模具钢相粘会给挤压生产带来许多麻烦。一般规律是:合金越软, 越容易粘附, 1 ×××和3×××系合金比6 ×××系合金粘到工具上的可能性大。不同炉次的铝合金, 即使它们的标称化学成分相同, 其粘附性也各不相同。有必要在固定式挤压垫上加润滑油, 以防止铝粘附。一般前端面和接合面两个部位必须加润滑。

图 3 35MN 406mm 挤压筒的固定式挤压垫

  如果挤压垫和坯料间无润滑油, 粘合会在垫片上产生很高的应力, 将垫片取出时会很危险, 更大的问题还在于粘附在垫片上的废料会给剪切带来麻烦。业已证明, 在坯料加热前用乙炔火焰进行薰黑可取得令人满意的效果。将坯料移放在装料机上之前, 一般要涂一层均匀的润滑层。石墨基润滑油极适用于挤压垫接合面的润滑, 但它有将石墨滞留在挤压机上的趋向。这就增大了污染产品的风险。采用喷溅系统可轻易地使用更适用的、不含石墨的润滑油。润滑频率一般是每十个周期一次, 但也可根据具体的挤压情况而定。可将石墨做成蜡烛状, 涂在垫片前端面, 然后开启电机旋转几下, 这种方法效果好, 但不能很快地将所有的润滑剂涂到接合面后的 “死区” 上。

  3 设备及工具对中性的影响

  无论挤压垫片的结构设计和润滑剂的质量有多好, 如果挤压机及其工具未经正确的对中调整, 挤压筒的导向又不好, 那么固定式挤压垫片的运转性能是不可能取得良好效果的。挤压垫片与挤压筒间的径向间隙一般在0.14 ~ 1mm 范围内 (视垫片直径而定), 因此挤压筒必须有足够的精度才能保持这一间隙。在克服导向精度不够方面, 多年来一直使用浮动式固定挤压垫片系统, 但这种系统存在一个明显的问题, 即一旦产生负荷, 挤压垫不一定会随挤压杆一起运动。浮动会使挤压轴和挤压筒在挤压一开始就产生失调, 在挤压周期内也不能调节对中偏差。如挤压筒轴线与挤压轴轴线不平行, 最好的解决方法是做好挤压机的调整工作, 正确安装挤压机, 从挤压机框架开始, 沿挤压轴线安放挤压杆, 然后根据挤压轴调节挤压筒。60 ~ 70 年代的老挤压机, 挤压筒的导向对固定式挤压垫式挤压而言就不够精确, 必须进行改造。实践经验表明, 固定式挤压垫的性能可通过改进挤压筒导向、调整挤压机中心和减少挤压垫的浮动等方法得到大幅提高。

  4 挤压工具预热的影响

  铝合金在热挤压之前, 所有的挤压工具, 包括挤压筒、挤压杆、模子、模垫、穿孔针、挤压垫片等, 都必须进行预热。图4示出了热作模具钢的韧性随温度升高而增大的情况。由图可知, 对工具进行预热会减少冷工具与热坯料接触时热冲击所导致的开裂风险。即使出现微裂纹, 预热温度下的高韧性也足以避免产生突发事故。一般来说, 固定垫片应预热至300 ~ 400℃, 通常的做法是将垫片放在挤压筒内加热4 ~ 6 个小时。

图 4 温度对H13钢韧性的影响

  另一方面值得注意的是要选用足够好的垫片材料。挤压机挤压筒的单位压力(比压)越大, 固定垫片内产生的应力也越大, 应力增大, 垫片的寿命就会缩短。一般来说, 对固定垫片而言, 挤压筒的单位压力以450 ~ 600MPa 为佳, 当比压大于70MPa时, 挤压垫片的寿命就会下降。当单位压力增高时应选用较高等级的模具钢, 以提高固定垫片的使用寿命, 即使如此, 也应采用预先加热等措施来防止开裂等问题的出现。

  5 其它因素的影响

  其它影响因素还很多, 这里只提及挤压筒内衬的定期清理问题。在挤压过程中, 挤压筒内套往往会残存一层废铝, 不仅会影响挤压制品的质量, 还会影响固定挤压垫片的工作质量和寿命。如果定期对挤压筒内衬中的铝套进行清理, 则固定挤压垫片的寿命会得以改善。因为清除挤压筒内衬中的残铝, 会减少残铝粘附在垫片的周围, 保证垫片的对中性和膨胀的均匀性。另外, 定期清理也会大大改善产品质量。

  6 结论

  固定挤压垫片的工作性能和使用寿命取决于众多的因素。固定垫片的结构设计仅仅是众多影响因素中的一个重要因素, 当然要不断改进结构, 提高使用效果。但是要想获得最佳的工作性能和使用寿命, 正确调整挤压机及整个工具系统的对中性, 采用良好的坯料和垫片的润滑, 合理地预热固定垫片和其它工具, 选择优质工具材料和定期清理挤压筒内衬等措施也都是十分重要的。

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