CN100569483C - 内燃机用复合密封件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，先以金属和/或工程塑料以模制成型工艺制成骨架，再将骨架置于模具内，采用模制成型工艺在骨架上复合合成橡胶密封线，制成以金属和/或工程塑料材料为骨架，以合成橡胶为密封线的复合密封件。本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法制得的密封件，其稳定性和耐久性良好，具有已往金属橡胶复合密封件的优势。还由于采用模制工艺，且先制骨架后复合密封线，使原料利用率从理论上讲是100%，能降低资源消耗和以往无石棉密封件、整体制板再冲压制作金属橡胶复合密封件成本过高等问题，并消除了上述两种密封件制造中使用溶剂所致的材料消耗和污染环境问题。

Description

内燃机用复合密封件的制造方法

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机用复合密封件的制造方法。

背景技术

内燃机所采用的密封件，其密封材料经历了石棉、无石棉、软木橡胶、橡胶等多个发展阶段。传统的石棉密封板、密封件变形大，不同程度地存在油、水渗漏和环境污染等缺陷，且危害人体健康，已被限制使用。无石棉密封件所用的材料是以芳纶混杂纤维作为增强材料替代石棉纤维，以耐油性高的丙烯腈等合成橡胶为粘接剂制成的板材，产品具有抗拉强度高、耐油、耐高温等优点。但该产品是先生产整块板材，然后再按密封件形状要求进行冲裁成型。由于该产品材料的价格相对较高，冲裁产生的大量边角余料就要造成浪费达55％以上；同时该生产方法制造工艺复杂、且材料成形时石油类溶剂消耗量达40％以上，还存在压缩变形大，耐高低温老化性能差等问题，易使密封件过早失效。即该无石棉密封件尚存在制造成本高且有大量溶剂挥发污染产生，耐久差的缺陷。

耐油硅橡胶和氟橡胶具有高弹性、抗冷冻性、耐腐蚀性，并具有良好的稳定性，但单纯以其为密封材料制成的密封件压缩和应力蠕变过大，难以解决耐久性等问题。在金属表面涂覆薄橡胶密封层所制备的复合密封件使金属和橡胶两种密封材料互补长短，因而目前被普遍使用。这种以金属为骨架，以橡胶为密封面的复合密封件，它能克服前述各种密封材料所存在的缺陷，具有良好的稳定性和耐久性，能够满足大功率气缸垫基础材料的使用要求。但这种金属橡胶复合密封件的制造通常也与无石棉密封件的制造一样采用先在整块骨架材料上喷涂橡胶树脂复合材料再冲压成型的工艺，存在喷涂时要释放大量的脂和苯类溶剂，对安全生产和环境有一定影响；冲压成型时同样存在边角料多问题，材料浪费很大；冲压成型时变形大，尺寸难以保证等缺陷。另外，该生产工艺较复杂，在冲压过程中有剪裁和压延等，使加工垫片的模具技术要求和工艺控制更尤为复杂。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的主要目的在于提出一种内燃机用复合密封件的制造方法，以满足发动机耐高低温(-40℃-220℃)、耐油、水、防冻液、气为介质的各部位密封要求，并保证60万公里以上密封垫片无老化、无渗漏、发动机部件紧固件无松动且制造过程安全经济。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，先以金属和/或工程塑料以模制成型工艺制成骨架，再将骨架置于模具内，采用模制成型工艺在骨架上复合合成橡胶密封线，制成以金属和/或工程塑料材料为骨架，以合成橡胶为密封线的复合密封件，所说模制包括金属的粉末冶金模制、压铸模制、浇铸模制，工程塑料的注射模制、挤压模制，橡胶的注射模制、注压模制、模压模制。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，以金属制造骨架是用铝镁合金或铝合金或纯铝为原料以粉末冶金工艺制成骨架的。因为铝、镁质轻而强度较大，所以选用它们作为制造骨架的金属材料。粉末冶金的优点是无变形、无废弃料，工艺简单，表面光滑不需加工。这一加工骨架的方法进一步提高了所说密封件的性能质量和降低了生产成本，提高成品率。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，以工程塑料制造骨架是用工程塑料填充无机纤维及纳米无机材料后模制而成的。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，以金属和工程塑料制成骨架是先以金属制成骨架筋，再在其外复合工程塑料成骨架形，所说骨架筋在有螺丝孔处与骨架表面平。

工程塑料是指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料，主要有尼龙、ABS、聚矾等。无机纤维包括金属纤维、玻璃纤维、岩石纤维及矿渣纤维等由无机材料形成的纤维，具有耐温变、高强度的特点；纳米无机材料目前使用量较大的是纳米硅基氧化物、纳米二氧化钛等，因其所具有的高比表面积和高活性，是用作材料改性的良好材料，材料填充纳米无机材料后可提高其耐久性及机械强度。本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，特别采用尼龙填充玻璃纤维和纳米硅基氧化物为制作骨架的工程塑料，三者重量比例为，尼龙占55％-80％，玻璃纤维占15％-40％，余量为纳米硅基氧化物。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，密封面所用的合成橡胶的填料内包括纳米无机材料，纳米无机材料的填充量为5％-8％。纳米无机材料特别选用纳米硅基氧化物。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，所说在骨架上复合橡胶密封线的过程是先将骨架作为嵌件置入橡胶注压模内，再以橡胶注压机将合成橡胶材料在骨架上形成密封线，并经硫化获得复合密封制品。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法，骨架制造采用模制成型工艺，密封与骨架之间的复合也采用模制成型工艺，使金属、塑料与橡胶密封线每个部位有效粘接，尺寸十分准确，制得的以金属或塑料或金属复合塑料为骨架，以橡胶为密封面所构成的金属橡胶复合密封件、塑料橡胶复合密封件及金属塑料橡胶复合密封件，经检测和发动动机台架试验考核，其耐温-40℃-220℃、硬度60±5D、抗拉强度大于10MPa、拉伸系数1.0-4.5MPa、浸油增厚率小于15％、吸油增重率低于16％。在-40℃-220℃的温度范围内，可以保证耐润滑油、柴油、汽油不老化不失效。

本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法制得的密封件，既能克服以其它方法制得的密封件的老化和应力松弛，同时也解决了传统密封材料的耐低温不良和耐老化性能差、蠕变大、使用寿命短等问题，其稳定性和耐久性良好，具有已往金属橡胶复合密封件的优势。而又由于采用模制工艺，且先制骨架后复合密封线，使原料利用率从理论上讲是100％，能降低资源消耗和以往无石棉密封件、整体制板再冲压制作金属橡胶复合密封件成本过高等问题，并消除了上述两种密封件制造中使用溶剂所致的材料消耗和污染环境问题。该技术能有效提高密封件劳动生产率，并减少材料消耗，产品成本可降低20％以上。

具体实施方式

已往密封件的失效模式是静密封部位的渗漏，而导致发动机静密封部位渗漏的主要原因如下：

1、设计不合理

2、金属件加工精度差

若发动机金属件的加工精度差，在密封面上存在气孔、砂眼、裂缝或密封面粗糙度和平面度超差等，会导致垫片的压缩和回弹量难以满足密封面的精度要求，甚至造成密封垫片的损坏，出现点渗或局部渗漏，达不到理想的密封效果。

3、腐蚀

4、维护不周

5、安装操作不当

6、工况复杂

发动机是在高温、高压、高速和不规则振动的条件下工作的，这种工作条件容易使密封件的理化性能指标和使用寿命下降，蠕变增大，导致垫片破损或螺栓扭矩降落而产生局部渗漏或间隙渗漏。

7、结构性膨胀不均

发动机的箱体为薄壁型构件，由于功能和结构原因厚薄不均。发动机工作时的热传递不均导致发动机温度升高后各部位应力变形不均匀，产生密封面扭曲致使密封不足。

为克服导致发动机静密封部位渗漏的各种主要原因，在设计制造发动机密封件时要做到以下几点：

1、提高并保证金属件的加工精度。

2、合理选用密封件材料：

(1)表面平整光洁，无起泡、分层、杂质等影响密封的缺陷；

(2)要有较好的压缩回弹性；

(3)要有较好的抗拉强度；

(4)要有较小的应力松弛率；

(5)既能耐工作介质腐蚀，又不腐蚀金属件密封面；

(6)不因低温而硬化变脆，也不因高温而蠕变。

3、垫片尺寸与密封面相符。

因此，本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法主要考虑产品结构和材料选择的匹配性，分别以金属，优选铝镁合金或铝合金或纯铝、工程塑料，优选尼龙填充玻璃纤维、纳米硅基氧化物为骨架或骨架本身又以金属为筋复合以工程塑料，以合成橡胶。优选在其内添加纳米硅基氧化物为密封面，制备复合密封件。在制作中先以模制成型工艺制得骨架，再以模制成型工艺在骨架上复合密封面。优选将骨架作为嵌件置入橡胶注压模，再后以橡胶注压机注入高性能的橡胶材料形成密封线，最后在注压模里硫化形成复合密封制品。本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法所制得的内燃机用复合密封件，其表面平整光洁，尺寸准确，有较好的压缩回弹性、较好的抗拉强度，较小的应力松弛率和抗压性，既能耐工作介质腐蚀，又不腐蚀金属件密封面，也不因低温而硬化变脆高温而蠕变。使密封件材料满足发动机使用要求和60万公里无渗漏的可靠要求。

以下是几则本发明提供的内燃机用复合密封件的制造方法的具体实施方式。

1、先以铝镁合金用粉末冶金工艺制成骨架，将骨架置于橡胶注压模内作为嵌件；将橡胶添加填料及5％纳米硅基氧化物混炼；用橡胶注压机将经混炼的合成橡胶注压入有骨架嵌件的橡胶注压模内形成橡胶密封线，经硫化后开模起出金属橡胶复合密封件。

2、如上例，骨架以铝合金为原料经粉末冶金工艺制成，密封线以注射工艺形成。

3、如例1，骨架以铝为原料经粉末冶金工艺制成，密封线以模压工艺形成。

4、以尼龙66、玻璃纤维、纳米硅基氧化物以重量比为65∶31∶4的配比混合造粒制成工程塑料，用塑料注射机将工程塑料注入塑料骨架模中成型，将所得骨架置入橡胶密封件模中作嵌件，再以注射法将合成橡胶注入模中形成密封线，经硫化后开模起出塑料橡胶复合密封件。

5、如上例，制作骨架所用的工程塑料，以尼龙、玻璃纤维、纳米硅基氧化物以重量比为55∶40∶5的配比混合造粒制成。

6、如例5，制作骨架所用的工程塑料，以尼龙、玻璃纤维、纳米硅基氧化物以重量比为75∶15∶10的配比混合造粒制成。

7、以合金钢在钢模中浇铸成骨架筋，并在螺栓孔处切削两端合格，将骨架筋置于骨架模内作嵌件；以50％ABS添加40％玻璃纤维再添加10％纳米二氧化钛混合造粒；用塑料注射机将所得塑料粒熔融后注入装有金属骨架筋的塑料骨架模中成型得金属塑料复合骨架，最后以模压法在该金属塑料复合骨架上复合合成橡胶密封线。

8、以铜合金用压铸工艺制成骨架，再以模压法复合橡胶密封线。

9、复合密封件的制作工艺如上述各例，其中作为密封线的合成橡胶含有7％的纳米二氧化钛。

Claims (4)

1、一种内燃机用复合密封件的制造方法，其特征是先以金属和工程塑料或以工程塑料以模制成型工艺制成骨架，再将骨架置于模具内，采用模制成型工艺在骨架上复合合成橡胶密封线，制成以金属和工程塑料或以工程塑料材料为骨架，以合成橡胶为密封线的复合密封件；

所说以工程塑料制造骨架是用工程塑料填充无机纤维及纳米无机材料后模制而成的；

所说以金属和工程塑料制成骨架是先以金属制成骨架筋，再在其外复合工程塑料成骨架形，所说骨架筋在有螺丝孔处与骨架表面平；

所说模制包括金属的粉末冶金模制、压铸模制、浇铸模制，工程塑料的注射模制、挤压模制，橡胶的注射模制、注压模制、模压模制。

2、如权利要求1所述的内燃机用复合密封件的制造方法，其特征是采用尼龙填充玻璃纤维和纳米硅基氧化物为制作骨架的工程塑料，三者重量比例为，尼龙占55％-80％，玻璃纤维占15％-40％，余量为纳米硅基氧化物。

3、如权利要求1所述的内燃机用复合密封件的制造方法，其特征是密封面所用的合成橡胶的填料内包括纳米无机材料，纳米无机材料的填充量为5％-8％。

4、如权利要求3所述的内燃机用复合密封件的制造方法，其特征是纳米无机材料选用纳米硅基氧化物。