CN104797866A - 球形环密封件 - Google Patents

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Abstract

该球形环密封件(35)用在排气管接头内，并设有：球形环基底件(33)，该球形环基底件(33)由圆柱形内表面(29)、局部凸出球形表面(30)和局部凸出球形表面(30)的大直径和小直径端的环形端面(31,32)限定；以及外层(34)，该外层(34)一体形成在球形环基底件(33)的局部凸出球形表面(30)上。

Description

球形环密封件
技术领域
本发明涉及一种适合用在汽车排气管的球形管接头内的球形环密封件。
背景技术
汽车发动机的废气通过排气管释放到大气，且该排气管由于诸如发动机的侧倾行为和振动而经受重复应力，于是有造成排气管疲劳故障的可能性，且还有发动机振动引起排气管共振，由此有损车厢内部的静音的情况。为了克服这些问题，采用一种装置来通过将排气管接头设置在排气管的预定部分而吸收应力。
作为一种用在排气管接头中的球形环密封件，专利文献1中提出一种球形环环密封件，并包括：球形环基底件，该球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；以及外层，该外层在该球形环基底件的所述局部凸出的球形表面上一体地形成。
现有技术文献
专利文献
专利文件1：WO 2009/072295
发明内容
本发明要解决的问题
同时，在这种球形环密封件设置在沿竖直方向或对角向下延伸的排气管的端部，如果在该球形环密封件的圆柱形内表面与排气管的端部的外周表面之间有大间隙(配装间隙)，则有组装工作期间球形环密封件脱出排气管并掉落的可能性，从而组装作业性较差。如果使间隙较小以防止这种脱出和掉落，则由于制造误差等变得难以将球形环密封件设置在排气管的端部。在任何情况下，有改进组装作业性的需求。
基于上述各方面设计了本发明，且其目的是提供一种球形环密封件，其使得能够消除球形环密封件从沿竖直方向或对角向下延伸的排气管的端部掉落的可能性，由此使得能够改进组装作业性。
克服这些问题的方法
一种根据本发明的用在排气管接头中的球形环密封件，包括：球形环基底件，该球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出球形表面、以及局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧环形端面限定；以及外层，该外层一体地形成在球形环基底件的球形凸出球形表面上，其中，至少三个突起一体地设置在圆柱形内表面上从而沿朝向轴线方向从圆柱形内表面突出，该至少三个突起由在插入由圆柱形内表面限定的通孔时能够被排气管刮去的膨胀石墨制成，并以沿周向彼此间距的方式沿轴向在大直径侧环形端面与小直径侧环形端面之间延伸。
根据本发明的球形环密封件，由于至少三个突起一体地设置在圆柱形内表面上从而沿朝向轴线方向从圆柱形内表面突出，该至少三个突起由在插入由圆柱形内表面限定的通孔时能够被排气管刮去的膨胀石墨制成，并以沿周向彼此间距的方式沿轴向在大直径侧环形端面与小直径侧环形端面之间延伸，圆柱形内表面可借助于各突起与排气管的一端部的外周表面紧密接触，由此能够消除球形环密封件从排气管掉落的可能性并改进组装作业性。此外，能够尽可能实际地降低废气通过圆柱形内表面与排气管的外周表面之间的泄露。
在根据本发明的球形环密封件中，大直径侧环形端面可由环形平坦端面构成，该环形平坦端面在其环形大直径边缘连续地连接到局部凸出球形表面的大直径侧环形端并在其环形小直径边缘连续地到圆柱形内表面的一环形轴向端。或者，大直径侧环形端面可包括环形平坦端面部分和环形凹形端面部分，该环形平坦端面部分在其环形大直径边缘处连续地连接到局部凸出球形表面的大直径侧环形端，环形凹形端面部分在其大直径边缘处连续地连接到环形平坦端面部分的环形小直径边缘并在其小直径边缘处连续地连接到圆柱形内表面的一环形轴向端。再有，大直径侧环形端面可包括环形第一凹形端面部分、环形平坦端面部分以及环形第二凹形端面部分，该环形第一凹形端面部分在其环形大直径边缘处连续地连接到局部凸出球形表面的大直径侧环形端，环形平坦端面部分在其大直径边缘处连续地连接到第一凹形端面部分的环形小直径边缘，而环形第二凹形端面部分在其大直径边缘处连续地连接到环形平坦端面部分的环形小直径边缘并在其小直径边缘处连续地连接到圆柱形内表面的一环形轴向端。当排气管的一端部插入由圆柱形内表面限定的通孔内时，连续地连接到圆柱形内表面的一环形轴向端的环形凹形端面部分用作用于将球形环密封件相对于排气管的一端部定位的引导部分，以由此改进将排气管的一端部插入通孔内的操作。在该情况下，各突起可在圆柱形内表面的一轴向端与其另一轴向端之间沿轴向延伸。
在根据本发明的球形环密封件中，各突起可延伸到圆柱形内表面的一轴向端和其另一轴向端中的至少一个，可终止于短于圆柱形内表面的一轴向端和其另一轴向端中的至少一个，或者可终止于不到圆柱形内表面的一轴向端和其另一轴向端之一，并延伸到圆柱形内表面的一轴向端和其另一轴向端中的另一个。在较佳实例中，各突起终止于圆柱形内表面的一轴向端并延伸到不到圆柱形内表面的另一轴向端的位置。
在根据本发明的球形环密封件中，各突起可沿轴向连续地或不连续地延伸，或可平行于轴向螺旋地线性延伸，从而相对于轴向倾斜或沿轴向以波纹方式延伸。
前述至少三个突起可沿周向以彼此相等的间距布置，且在垂直于轴向的横截面内每个突起可具有倒圆三角形、梯形、或半圆形，并较佳地呈半圆形。这些突起沿垂直于轴向的方向的高度为1mm以下，或在更加实例中为0.5mm以下。
上述圆柱形内表面可具有相对于排气管的圆柱形外表面的外径的内径，以确保相对于所插入排气管的圆柱形外表面不产生大于配装间隙的间隙。
在根据本发明的球形环密封件中，球形环基底件可包括由金属丝网制成的加固件和包含膨胀石墨的耐热材料，后者被压缩成填充加固件的金属丝网的网眼且以混合形式与加固件形成一体，且在外层中，含有膨胀石墨的耐热材料、由含有至少六方氮化硼和水和氧化铝的润滑组合物构成的固体润滑剂、以及由金属丝网制成的加固件可被压缩成使得固体润滑剂和耐热材料填充在加固件的网眼内，以及使得固体润滑剂、耐热材料和加固件以混合形式形成一体，外层的外表面形成在其中由加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合形式存在的光滑表面，或形成在由固体润滑剂构成的光滑表面。根据这种球形环密封件，能够避免固体润滑剂从外表面掉落，于是，由于在固体润滑剂和加固件以混合形式存在的光滑表面处或在由固体润滑剂构成的光滑表面处与匹配件的相对滑动，能够尽可能地防止异常摩擦噪音的产生。具体来说，如果外层的外表面形成为固体润滑剂和加固件以混合形式存在的光滑表面，则转移到匹配件上的固体润滑剂和耐热材料可被加固件适当地刮除，从而能更有效地防止异常摩擦噪声的产生。在前述固体润滑剂中，六方氮化硼尤其在高温区域呈现优异的润滑性。此外，各组分中的水合氧化铝本身不呈现润滑性，但通过改进固体润滑剂到耐热材料表面的粘着性而呈现对形成牢固覆层的影响，并通过促进六方氮化硼的板晶体层之间的滑动而得到六方氮化硼的润滑性的作用。
上述润滑组合物可包含聚四氟乙烯树脂。该聚四氟乙烯树脂本身具有低的摩擦特性，由于其包含在润滑组合物内，聚四氟乙烯树脂能改善润滑组合物的低摩擦特性，对由润滑组合物构成的固体润滑剂赋予低摩擦的特性，并能够尽可能避免与匹配构件摩擦中产生异常摩擦噪音而不造成黏滑(粘附-滑移)。此外，聚四氟乙烯树脂可赋予在压缩成形期间增强润滑组合物的延展性的作用，于是使得能够形成薄涂层。
水合氧化铝是一种复合物，其化学组成式可表示为Al2O3·nH2O(在该成分公式中，0＜n＜3)。在该化合式中，n通常是大于0(零)并小于3的数字，优选地为0.5至2，更优选地为0.7至1.5左右。作为水合氧化铝，可以使用诸如勃姆石(Al2O3·H2O)和水铝石(Al2O3·H2O)等一水氧化铝(氢氧化铝)、如三水铝矿(Al2O3·3H2O)和三羟铝石(Al2O3·3H2O)等三水氧化铝、假勃姆石等，并适当地使用其中至少一个。
在根据本发明的球形环密封件中，球形环基底件和外层包含由金属丝网构成的加固件的比例为40至65重量％，包含膨胀石墨和固体润滑剂的耐热材料被包含的比例为35至60重量％。球形环基底件和外层中的耐热材料和固体润滑剂较佳地具有的密度为1.20至2.00Mg/m3。此外，外层较佳地包含60至75重量％比例的由金属丝网构成的加固件和25至40重量％比例的含膨胀石墨和固体润滑剂的耐热材料。
如果球形环基底件和外层包含大于65重量％的加固件和少于35重量％的耐热材料，围绕加固件由耐热材料进行的多个无穷小通道(间隙)的密封(填充)不能完全起作用，于是在早期会发生废气泄漏，且即使无穷小通道的密封刚好完全起作用，这种密封也会由于耐热材料在高温下的氧化磨损等在早期丧失，导致早期废气的泄露。同时，如果加固件被包含小于40重量％，且耐热材料被包含大于60重量％，所包含的加固件的量在外层中和外层附近变得相当小，外层中和外层附近耐热材料的加固未能令人满意地实现，这可导致耐热材料剥离(脱落)的显著发生并使得难以预期加固件的加固效果。
此外，对于球形环基底件和外层中的耐热材料和固体润滑剂，如果耐热材料具有小于1.20Mg/m3的密度，废气的泄露会在很长的使用时间后发生，而如果耐热材料具有大于2.00Mg/m3的密度，在与匹配件的摩擦中经常易于发生异常摩擦噪声。
在根据本发明的球形环密封件中，由于外层具有由如此暴露表面形成的外表面，该暴露表面中由加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合形式存在，所以，可确保与外层的外表面接触(滑动)的匹配件更加光滑地滑动。此外，外表面中由固体润滑剂构成的表面可通过由加固件构成的表面保持，且能够适当地实现使固体润滑剂从外层的外表面到匹配件的表面上的转移以及使转移到匹配件的表面上的过量固体润滑剂被刮落，于是能够确保长时期的平滑滑动，并可消除与匹配件滑动时异常噪声的产生。
在根据本发明的球形环密封件中，耐热材料可含有作为氧化抑制剂的0.05至5.0质量％五氧化磷和1.0至16.0质量％的磷酸盐中的至少一个。
含有作为氧化抑制剂的磷酸盐和五氧化二磷中的至少一个和膨胀石墨的耐热材料，能够提高球形环密封件本身的耐热性和氧化磨损特性，并允许在高温区域中使用球形环密封件。
本发明的有益效果
根据本发明，能够提供球形环密封件，球形环密封件使得能够消除球形环密封件从排气管掉落的可能性，由此使得能够改进组装作业性。
附图说明
图1的部分(a)和(b)是本发明的一实施例的说明性示意图；
图2是图1所示球形环密封件的局部放大的说明性示意图；
图3是图1所示实施例的使用的说明性示意图；
图4的部分(a)和(b)是本发明的另一实施例的说明性示意图；
图5是说明在制造根据本发明的球形环密封件过程中形成加固件的方法的示意图；
图6是在制造根据本发明的球形环密封件过程中耐热材料的立体图；
图7是示出加固件的金属丝网的网眼的平面图；
图8是在制造根据本发明的球形环密封件过程中重叠组件的立体图；
图9是在制造根据本发明的球形环密封件过程中管状基底件的平面图；
图10是图9所示管状基底件的垂向剖视图；
图11是在制造根据本发明的球形环密封件过程中耐热材料的立体图；
图12是具有固体润滑剂涂层的耐热材料在制造根据本发明的球形环密封件过程中的剖视图；
图13是说明在制造根据本发明的球形环密封件过程中制造外层形成件的方法的示意图；
图14是说明在制造根据本发明的球形环密封件过程中制造外层形成件的方法的示意图；
图15是外层成形件的垂直剖视图，该外层成形件通过在制造根据本发明的球形环密封件过程中的第一成形方法获得；
图16是说明在制造根据本发明的球形环密封件过程中制造外层形成件的第二方法的示图；
图17是说明在制造根据本发明的球形环密封件过程中制造外层形成件的第二方法的示意图；
图18是在制造根据本发明的球形环密封件过程中圆筒形预制件的平面图；
图19是示出在制造根据本发明的球形环密封件过程中将圆筒形预制件插入到模具内状态的垂向剖视图；以及
图20是包含根据本发明的球形环密封件的排气管接头的垂向剖视图。
具体实施方式
接着，根据附图所示较佳实施例给出本发明的更详细说明。应注意的是，本发明不限于这些实施例。
在图1和2中，一种根据本发明的球形环密封件，该球形环密封件用于排气管接头中，并包括球形环基底件33和外层34，球形环基底件33由圆柱形内表面29、局部凸出的球形表面30、和局部凸出的球形表面30的大直径侧和小直径侧的环形端面31和32限定；外层34在球形环基底件33的局部凸出的球形表面30上一体地形成。
为了确保相对于插入由圆柱形内表面29限定的通孔28内的上游侧排气管100的圆柱形外表面46不形成大于配装间隙的间隙，在圆柱形内表面29上一体地设置三个突起41、42和43，这三个突起以沿朝向轴线的方向从圆柱形内表面29突出，三个突起由在插入时能被上游侧排气管100刮除的膨胀石墨制成，它们以沿周向R彼此相等的间距在大直径侧环形端面31与小直径侧环形端面32之间线性平行于轴向X连续延伸，圆柱形内表面29具有相对于圆柱形外表面46的外径的内径。终止于沿圆柱形内表面29的轴向X不到另一端59的位置44的各突起41、42和43可仅由膨胀石墨制成。
该实施例中的环形端面31具有环形平坦端面部分53以及环形凹形端面部分58，环形平坦端面部分53在其环形大直径边缘51处连续地连接到部分凸出球形表面30的大直径侧环形端52，而环形凹形端面部分58在其大直径边缘55连续地连接到环形平坦端面部分53的环形小直径边缘54并沿圆柱形内表面29的轴向X在其小直径边缘56处连续地连接到一环形端57。
不同于具有上述环形平坦端面部分53和凹形端面部分58的环形端面31，球形环密封件35可由例如环形平坦端面构成，该环形平坦端面在环形大直径边缘51处连续地连接到部分凸出球形表面30的大直径侧环形端52并在环形小直径边缘54处连续地连接到圆柱形内表面29沿轴向X的一环形端57。
突起41、42和43各在其垂直于轴向X的横截面内具有半圆形，并在圆柱形内表面29沿轴向X的一端57与其另一端59之间沿轴向X延伸。尽管各突起41、42和43终止于不到沿圆柱形内表面29的轴向X的另一端59处并延伸到圆柱形内表面29沿轴向X的一端57，但各突起41、42和43可替代地例如分别延伸到一端57和另一端59，或终止于不到一端57和另一端59处。
由突起41和42的突出端45与轴线O形成的中心角θ、由突起42和43的突出端45与轴线O形成的中心角θ、以及由突起43和41的突出端45与轴线O形成的中心角θ分别相互相等。
当球形环密封件35安装在上游侧排气管100上时，上游侧排气管100插入通孔28内，且包括突出端45的相应突起41、42和43被上游侧排气管100刮除。于是，尤其是圆柱形内表面29内与上游侧排气管100的圆柱形外表面46接触的各突起41、42和43与上游侧排气管100的圆柱形外表面46紧密接触，从而能够消除球形环密封件35从上游侧排气管100掉落的可能性，由此使得能够改进组装作业性。
尽管球形环密封件35具有连续且线性平行于轴向X延伸的各突起41、42和43，例如图1所示，但球形环密封件35可替代地具有不连续且线性平行于轴向X延伸的各突起。又或者，球形环密封件35可具有沿轴向X螺旋延伸从而相对于轴向X倾斜的各突起或沿轴向连续或不连续地以波纹方式延伸。此外，尽管该实施例中球形环密封件35具有三个突起41、42和43，但球形环密封件35可替代地具有沿周向R以相互相等间距布置的多于三个突起。再有，球形环密封件35可代替或附加于上述布置而具有环形凹形端面部分63，该环形凹形端面部分63在其小直径边缘61处连续地连接到大直径边缘51并在其大直径边缘62处连续地连接到部分凸出球形表面30的环形端52，如图4的部分(a)和(b)所示。在这种情况下，环形平坦端面部分53的小直径边缘54可直接或经由凹形端面部分58连续地连接到圆柱形内表面29的一端57。
下面将描述根据本发明的球形环密封件35的构成材料以及制造球形环密封件35的方法。
<有关耐热材料I>
在搅动浓度为98％的浓硫酸时，将浓度为60％的过氧化氢水溶液作为氧化剂加入，然后将该混合溶液用作反应溶液。将该反应溶液冷却并保持在10℃的温度下，将具有30到80目的颗粒尺寸的天然碎石墨粉加入该反应溶液，并且允许反应进行30分钟。在该反应后，将酸化处理的石墨粉通过抽吸过滤进行分离，并重复两次清洁操作，其中，在水中搅拌该酸化处理的石墨粉10分钟，然后进行抽吸过滤，由此，从酸化处理的石墨粉中充分除去硫酸成分。然后，将充分去除硫酸成分的、经酸化处理的石墨粉置于温度保持在110℃的干燥炉中干燥3个小时，然后，将该材料用作经酸化处理的石墨粉。
将上述酸化处理石墨粉在950℃至1200℃的温度中加热(膨胀)处理1秒至10秒，以产生裂解气。处于石墨层之间的缝隙通过气体压力而膨胀，以形成膨胀石墨颗粒(膨胀率：240倍至300倍)。将这些膨胀石墨颗粒馈送到调节至所需辊隙的双辊设备，并进行辊压成形，由此，制成具有所需厚度的膨胀石墨板。该膨胀石墨板用作耐热材料I。
<关于耐热材料II和III>
在搅动上述酸化处理的石墨粉末的同时，将作为磷酸的浓度为84％的正磷酸水溶液以及磷酸盐的浓度为50％的磷酸二氢铝的例如水溶液中的至少一个用甲醇进行稀释得到一种溶液，通过喷溅使该溶液与酸化处理的石墨粉末复合，并均匀地搅拌而制备具有湿润度的混合物。将具有湿润度的该混合物在干燥熔炉内保持在120℃的温度下干燥2小时。然后，将该混合物在950℃至1200℃的温度中加热(膨胀)处理1秒至10秒，以产生裂解气。处于石墨层之间的缝隙通过气体压力而膨胀，以形成膨胀石墨颗粒(膨胀率：240倍至300倍)。在该膨胀处理中，消除磷酸二氢铝的结构式中的水，且磷酸经受脱水反应而产生五氧化二磷。将这些膨胀石墨颗粒馈送到调节至所需辊隙的双辊设备，并进行辊压成形，由此，制成具有所需厚度的膨胀石墨板。这些膨胀石墨板用作耐热材料II和III。
五氧化二磷或磷酸二氢铝被包含在这样制造的耐热材料II内，同时，五氧化二磷或磷酸二氢铝被包含在耐热材料III内。包含有五氧化二磷和磷酸二氢铝的膨胀石墨允许在例如500℃或超过500℃的高温范围下使用，因为改进了膨胀石墨本身的耐热性并赋予其氧化抑制作用。
这里，作为可用的磷酸来说，除了正磷酸之外，还可例举出偏磷酸、聚磷酸、聚偏磷酸(polymetaphosphoric acid)等。此外，作为磷酸盐，除了磷酸二氢铝之外，还可例举出磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸氢二铝等。
较佳地使用密度为1.0Mg/m3至1.15Mg/m3左右且厚度为0.3mm至0.6mm左右的板材作为耐热板材料。
<关于加强构件>
可以将金属丝网用作加强构件，该金属丝网通过编结或编织一个或多个细金属丝而形成，所述细金属丝包括：作为铁基金属丝，由诸如奥氏体不锈钢SUS304、SUS310S和SUS316、铁素体不锈钢SUS430制成的不锈钢丝，或铁丝(JIS-G-3532)或镀锌钢丝(JIS-G-3547)；或作为铜丝，由铜镍合金(cupro-nickel)丝、铜镍锌合金(镍银)丝、黄铜丝或铍铜合金丝制成的金属丝构件。
直径为0.28mm至0.32mm左右的细金属丝被用作形成金属丝网的细金属丝。关于由该直径的细金属丝形成的球形环基底件网的金属丝网的网眼尺寸(见示出编结金属丝网的图7)，适合使用长为4至6mm、宽为3至5mm或左右的网眼尺寸，而关于用于外层的金属丝网的网眼尺寸(参见图7)，适合使用长为2.5至3.5mm且宽为1.5至5mm或左右的网眼尺寸。
<关于固体润滑剂>
该实施例中的固体润滑剂由包含70至85重量％的六方氮化硼(此后简称为‘h-BN’)、0.1至10重量％的氧化硼、以及5至20重量％水合氧化铝的润滑组合物，或另包含相对于该润滑组合物100份重量的不超过200份重量、较佳地50至150份重量比例的聚四氟乙烯树脂(此后称为PTFE)粉末的润滑组合物构成。
前述固体润滑剂包含氧化硼，该氧化硼通过包含在氮化硼内而得到六方氮化硼的固有润滑性，并有助于降低尤其在高温区域的摩擦；但该固体润滑剂也可不包含氧化硼而构成。即使在这种情况下，各组分中的水合氧化铝也通过改进固体润滑剂到耐热材料表面的粘着性而呈现对形成牢固覆层的影响，并通过促进六方氮化硼的板晶体层之间的滑动而得到六方氮化硼的润滑性的作用。
在制造过程中，该固体润滑剂以水性分散体的形式使用，在该水性分散体中，h-BN粉末和氧化硼粉末分散地包含在氧化铝溶胶中，在氧化铝溶胶中水合氧化铝颗粒被分散地包含在含有酸的作为分散体介质的水中，其氢离子浓度(PH)为2至3，该水性分散体分散地包含作为固体含量的30至50质量％的润滑组合物，其中包含70至85重量％的h-BN粉末、0.1至10重量％的氧化硼、以及5至20质量％的水合氧化铝。此外，水性分散体可以是这样的水性分散体：其中分散地包含作为固体含量的30至50重量％的润滑组合物，该润滑组合物包含70至85重量％的h-BN粉末、0.1至10重量％的氧化硼、以及5至20质量％的水合氧化铝，以及包含相对于该润滑组合物100份重量的不超过200份重量、较佳地50至150份重量比例的PTFE。优选地，用以形成水性分散体的h-BN、氧化硼和PTFE是尽可能细的粉末，并且合适地，使用平均颗粒尺寸小于10μm、更优选地小于0.5μm的细粉末作为这些粉末。
在水性分散体中，用作氧化铝溶胶的分散介质的水中所包含的酸作为稳定氧化铝溶胶的抗絮凝剂起作用。可以使用诸如盐酸、硝酸、硫酸和酰胺硫酸等无机酸，但是特别地，硝酸是优选的。
在水性分散体中用以形成氧化铝溶胶的水合氧化铝是一种由合成式Al2O3·nH2O(在此合成式中，0<n<3)表示的化合物。在该化合式中，n通常是大于0(零)并小于3的数字，优选地为0.5至2，更优选地为0.7至1.5左右。作为水合氧化铝，可以使用诸如勃姆石(Al2O3·H2O)和水铝石(Al2O3·H2O)等一水氧化铝(氢氧化铝)、如三水铝矿(Al2O3·3H2O)和三羟铝石(Al2O3·3H2O)等三水氧化铝、假勃姆石等。
接下来，参照附图，将说明由上述组成材料构成的球形环状密封件35的生产方法。
(第一过程)如图5所示，通过用直径为0.28至0.32mm的细金属丝编结成圆筒形，使其网眼尺寸为4至6mm左右长且3至5mm左右宽(见图7)，从而形成中空圆筒形的编结金属丝网1，将该金属丝网1穿过辊轮2与3之间，由此制造出预定宽度为D的带形金属丝网4。然后通过将带形金属丝网4切割成预定长度L来制备加固件5。
(第二过程)如图6所示，制备耐热材料(由膨胀石墨或包括磷酸和磷酸盐中的至少一个的膨胀石墨组成的板)6，其宽度d相对于加固件5的宽度D为从1.10×D至2.10×D，长度l相对于加固件5的长度L为从1.30×L至2.70×L，密度从1至1.15Mg/m3，且厚度为从0.3至0.6mm。
(第三过程)如下制备重叠组件12，在重叠组件12中，膨胀石墨板6和加固件5彼此叠置：为了确保耐热材料6至少在大直径侧环形端面31上完全暴露，大直径侧环形端面31是球形环密封件35中的局部凸出球形表面30(参见图2)的一轴向端侧上的环形端面，如图8所示，使耐热材料6从加固件5的一宽度方向端7沿宽度方向突出最多0.1至0.8×D，该宽度方向端7用作局部凸出球形表面30的大直径侧环形端面31。此外，耐热材料6从端部7沿宽度方向的伸出量为δ1，耐热材料6从加固件5的另一宽度方向端部8沿宽度方向的伸出量为δ2，使δ1大于δ2，另一宽度方向端部8用作局部凸出球形表面30的小直径侧环形端面32。此外，耐热材料6做成从加固件5的一纵向端9沿纵向方向最大伸出0.3×L至1.7×L，而加固件5的另一纵向端10和耐热材料6的对应于该端10的纵向端11做成彼此大致一致。
(第四过程)如图9所示，将重叠组件12卷绕起来，使耐热材料6置于内侧，使得耐热材料6多卷绕一匝，由此形成管形基底件13，其中，耐热材料6暴露在内周侧和外周侧上。就耐热材料6来说，预先制备相对于加固件5的长度L为1.30×L至2.70×L的长度l的一个耐热材料6，以使管状底部构件13内的耐热材料6的缠绕圈数大于加固件5的缠绕圈数。在管状底部构件13中，如图10所示，在其一个宽向端侧上的耐热材料6从加固件5的一个端部7沿宽度方向伸出δ1，并且在其另一宽向端侧上的耐热材料6从加固件5的另一个端部8沿宽度方向伸出δ2。
(第五过程)分开制备诸如图11所示的另一耐热材料6，该另一耐热材料6类似于上述耐热材料6，但具有比加固件5的宽度D小的宽度d，其具有的长度l的尺寸能够围绕管状基底件13缠绕一圈。
(第六过程)制备如下水性分散体：这样的水性分散体，其中h-BN粉末和氧化硼粉末分散地包含在氧化铝溶胶中，在氧化铝溶胶中水合氧化铝颗粒分散地包含在含有硝酸作为抗絮凝剂的水中，其氢离子浓度(PH)为2至3，该水性分散体分散地包含作为固体含量的30至50质量％的润滑组合物，其包含70至85重量％的h-BN、0.1至10重量％的氧化硼、以及5至20重量％的水合氧化铝；或这样的水性分散体：其中分散地包含作为固体含量的30至50重量％的润滑组合物，该润滑组合物包含70至85重量％的h-BN粉末、0.1至10重量％的氧化硼、以及5至20质量％的水合氧化铝，以及包含相对于该润滑组合物100份重量的不超过200份重量、较佳地50至150份重量比例的PTFE粉末。
水性分散体(21至25.5重量％的h-BN、0.03至3重量％的氧化硼、1.5至6重量％的水合氧化铝、以及70重量％的水)分散地包含有作为固体成分的、质量百分比为30％的润滑组合物，该润滑组合物包括质量百分比为70％至85重量％的h-BN、0.1％至10重量％的氧化硼以及5％至20重量％的水合氧化铝，将这种水性分散体通过刷涂、辊涂、喷射等方式涂敷到耐热材料6的一个表面，并且使该水性分散体被干燥以制成由该润滑组合物构成的固体润滑剂的涂层14，如图12所示。
或者，水性分散体(7至17重量％的h-BN、0.009至2重量％的氧化硼、0.5至4重量％的水合氧化铝、10至20重量％的PTFE以及70重量％的水)分散地包含有作为固体成分的、30重量％的润滑组合物，该润滑组合物包括70％至85重量％的h-BN、0.1％至10重量％的氧化硼以及5％至20重量％的水合氧化铝，以及包含相对于该润滑组合物100份重量的不超过200份重量、较佳地50至150份重量比例的PTFE粉末，即润滑组合物包含23.3至56.7重量％的h-BN、0.03至6.7重量％的氧化硼、1.7至13.3重量％的水合氧化铝、以及33.3至66.7重量％的PTFE，将这种水性分散体通过刷涂、辊涂、喷射等方式涂敷到耐热材料6的一个表面，并且使该水性分散体被干燥以制成由该润滑组合物构成的固体润滑剂的涂层14。
(第七过程)
<第一方法>如图13至15所示，将具有固体润滑剂的涂层14的耐热材料6连续地插入(见图13)由中空圆筒形编结金属丝网1构成的用于外层的加固件5，该中空圆筒形编结金属丝网通过编结机(未示出)连续编结丝直径为0.28至0.32mm的细金属丝来得到。其中插入有耐热材料6的加固件5从其插入开始端侧开始被馈送到各具有光滑圆柱形外周表面的一对圆柱形辊轮15和16之间的辊隙△1内，从而沿耐热材料6的厚度方向被加压(见图14)而形成一体，由此使耐热材料6和形成在耐热材料6表面上的固体润滑剂的涂层14填充用于外层的加固件5的金属丝网的网眼。因此，在由用于外层的加固件5构成的表面17和由耐热材料构成的表面18以混合形式露出的表面上制成平坦的外层形成构件19。
<第二方法>分开制备上述第一过程中描述的由带形金属丝网4构成的加固件5，且如图16所示，将具有固体润滑剂的涂层14的耐热材料6插入由带形金属丝网4构成的用于外层的加固件5，且如图17所示，将该组件馈送到圆柱形辊轮15与16之间的辊隙△1内，从而沿耐热材料6的厚度方向被加压而形成一体，由此使耐热材料6和形成在耐热材料6表面上的固体润滑剂的涂层14填充用于外层的加固件5的金属丝网的网眼。因此，在由用于外层的加固件5构成的表面17和由固体润滑剂构成的表面18以混合形式露出的表面上制成平坦的外层形成构件19。
<第三方法>制备平纹编织的金属丝网，作为用丝直径为0.28至0.32mm的细金属丝编织形成的编织金属丝网。将平织金属丝网制成的用于外层的加固件5切割成预定长度和宽度，制备两个这样的用于外层的加固件5。将具有固体润滑剂的涂层14的耐热材料6插入由用于外层的两个加固件5之间，将该组件馈送到该对圆柱形辊轮15与16之间的辊隙△1内，从而沿耐热材料6的厚度方向被加压而形成一体，由此使耐热材料6和形成在耐热材料6表面上的固体润滑剂的涂层14填充用于外层的加固件的金属丝网的网眼。因此，在由用于外层的加固件5构成的表面17和由固体润滑剂构成的表面18以混合形式露出的表面上制成平坦的外层形成构件19。
在上述的第一、第二和第三方法中，对于成对圆柱形辊轮之间的辊隙△1，0.4至0.6mm或左右是合适的。
(第八过程)将由此获得的外层形成构件19围绕管形基底件13的外周缘表面缠绕，使涂层14置于外侧，由此制备出圆筒形的预成型件20，如图18所示。
(第九过程)制备如图19所示的模具27，模具27在其内表面上具有圆柱形壁表面21、从圆柱形壁表面21延续的局部凹形球形壁表面22、以及从局部凹形球形壁表面22延续的通孔23，其中，中空的圆筒形部分25和从中空的圆筒形部分25延续的球形环中空部分26形成在模具27内，而设置有对应于各突起41、42和43的各凹形部分47的一个台阶形内芯24配装插入到通孔23内。然后，将圆筒形预制件20配装到模具27的台阶形内芯24上。
设置在模具27的中空的圆筒形部分25和球形环中空部分26内的圆筒形预制件20在98至294N/mm2(1至3吨/厘米2)的压力下、沿着内芯轴线方向经受压缩成形。因此，如图1和2所示，制造出球形环密封件35，其包括球形环基底件32和外层34，该球形环基底件33在其中心部分具有通孔28，并由圆柱形内表面29、局部凸出球形表面30、局部凸出球形表面30的大直径侧和小直径侧环形端面31和32限定，外层34在球形环基底件33的局部凸出球形表面30上一体地形成。
通过该压缩成形，球形环基底件33构造成提供结构的完整性，原因是耐热材料6和加固件5被彼此压缩且彼此缠结。在外层34中，耐热材料6、由润滑组合物组成的固体润滑剂、以及由金属丝网制成的加固件5被压缩，使得该固体润滑剂和耐热材料6填充到加固件5的金属丝网的网眼中，并且该固体润滑剂、耐热材料6以及加固件5以混合形式形成一体，由此外层34的外表面36形成为光滑表面39，在此光滑表面39中，由加固件5构成的表面37和由固体润滑剂构成的表面38以混合形式存在，圆柱形内表面29形成有由加压填充到不含加固件5的凹形部分47内的耐热材料构成的三个突起41、42和43。
在制造出的球形环密封件35的球形环基底件33和外层34中，由金属丝网5制成的加固件5被包含的比例为40至65重量％，包含膨胀石墨和固体润滑剂的耐热材料6被包含的比例为35至60重量％。球形环基底件33和外层34中的耐热材料6和固体润滑剂具有的密度为1.20至2.00Mg/m3。
此外，如果仅关注外层34，由金属丝网制成的加固件5被包含的比例为60至75重量％，包含膨胀石墨和固体润滑剂的耐热材料6被包含的比例为25至40重量％。
在上述第四过程中，如果在将带形金属丝网4制成的加固件5置于内侧的状态来卷绕重叠组件12而形成管形基底件13，而不是将耐热材料6置于内侧来卷绕重叠组件12，则就能够制造出其中由金属丝网构成的加固件5暴露在球形环基底件33的圆柱形内表面29上的球形环密封件35。
通过内装到如图20所示的排气管球形接头内来使用球形环密封件35。即，在如图20所示的排气管球形接头内，凸缘200竖直地设置在连接到发动机侧的上游侧排气管100的外周表面上，并留出管端部101。球形环密封件35在形成通孔28的圆柱形内表面29处配装到该管端部101上，并用其邻靠凸缘200的大直径侧环形端面31进行密封。张开部分301一体地具有凹形的球形表面部分302和从该凹形的球形表面部分303延续的凸缘部分302，该张开部分203固定到下游侧的排气管300，该排气管200设置成与上游侧排气管100相对，并连接到消声器侧。凹状球形表面部分302的内表面304与光滑表面39滑动接触，光滑表面39中由加固件5构成的表面37和由固体润滑剂组成的表面38以混合的形式存在于球形环密封件35的外层34的外表面36内。
在如图20所示的排气管球形接头内，下游侧的排气管300借助于一对螺栓400和一对盘簧500被始终弹性地朝向上游侧排气管100推压，每个螺栓400具有固定到凸缘200的一端和插入到张开部分301的凸缘部分303内布置的另一端，每个盘簧500布置在螺栓400的大头和凸缘部分303之间。此外，排气管球形接头布置成：通过用作为球形环密封件35的外层34的滑动表面的光滑表面39与形成在下游侧排气管300端部处的张开部分301的凹形球形表面部分302的内表面304之间的滑动接触，允许在上游侧和下游侧的排气管100和300内发生相对的角位移。
根据本发明的球形环密封件35，该球形环密封件35包括球形环基底件33和外层34，该球形环基底件33由圆柱形内表面39、部分凸出球形表面30、以及部分凸出球形表面30的大直径和小直径侧环形端面31和32限定，外层34一体地形成在球形环基底件33的局部凸出球形表面30上，其中至少三个突起41、42和43一体地设置在圆柱形内表29上从而沿朝向轴线方向从圆柱形内表面29突出，该至少三个突起41、42和43由在插入由圆柱形内表29限定的通孔28时能够被上游侧排气管刮去的膨胀石墨制成，并以沿周向R彼此间距的方式沿轴向X在大直径侧环形端面31与小直径侧环形端面32之间连续地延伸。因而，可使各突起41、42和43与上游侧排气管100的圆柱形外表面46紧密接触，由此使得能够消除球形环密封件35从排气管100掉落的可能性并改进组装作业性。
根据球形环密封件35，球形环基底件33包括由金属丝网制成的加固件5和含有膨胀石墨的耐热材料6，后者被压缩成填充加固件5的金属丝网的网眼并与加固件5以混合形式形成一体，以及在外层34中，含有膨胀石墨的耐热材料6、由含有至少六方氮化硼和水和氧化铝的润滑组合物组成的固体润滑剂、以及由金属丝网制成的加固件5被压缩，使得该固体润滑剂和耐热材料6填充到加固件5的网眼中，并使得该固体润滑剂、耐热材料6以及加固件5以混合形式形成一体，由此使外层34的外表面36形成为光滑表面39，在此光滑表面39中，由加固件5构成的表面37和由固体润滑剂构成的表面38以混合形式存在。因此，能够避免固体润滑剂从外表面36掉落，于是，由于在固体润滑剂和加固件5以混合形式存在的光滑表面39处与匹配件的滑动，所以，能够尽可能地消除异常摩擦噪音的产生。在上述固体润滑剂中，六方氮化硼尤其在高温区域呈现优异的润滑性。此外，各组分中的水合氧化铝本身不呈现润滑性，但通过改进固体润滑剂到耐热材料表面的粘着性而呈现对形成牢固覆层的影响，并通过促进六方氮化硼的板晶体层之间的滑动而得到六方氮化硼的润滑性的作用。
在上述制造方法中，外层34形成有外表面36，该外表面36形成为光滑表面39，在光滑表面39内由加固件5构成的表面37和由固体润滑剂构成的表面38以混合形式存在；但在外层34形成有外表面36，外表面36形成为由固体润滑剂构成的光滑表面的情况下，如果采用以下程序就足够了。在第三方法中用于外层的两个加固件5例如重叠在耐热材料6的与具有固体润滑剂涂层14的表面相对的表面上，并将该重叠组件馈送到成对圆柱形辊轮15和16之间的辊隙Δ1内，从而通过沿耐热材料6的厚度方向加压而形成一体，由此使在相反表面上的耐热材料6填充用于外层的加固件5的网眼。因此制成扁平外层形成件19，在其正面上提供由固体润滑剂的涂层14构成的表面18，而在其反面上加固件5和耐热材料6以混合形式露出。将由此获得的外层形成件19围绕管状底件13的外周表面缠绕，使涂层14置于外侧，由此制造出圆筒形预制件20。
附图标记的说明
29:圆柱形内表面
30:局部凸出球形表面
31,32:环形端面
33:球形环基底件
34:外层
35:球形环密封件
41,42,43:突起

Claims (14)

1.一种用在排气管接头中的球形环密封件，所述球形环密封件包括：
球形环基底件，所述球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出球形表面和所述局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧环形端面限定；以及外层，所述外层一体形成在所述球形环基底件的所述局部凸出球形表面上，
其中，至少三个突起一体地设置在所述圆柱形内表面上从而沿朝向轴线方向从所述圆柱形内表面突出，所述至少三个突起由在插入由所述圆柱形内表面限定的通孔时能够被排气管刮去的膨胀石墨制成，并以沿周向彼此间距的方式沿轴向在所述大直径侧环形端面与所述小直径侧环形端面之间延伸。
2.如权利要求1所述的球形环密封件，其特征在于，所述大直径侧环形端面由环形平坦端面构成，所述环形平坦端面在其环形大直径边缘处连续地连接到所述局部凸出球形表面的大直径侧环形端并在其环形小直径边缘处连续地连接到所述圆柱形内表面的一环形轴向端，而各所述突起在所述圆柱形内表面的一轴向端与所述圆柱形内表面的另一轴向端之间沿轴向延伸。
3.如权利要求1所述的球形环密封件，其特征在于，所述大直径侧环形端面包括环形平坦端面部分和环形凹形端面部分，所述环形平坦端面部分在其环形大直径边缘处连续地连接到所述局部凸出球形表面的大直径侧环形端，所述环形凹形端面部分在其大直径边缘处连续地连接到所述环形平坦端面部分的环形小直径边缘并在其小直径边缘处连续地连接到所述圆柱形内表面的一环形轴向端，而各所述突起在所述圆柱形内表面的一轴向端与所述圆柱形内表面的另一轴向端之间沿轴向延伸。
4.如权利要求1所述的球形环密封件，其特征在于，所述大直径侧环形端面包括环形第一凹形端面部分、环形平坦端面部分、以及环形第二凹形端面部分，所述环形第一凹形端面部分在其环形大直径边缘处连续地连接到所述局部凸出球形表面的大直径侧环形端，所述环形平坦端面部分在其环形大直径边缘处连续地连接到所述第一凹形端面部分的环形小直径边缘，所述环形第二凹形端面部分在其大直径边缘处连续地连接到所述环形平坦端面部分的环形小直径边缘并在其小直径边缘处连续地连接到所述圆柱形内表面的一环形轴向端，而各所述突起在所述圆柱形内表面的一轴向端与所述圆柱形内表面的另一轴向端之间沿轴向延伸。
5.如权利要求1至4中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，各所述凸起延伸到所述圆柱形内表面的所述一轴向端和所述圆柱形内表面的所述另一轴向端中的至少一个。
6.如权利要求1至4中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，各所述凸起终止于不到所述圆柱形内表面的所述一轴向端和所述圆柱形内表面的所述另一轴向端中的至少一个。
7.如权利要求1至4中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，各所述凸起终止于不到所述圆柱形内表面的所述一轴向端和所述圆柱形内表面的所述另一轴向端中的一个，并延伸到所述圆柱形内表面的所述一轴向端和所述圆柱形内表面的所述另一轴向端中的另一个。
8.如权利要求1至7中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，各所述突起沿轴向连续地或不连续地延伸。
9.如权利要求1至8中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，各所述突起平行于所述轴向螺旋地线性延伸从而相对于轴向倾斜，或者沿所述轴向以波纹方式延伸。
10.如权利要求1至9中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，所述至少三个突起沿周向以彼此相等的间距布置。
11.如权利要求1至10中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，所述圆柱形内表面具有相对于所述排气管的圆柱形外表面的外径的内径，以确保相对于所插入排气管的圆柱形外表面不产生大于配装间隙的间隙。
12.如权利要求1至11中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，所述球形环基底件包括由金属丝网制成的加固件以及含有膨胀石墨的耐热材料，后者被压缩成填充所述加固件的所述金属丝网的网眼并与所述加固件以混合形式形成一体，以及在所述外层中，包含膨胀石墨的所述耐热材料、由含有至少六方氮化硼和水和氧化铝的润滑组合物构成的固体润滑剂、以及由金属丝网制成的所述加固件被压缩成使得所述固体润滑剂和所述耐热材料填充到所述加固件的网眼内，并使得所述固体润滑剂、所述耐热材料、以及所述加固件以混合形式形成一体，所述外层的外表面形成为其中由所述加固件构成的表面和由所述固体润滑剂构成的表面以混合形式存在的光滑表面，或形成为由所述固体润滑剂构成的光滑表面。
13.如权利要求12所述的球形环密封件，其特征在于，所述润滑组合物包含聚四氟乙烯树脂。
14.如权利要求12或13所述的球形环密封件，其特征在于，所述水合氧化铝选自一水氧化铝、三水氧化铝和假勃姆石。
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