CN105402413A - 一种发动机用组合垫片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机用组合式垫片，包括金属垫片本体，所述金属垫片本体上设有若干汽缸孔和安装孔，所述汽缸孔内镶嵌有密封圈，所述密封圈包括橡胶套、第一弹性层、第二弹性层和伸缩层，密封圈与金属垫片本体内壁通过第一弹性层连接，所述橡胶套露出金属垫片本体的上端和下端并向外翻形成裙边，所述伸缩层上设有若干凸缘，所述每个凸缘等距平行布置在金属垫片本体上，且每个凸缘之间的间隙处为凹槽，所述凸缘和凹槽组合形成波浪形，或者形成齿形。本发明主要解决了两平面连接时密封性差的问题，同时还解决了密封垫片、紧固件和接触面磨损严重的问题，通过特制金属垫片，使金属垫片的弹性、韧性、强度和抗腐蚀能力得到增强，延长了金属垫片的使用寿命。

Description

一种发动机用组合垫片

技术领域

本发明涉及密封垫片领域，特别涉及一种发动机用组合式垫片。

背景技术

发动机用的金属垫片常常作为两平面之间加强密封的材料，作为防止润滑油箱泄露的密封元件设置在静密封面之间。目前金属垫片多为简单的环状，与待密封部件接触后，不能形成密封带，容易发生渗漏现象，需要进一步完善。密封垫片所用的场合往往工作环境比较复杂，如在发动机法兰上，机械工作带来的振动，会带动法兰上紧固件振动，致使紧固件下方的密封垫片会对法兰的内壁和对紧固件的表面造成剪切应力并有滑动的趋势，导致接触部位磨损严重，这种情况不仅仅会造成对个部件的损伤，还会使密封处间隙变大，进而大大降低密封了效果。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种发动机用组合式垫片，主要解决两平面连接时密封性差的问题，同时解决密封垫片、紧固件和接触面磨损严重的问题，通过特制金属垫片，使金属垫片的弹性、韧性、强度和抗腐蚀能力增强，延长金属垫片的使用寿命。

本发明采用的技术方案如下：一种发动机用组合式垫片，包括金属垫片本体，所述金属垫片本体上设有若干汽缸孔和安装孔，所述汽缸孔内镶嵌有密封圈，所述密封圈包括橡胶套、第一弹性层、第二弹性层和伸缩层，密封圈与汽缸孔内壁通过第一弹性层连接，所述第一弹性层的另一侧面粘接所述伸缩层，所述伸缩层的另一侧面粘接所述第二弹性层，所述第二弹性层的另一侧面粘接橡胶套，所述橡胶套露出金属垫片本体的上端和下端并向外翻形成裙边，橡胶套的外表面涂覆有一聚四氟乙烯层，所述伸缩层上设有若干凸缘，所述每个凸缘等距平行布置在金属垫片本体上，且每个凸缘之间的间隙处为凹槽，所述凸缘和凹槽组合形成波浪形，或者形成齿形。

进一步，所述第一弹性层为丁腈橡胶层或者为丙烯酸酯橡胶层，宽度为1-8mm，厚度与所述金属垫片本体的厚度相同，在第一弹性层的两侧面设有凸缘，所述金属垫片本体内壁的一侧开凿有若干条相互平行的凹槽，所述第一弹性层一侧面的凸缘与所述金属垫片本体内壁的一侧的凹槽相配合，且通过喷涂粘接剂的方式固定连接，所述伸缩层的两侧面也开凿有若干条相互平行的凹槽，与所述第一弹性层另一侧面的凸缘相配合，且通过喷涂粘接剂的方式固定连接。

进一步，所述第二弹性层为硅橡胶层，宽度为1-8mm，厚度与所述金属垫片本体的厚度相同，第二弹性层的一侧面设有凸缘，所述第二弹性层一侧面的凸缘与所述伸缩层一侧面的凹槽相配合并粘接，所述橡胶套表面上涂覆的聚四氟乙烯层的厚度为50-300μm。

当紧固件还未向下拧紧时，金属垫片的橡胶套与紧固件松动配合，金属垫片外边缘与发动机法兰内壁接触或者留有很小的装配缝隙，当紧固件向下拧紧，紧固件就会压缩伸缩层，伸缩层上的凸缘和凹槽就会向两边扩展延伸，致使金属垫片内的橡胶套会收缩并挤压紧固件，当紧固件向下的压力过大时，即超过了第二弹性层的弹性势能，第二弹性层会微微带动橡胶套向上或向下翘起，直至紧固件拧紧为止，在此状态时，金属垫片紧紧的抵住了紧固件表面，橡胶套则像吸盘一样，紧紧贴住紧固件，密封处无任何缝隙，达到了很好的密封效果，而当法兰和紧固件振动或紧固件收到横向方向上的力时，由于第一弹性层和第二弹性层的弹性和吸振作用，橡胶套依然能紧紧的贴住紧固件，且第二弹性层为硅橡胶组成，硅橡胶上喷涂有聚四氟乙烯涂料，这使得在发生相对滑动时，作用在表面上的力得到了减缓，接触面相对摩擦系数小，不会对紧固件造成刮损，保证了金属垫片和紧固件的尺寸稳定性，进一步维持了密封效果。同时，由于在金属垫片本体与密封垫圈连接处有一圈第一弹性层，第一弹性层会将振动吸收，使金属垫片与法兰内壁不会发生相对滑动或发生很小的相对滑动，减缓了刮擦磨损，保证了金属垫片和法兰的尺寸稳定性。

进一步，所述金属垫片本体和所述伸缩层用弹性不锈钢制成，所述弹性不锈钢的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.13%~0.17%，镍为4%~7%，铬为9%~15%，锰为9%~11%，铌为0.58%~0.77%，钒为0.13%~0.32%，钼为1.3%~1.8%，钛为3%~4%，稀土为0.23%~0.53%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质。

进一步，所述弹性不锈钢的制备工艺包括以下几个步骤：

步骤1、用中频感应电炉熔炼，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，熔炼快结束时，加入稀土，使钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，浇注成型，然后清理钢锭表面渣滓，除去冒口；

步骤2、用机械加工的方法除去钢锭表面的铸造缺陷和氧化皮，表面打磨光滑平整，然后将钢锭加热至1050℃，升温速率为100℃/h，一次锻压下，将钢锭锻造成所需规格的板材；

步骤3、将锻压完成后的板材置于热处理炉中，加热板材至650℃，升温速率为70℃/h，然后保温3h，再随炉冷却至室温；然后用机械加工的方式将板材加工成工件；

步骤4、将步骤3中得到的工件进行固溶处理，即将工件放入热处理炉中加热至1060℃，升温速率为100℃/h，保温6h，然后水淬至室温；

步骤5、将固溶处理后的工件加热至870℃，升温速率为90℃/h，保温5h，然后空冷却至室温。

在本特制的弹性不锈钢中，特意加了钒、钛、钼和铌合金元素，其目的在于，由于金属垫片往往工作环境复杂，传统的不锈钢只能满足一般需要，而在一些重要场合，往往还要要求金属垫片具有优异的抗晶间腐蚀能力和耐酸碱能力，钒、钛和铌微量元素能在钢中形成稳定碳化物，能够有效避免在晶界上沉淀出铬碳化物导致不锈钢的晶间腐蚀，提高不锈钢抗晶间腐蚀能力；钼在钢中能形成稳定的钝化膜，提高钢耐酸碱的性能，提高钢抗晶间腐蚀的能力；铌可提高钢抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，可防止晶间腐蚀现象。此外，这些合金元素除提高钢的抗腐蚀性能外，还能提高钢的强度、硬度和耐磨性等机械性能，使金属垫片综合性能更好。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、主要解决了两平面连接时密封性差的问题，使金属垫片在动态过程中，也能维持很好的密封效果。

2、解决了密封垫片、紧固件和接触面磨损严重的问题，保证了金属垫片、接触面和紧固件的尺寸稳定性。

3、通过特制金属垫片，使金属垫片的弹性、韧性、强度和抗腐蚀能力增强，延长金属垫片的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一种发动机用组合式垫片结构示意图。

图2是图1的A-A截面图。

图中标记：1为汽缸孔，2为橡胶套，3为第一弹性层，4为伸缩层，5为金属垫片本体，6为安装孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1和图2所示，一种发动机用组合式垫片，包括金属垫片本体5，所述金属垫片本体5上设有若干汽缸孔1和安装孔6，所述汽缸孔1内镶嵌有密封圈，所述密封圈包括橡胶套2、第一弹性层3、第二弹性层7和伸缩层4，密封圈与汽缸孔1内壁通过第一弹性层3连接，所述第一弹性层3的另一侧面粘接所述伸缩层4，所述伸缩层4的另一侧面粘接所述第二弹性层7，所述第二弹性层7的另一侧面粘接橡胶套2，所述橡胶套2露出金属垫片本体5的上端和下端并向外翻形成裙边，橡胶套2的外表面涂覆有一聚四氟乙烯层，所述伸缩层4上设有若干凸缘，所述每个凸缘等距平行布置在金属垫片本体5上，且每个凸缘之间的间隙处为平面，或者每个凸缘之间的间隙处为凹槽，所述凸缘和凹槽组合形成波浪形，或者形成齿形。

在本实施例中，所述第一弹性层3为丁腈橡胶层或者为丙烯酸酯橡胶层，宽度为1-8mm（最佳宽度为5mm，根据金属垫片本体5的厚度大小，也可以选择1mm或者8mm），厚度与所述金属垫片本体5的厚度相同，在第一弹性层3的两侧面设有凸缘，所述金属垫片本体5内壁的一侧开凿有若干条相互平行的凹槽，所述第一弹性层3一侧面的凸缘与所述金属垫片本体5内壁的一侧的凹槽相配合，且通过喷涂粘接剂的方式固定连接，所述伸缩层4的两侧面也开凿有若干条相互平行的凹槽，与所述第一弹性层3另一侧面的凸缘相配合，且通过喷涂粘接剂的方式固定连接。

在本实施例中，所述第二弹性层7为硅橡胶层，宽度为1-8mm（最佳宽度为5mm，根据金属垫片本体5的厚度大小，也可以选择1mm或者8mm），厚度与所述金属垫片本体5的厚度相同，第二弹性层7的一侧面设有凸缘，所述第二弹性层7一侧面的凸缘与所述伸缩层4一侧面的凹槽相配合并粘接，所述橡胶套2表面上涂覆的聚四氟乙烯层的厚度为50-300μm（最佳厚度为230μm，根据紧固件表面的粗糙度，也可以选择50μm或者300μm）。

当紧固件还未向下拧紧时，金属垫片的橡胶套2与紧固件松动配合，金属垫片外边缘与发动机法兰内壁接触或者留有很小的装配缝隙，当紧固件向下拧紧，紧固件就会压缩伸缩层4，伸缩层4上的凸缘和凹槽就会向两边扩展延伸，致使金属垫片内的橡胶套2会收缩并挤压紧固件，当紧固件向下的压力过大时，即超过了第二弹性层7的弹性势能，第二弹性层7会微微带动橡胶套向上或向下翘起，直至紧固件拧紧为止，在此状态时，金属垫片紧紧的抵住了紧固件表面，橡胶套2则像吸盘一样，紧紧贴住紧固件，密封处无任何缝隙，达到了很好的密封效果，而当法兰和紧固件振动或紧固件收到横向方向上的力时，由于第一弹性层3和第二弹性层7的弹性和吸振作用，橡胶套2依然能紧紧的贴住紧固件，且第二弹性层7为硅橡胶组成，硅橡胶上喷涂有聚四氟乙烯涂料，这使得在发生相对滑动时，作用在表面上的力得到了减缓，接触面相对摩擦系数小，不会对紧固件造成刮损，保证了金属垫片和紧固件的尺寸稳定性，进一步维持了密封效果。同时，由于在金属垫片本体5与密封垫圈连接处有一圈第一弹性层3，第一弹性层3会将振动吸收，使金属垫片与法兰内壁不会发生相对滑动或发生很小的相对滑动，减缓了刮擦磨损，保证了金属垫片和法兰的尺寸稳定性。

在本实施例中，所述金属垫片本体5和伸缩层4用弹性不锈钢制成，所述弹性不锈钢的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.13%，镍为4%，铬为15%，锰为9%，铌为0.77%，钒为0.13%，钼为1.3%%，钛为3%，稀土为0.23%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质，所述弹性不锈钢的制备工艺包括以下几个步骤：

步骤1、用中频感应电炉熔炼，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，熔炼快结束时，加入稀土，使钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，浇注成型，然后清理钢锭表面渣滓，除去冒口；

步骤2、用机械加工的方法除去钢锭表面的铸造缺陷和氧化皮，表面打磨光滑平整，然后将钢锭加热至1050℃，升温速率为100℃/h，一次锻压下，将钢锭锻造成所需规格的板材；

步骤3、将锻压完成后的板材置于热处理炉中，加热板材至650℃，升温速率为70℃/h，然后保温3h，再随炉冷却至室温；然后用机械加工的方式将板材加工成所述工件；

步骤4、将步骤3中得到的工件进行固溶处理，即将工件放入热处理炉中加热至1060℃，升温速率为100℃/h，保温6h，然后水淬至室温；

步骤5、将固溶处理后的工件加热至870℃，升温速率为90℃/h，保温5h，然后空冷却至室温。

实施例二

该实施例与实施例一相同，其不同之处在于，所述弹性不锈钢的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.17%，镍为7%，铬为9%，锰为11%，铌为0.58%%，钒为0.32%，钼为1.8%，钛为4%，稀土为0.53%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质，所述弹性不锈钢的制备工艺包括以下几个步骤：

步骤1、用中频感应电炉熔炼，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，熔炼快结束时，加入稀土，使钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，浇注成型，然后清理钢锭表面渣滓，除去冒口；

步骤2、用机械加工的方法除去钢锭表面的铸造缺陷和氧化皮，表面打磨光滑平整，然后将钢锭加热至1050℃，升温速率为100℃/h，一次锻压下，将钢锭锻造成所需规格的板材；

步骤3、将锻压完成后的板材置于热处理炉中，加热板材至650℃，升温速率为70℃/h，然后保温3h，再随炉冷却至室温；然后用机械加工的方式将板材加工成工件；

步骤4、将步骤3中得到的工件进行固溶处理，即将工件放入热处理炉中加热至1060℃，升温速率为100℃/h，保温6h，然后水淬至室温；

步骤5、将固溶处理后的工件加热至870℃，升温速率为90℃/h，保温5h，然后空冷却至室温。

实施例三

该实施例与实施例一和实施例二相同，其不同之处在于，所述弹性不锈钢的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.14%，镍为5%，铬为10%，锰为9.5%，铌为0.65%，钒为0.27%，钼为1.5%，钛为3.7%，稀土为0.46%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质，所述弹性不锈钢的制备工艺包括以下几个步骤：

步骤1、用中频感应电炉熔炼，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，熔炼快结束时，加入稀土，使钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，浇注成型，然后清理钢锭表面渣滓，除去冒口；

步骤2、用机械加工的方法除去钢锭表面的铸造缺陷和氧化皮，表面打磨光滑平整，然后将钢锭加热至1050℃，升温速率为100℃/h，一次锻压下，将钢锭锻造成所需规格的板材；

步骤3、将锻压完成后的板材置于热处理炉中，加热板材至650℃，升温速率为70℃/h，然后保温3h，再随炉冷却至室温；然后用机械加工的方式将板材加工成金属垫片本体3；

步骤4、将步骤3中得到的工件进行固溶处理，即将工件放入热处理炉中加热至1060℃，升温速率为100℃/h，保温6h，然后水淬至室温；

步骤5、将固溶处理后的工件加热至870℃，升温速率为90℃/h，保温5h，然后空冷却至室温。

实施例四

该实施例与实施例一、实施例二和实施例三相同，其不同之处在于，所述弹性不锈钢的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.15%，镍为5.7%，铬为11.5%，锰为10%，铌为0.77%，钒为0.27%，钼为1.8%，钛为4%，稀土为0.53%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质，所述弹性不锈钢的制备工艺包括以下几个步骤：

步骤1、用中频感应电炉熔炼，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，熔炼快结束时，加入稀土，使钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，浇注成型，然后清理钢锭表面渣滓，除去冒口；

步骤2、用机械加工的方法除去钢锭表面的铸造缺陷和氧化皮，表面打磨光滑平整，然后将钢锭加热至1050℃，升温速率为100℃/h，一次锻压下，将钢锭锻造成所需规格的板材；

步骤3、将锻压完成后的板材置于热处理炉中，加热板材至650℃，升温速率为70℃/h，然后保温3h，再随炉冷却至室温；然后用机械加工的方式将板材加工成工件；

步骤4、将步骤3中得到的工件进行固溶处理，即将工件放入热处理炉中加热至1060℃，升温速率为100℃/h，保温6h，然后水淬至室温；

步骤5、将固溶处理后的工件加热至870℃，升温速率为90℃/h，保温5h，然后空冷却至室温。

将上述各实施例得到的成品中各取一试样进行力学性能测试，其结果如下表所示：

本发明的弹性不锈钢的屈服强度为540-570MPa，抗拉强度为325.0-350MPa，抗点蚀当量为27.8-28.7，具备优秀的抗腐蚀性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发动机用组合式垫片，包括金属垫片本体（5），其特征在于，所述金属垫片本体（5）上设有若干汽缸孔（1）和安装孔（6），所述汽缸孔（1）内镶嵌有密封圈，所述密封圈包括橡胶套（2）、第一弹性层（3）、第二弹性层（7）和伸缩层（4），密封圈与金属垫片本体（5）内壁通过第一弹性层（3）连接，所述第一弹性层（3）的另一侧面粘接所述伸缩层（4），所述伸缩层（4）的另一侧面粘接所述第二弹性层（7），所述第二弹性层（7）的另一侧面粘接橡胶套（2），所述橡胶套（2）露出金属垫片本体（5）的上端和下端并向外翻形成裙边，橡胶套（2）的外表面涂覆有一聚四氟乙烯层，所述伸缩层（4）上设有若干凸缘，所述每个凸缘等距平行布置在金属垫片本体（5）上，且每个凸缘之间的间隙处为凹槽，所述凸缘和凹槽组合形成波浪形，或者形成齿形。

2.如权利要求1所述的发动机用组合式垫片，其特征在于，所述第一弹性层（3）为丁腈橡胶层或者为丙烯酸酯橡胶层，宽度为1-8mm，厚度与所述金属垫片本体（5）的厚度相同，在第一弹性层（3）的两侧面设有凸缘，所述金属垫片本体（5）内壁的一侧开凿有若干条相互平行的凹槽，所述第一弹性层（3）一侧面的凸缘与所述金属垫片本体（5）内壁的一侧的凹槽相配合，且通过喷涂粘接剂的方式固定连接，所述伸缩层（4）的两侧面也开凿有若干条相互平行的凹槽，与所述第一弹性层（3）另一侧面的凸缘相配合，且通过喷涂粘接剂的方式固定连接。

3.如权利要求2所述的发动机用组合式垫片，其特征在于，所述第二弹性层（7）为硅橡胶层，宽度为1-8mm，厚度与所述金属垫片本体（5）的厚度相同，第二弹性层（7）的一侧面设有凸缘，所述第二弹性层（7）一侧面的凸缘与所述伸缩层（4）一侧面的凹槽相配合并粘接，所述橡胶套（2）表面上涂覆的聚四氟乙烯层的厚度为50-300μm。

4.如权利要求1-3之一所述的发动机用组合式垫片，其特征在于，所述金属垫片本体（5）和所述伸缩层（4）用弹性不锈钢制成，所述弹性不锈钢的组分按重量百分比计算（以下%均表示重量百分比）为：碳为0.13%~0.17%，镍为4%~7%，铬为9%~15%，锰为9%~11%，铌为0.58%~0.77%，钒为0.13%~0.32%，钼为1.3%~1.8%，钛为3%~4%，稀土为0.23%~0.53%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质。

5.如权利要求4所述的发动机用组合式垫片，其特征在于，所述弹性不锈钢的制备工艺包括以下几个步骤：

步骤1、用中频感应电炉熔炼，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，熔炼快结束时，加入稀土，使钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，浇注成型，然后清理钢锭表面渣滓，除去冒口；

步骤2、用机械加工的方法除去钢锭表面的铸造缺陷和氧化皮，表面打磨光滑平整，然后将钢锭加热至1050℃，升温速率为100℃/h，一次锻压下，将钢锭锻造成所需规格的板材；

步骤3、将锻压完成后的板材置于热处理炉中，加热板材至650℃，升温速率为70℃/h，然后保温3h，再随炉冷却至室温；然后用机械加工的方式将板材加工成工件；

步骤4、将步骤3中得到的工件进行固溶处理，即将工件放入热处理炉中加热至1060℃，升温速率为100℃/h，保温6h，然后水淬至室温；

步骤5、将固溶处理后的工件加热至870℃，升温速率为90℃/h，保温5h，然后空冷却至室温。