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涡轮增压器密封环成品率工艺研制

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摘要:密封环是各种机械生产工具上最为常用一种密封作用零件,是涡轮增压器必不可少的密封零件之一,它在涡轮增压器的涡轮端和压气机端工作,密封环质量的好坏直接影响到涡轮增压器的工作质量,虽然短时间内对涡轮增压器产生不了太大的较为明显的影响,但是长期使用这种质量有问题的密封环会对涡轮增压器的寿命产生极大的影响甚至导致涡轮增压器直接无法工作。

关键词:涡轮增压器;密封环成品率;工艺及修口专机

引言

本文主要对密封环的研制工艺的改进做出分析以及对修口专机的研制方面做出一些介绍。一般的密封环被设计和生产出来所应用的环境大都是常温常压的,但是一些特殊的机械所需要的密封环确实质量要求十分的高,以及对密封环的在各种条件下的适应能力也有一些特殊的要求。因此,为了综合提高密封环的质量,目前我国的密封环生产基本上都是在高温高压的条件下进行密封环的研制,从而保证所生产的密封环在温度环境的质量方面能够有所保证。

1密封环加工工艺

在涡轮增压器内的涡轮端和压气机端的密封环处于高温高压的环境下进行工作,其作用在于封气和封油,在涡轮增压器的各个油气“通道”中,密封环可以说是它的“门卫”,一旦涡轮增压器的油气出口被意外打开,那么所造成的损失将是不可估量的,轻则机器设备损坏,重则可能导致燃气大火焚烧一切。由此来看,密封环虽看似不起眼,但是不容忽略。密封环封气的目的是为了压气机端和涡轮端的气体向轴腔内泄漏,一旦密封性不好将会使得气体来回于压气机端和涡轮端间,这样会使涡轮增压器的压力输出受到影响,甚至影响涡轮增压器的使用寿命。封油顾名思义是对涡轮增压器的使用油进行“拦截”,即使质量极差得的涡轮增压器的密封环也会对封油有不错的控制,因为封油仅仅是对油的封阻,但是目前我国的密封环生产技术还是不够成熟的,对于密封环的封油性能虽然能够保证,但是限于生产技术其生产过程也是十分繁琐,在保证密封环质量的同时也是增大了成本的消耗。在密封环的技工工艺方面,我国的密封环加工工艺还是没有过多地改变,首先保证密封环自由开口尺寸,热处理硬度要求在HV360~440之间,过高还是过低都将对密封环的质量造成影响,这是密封环生产的关键点。外径与环规合处不超过15%的透光(如图1),径向透光间隙控制在0.025mm之内,如果产生间断针状光点及漫射是没有问题的。但是一旦出现密封环表面有裂纹或是其他一些严重缺陷就坚决不能使用。

2现有密封环加工工艺问题

现有的密封环加工工艺的大体上的加工工艺流程如下,首先是对棒料毛坯外圆进行粗车,此过程是在车床上进行的,这是密封环前期加工处理的最为简单的一步,目的是为了使棒料毛坯去除明显的杂质。其次就是精车外圆,这与上一步的粗车加工类似,实则是粗车加工细节化,但是加工原理还是不变的。然后进行在车床上进行钻中心孔和扩中心孔,这些步骤时无需人工进行的,只需要对生产机器设定好数据即可,但是无论多么精确的生产都会出现后期的产品问题,因此,密封环大批量生产后必须进行抽样检查,以保证及时发现问题。密封环生产的关键是后期的线切割开口以及插入插片,进行定型热处理最后线切割切片。生产流程虽然简单,但是从技术上看我国的密封环生产技术还是落后的,不能在生产技术上进行更新就难以降低成本,再加上产品的成品率一般都不是很高,所以各种大型生产企业在密封环的生产与销售市场上很难占据主要地位。密封环成品率不高的主要原因还是出在密封环与环规密合后出现裂缝的问题,这样的裂缝直接导致后期的工艺加工毫无意义,再者是密封环的开口尺寸设计不够完善,密封环的弹性是有限的,密封环长期处于高弹性状态是对密封环的使用寿命损害,不能在有效的弹性范围内正常进行工作是导致密封环变形、受热膨胀的主要原因。

3涡轮增压器密封环成品率的工艺改进

面对越来越多的国内外市场的工业或是大型企业的需求,用于涡轮增压器密封环的市场竞争变得越发的激烈起来,一些大型企业虽然不仅仅是在涡轮增压器密封环的一项生产业务上要求一些巨大的经济收益,但是涡轮增压器密封环始终是能够给一些企业带来生产实力上的展现,涡轮增压器密封环的生产以及工艺技术一直以来是机械上的“热门”零件,一些大型机械设备以及生产设备目前还是难以摆脱涡轮增压器密封环的功能。涡轮增压器密封环的生产工艺在近几年来国内还是实现了一些技术上的突破的,比如在涡轮增压器密封环的材料方面,大型工业生产已经放弃了传统的制作密封环的材料,取而代之的是密封性能更好,防水或是防高温性能更好的合金材料的密封环,这是在材料方面。在生产工艺方面,传统的生产方式是采用大型机械生产设备进行零部件的逐一生产,而目前国内的生产方式主要是依靠生产设备简化生产流程,使得涡轮增压器密封环的生产加工过程减少,这就降低了加工过程产生密封环废弃的情况,但是加工过程绝不是被省略了,而是依靠生产设备的先进性能进行了生产方式的优化。最后,生产工艺最重要的改进之处在于密封环的后期使用,传统密封环的口径或是使用的机械设备都是具有局限性的,但是通过对密封环封口处进行了“滑动式”加工的处理过后,密封环的结构在封口处发生了变化,这种组合结构可以达到无组合应力产生,能够使密封环的密封性能更好,并且O形圈的设计使得合金环与环座之间的滑动更加顺畅。经过工艺改进的涡轮增压器密封环的设计还有很多,它们的出现服务于不同行业的生产领域,比如功热式密封环等等。

4修口专机研制

修口专机可以说是涡轮增压器的密封环生产的重要生产工艺的完善技术设备,修口专机的目的就是对涡轮增压器的密封环尺寸方面的改良,因为无论是什么材料的密封环在高温高压下长期的进行工作都会有形状上的改变,一旦形状改变过于严重就会使得封油封气的作用失去(如图2),而这些正是衡量密封环使用寿命和密封环质量的重要因素,机械设备频繁的更换密封环对设备的使用没有任何影响但是密封环的资金消耗也是巨大的,其次,一台大型机械设备的密封环的使用数量是很多的,一些特殊部位的密封环的拆卸难度也是十分巨大,因此,必须提高密封环的质量来保证机械设备的正常工作。修口机的引入恰好弥补了密封环封口部位的尺寸问题,一些在初次加工的密封环如果出现封口部位的间隙问题可以不选择直接淘汰而是二次返厂进行修口机的工艺加工,一般的密封环的成品率是在80%左右,这意味着有近20%的密封环要被处理,而这些废弃的密封环是没有利益的,这是存粹的成本损失,修口机的出现虽然没有在生产工艺的本身做出多大的改变,但是也挽回了密封环的成本损失,修缮过后的密封环在质量上是没有问题的,完全可以进行后期的生产。目前国内的修口专机设备的性能还在技术突破阶段,但是也已经研制出来了十分适用的修口专机,其主要的技术上的变化在于修口方式上的变化以及修口专机设计结构上的改变。修口专机的传统修口方式修缮过程复杂且对于密封环的要求极为“苛刻”,在进行改进过后的修口方式采用分段式修缮,对密封环的修口工作不再是“一次性”工程,而是分批次的进行修缮,这样进行密封环修缮的好处在于对不同损伤程度的密封环能够进行合适的修缮。修口专机的研制除了以上的方式改变还有主要是内部结构上的研究,修口专机内部采用具有“弹性化”的处理结构,其在修缮作业中能够对密封环进行保护,对于材料不同的密封环,弹性方式的修缮作业更加的稳定,目前我国在修口专机的技术研究方面还是存在空白的,修口专机的发展在未来必将潜力无限。

5总结

综上所述,密封环的加工工艺还是不够成熟的,生产工艺难以适应现代机械的质量要求,无论是在形状精度还是在密封环的尺寸精度上,都需要进行技术突破和正产工艺的改良,从理论上讲,密封环的生产在于机械设备的精准操作这已经脱离了人为因素的干扰,但是密封环的成品率还是难以保证,不难分析出我国的密封环生产工艺实际上是生产设备占据主要的问题,因此密封环的生产工艺的改进的同时还要注意生产设备的改良。

参考文献:

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作者:曾国卫 肖晓华 陈玉龙 单位:湖南天雁机械有限责任公司

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