CN107208796A - 环形密封件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种环形密封件(500)的制造方法，该方法包括以下步骤：(i)提供中间体(10)，所述中间体(10)具有结合到第二材料(200)的环形层的弹性体的第一材料(100)的环形层，第二材料与第一材料不同；和(ii)机械加工所述中间体以形成包括第一材料和第二材料的环形密封件，其中：中间体(10)被机械加工成提供大致U形的轮廓，并且由以下限定：径向延伸的壁(1)；外凸缘壁(2)，其从径向壁(1)沿轴向延伸；和内凸缘壁(3)，其面向外凸缘壁(2)并且从径向壁(1)沿轴向延伸；以及环形密封件(500)具有从内凸缘壁(3)径向向内延伸的密封唇(4)，由此密封唇(4)由第二材料(200)形成，并且第二材料具有以下中的一个或多个：比第一材料(100)低的摩擦系数、高的耐热性、高的耐磨性和/或高的耐化学性。

Description

环形密封件的制造方法
技术领域
本发明涉及用于密封可相对转动的部件之间的环形间隙的环形密封件及其制造的领域。
背景技术
密封件被用以防止两种环境之间的泄漏。例如，密封件可以用来保持流体、分离流体或防止颗粒污染物从一个环境传递到另一个环境。如果接触表面是完美光滑的或者接触不平坦度(asperity)严重变形并充分平坦，则静态密封将完全防止泄漏。
密封件还可以用于非静态装置，比如滚动轴承。非静态装置依靠密封件来保持润滑剂、防止水进入和防止容易损坏的滚动体的颗粒污染，比如砂粒。非静态装置还依靠密封件与运动表面之间的极其薄的弹性流体动力膜来防止密封件的过度磨损，特别是在缓慢运动导致大的摩擦力并且密封件最容易磨损的启动时。
轴承密封件通常由具有适当形状的橡胶部件形成。在一些情况下，将润滑涂层和/或低摩擦涂层涂布于适当形状的橡胶部件，以便减小密封件与例如延伸穿过轴承的轴之间的摩擦。还已知将刚性部件附接到适当形状的橡胶部件以便为轴承密封件提供适当的刚性。这些部件难以制造。
可以通过以下来制造密封件：将管状的橡胶坯料(billet)的端面机械加工成期望的密封件轮廓、然后将机械加工完的坯料切片(slicing)以形成密封件。可以例如使用SKFSEALJET机器来执行这种机械加工。如果需要密封件具有额外的部件，例如低摩擦涂层或刚性部件，那么这些部件必须在机械加工之后附接或施加。因此，制造方法的复杂性增加。
本发明的目的是解决或至少减轻与现有技术相关联的问题中的一些或者提供这些问题的商业上可接受的替代方案。特别地，本发明的实施例能够提供更易于制造的密封件，例如轴承密封件。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种环形密封件的制造方法，该方法包括以下步骤：
(i)提供中间体，该中间体具有结合到第二材料的环形层的弹性体的第一材料的环形层，第二材料与第一材料不同；和
(ii)机械加工中间体以形成包括第一材料和第二材料的环形密封件。
根据本发明，中间体被机械加工成提供大致U形的轮廓，并且由以下限定：径向延伸的壁；外凸缘壁，其从径向壁沿轴向延伸；和内凸缘壁，其面向外凸缘壁并且从径向壁沿轴向延伸。此外，环形密封件具有从内凸缘壁径向向内延伸的密封唇，由此密封唇由第二材料形成，并且第二材料具有以下中的一个或多个：比第一材料低的摩擦系数、高的耐热性、高的耐磨性和/或高的耐化学性。
根据本发明的方法能够通过在机械加工步骤之前接合第一材料的环形层与第二材料的环形层来制造密封件。有利的是，于是不需要提供密封件的必须精确符合第一材料的形状的另外的材料部分。
现将进一步描述本发明。在以下段落中，更详细地限定本发明的不同方面。除非有明确相反的指示，否则如此限定的各方面可以与任何其它一个或多个方面组合。特别地，指示为优选或有利的任何特征可以与指示为优选或有利的任何其它一个或多个特征组合。
附图说明
为了更好地理解本发明，并且为了示出可以如何实现本发明，现在仅通过示例的方式参照附图，在附图中：
图1示出了根据本发明的方法的第一实施例的用于制造密封件的中间体；
图2示出了由图1的中间体制成的密封件的截面；
图3示出了根据本发明的方法的第二实施例的用于制造密封件的中间体；以及
图4示出了由图3的中间体制成的密封件的截面。
具体实施方式
参照图1和图3，根据本发明的密封件500的制造方法的第一实施例包括以下步骤：提供第一材料100并将第二材料200结合到第一材料100以形成中间体(intermediate)10。第二材料200是与第一材料100不同的材料，并且有利的是，第二材料200可以被选择为提供不同的材料性质。第一材料100和第二材料200被设置为环形层，使得中间体10也具有环形形状。
第一材料100可以是弹性体材料，诸如通常制造密封件的弹性体材料。弹性体的第一材料可以包括例如：含氟弹性体(FKM)、全氟弹性体(FFKM)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、羧基丁腈橡胶(XNBR)、硅橡胶(VMQ)、聚氨酯(PU)、氯丁橡胶(氯丁二烯)、乙烯-丙烯-二烯(EPDM)、乙烯-丙烯(EPM)、苯乙烯-丁二烯(SBR)、异丁烯-异戊二烯、热塑性聚氨酯(TPU)和热塑性弹性体(TPE)中的一种或多种。
可以针对特定应用而定制弹性体的第一材料100与第二材料200的组合，以便与仅包括这些材料中的一者的密封件相比实现优越的性能。还可以选择该组合以便(使用少量更昂贵的材料)以更低的成本获得更高的性能。
在该第一实施例中，第二材料200可以展现出以下中的一个或多个：比第一材料低的摩擦系数、高的耐热性、高的耐磨性和/或高的耐化学性。这些性质可以通过形成密封件的密封表面(例如密封唇的表面)的材料而有利地展现出来。可能有利的是，低摩擦系数、高耐热性、高耐磨性和/或高耐化学性由第二材料200提供，而不一定由整个中间体10提供。这是因为提供这些性质的材料可能会展现出在所生成的密封件中是不利的其它性质，例如低弹性。
第二材料200可以包括聚合物(例如，以上针对弹性体的第一材料指定的材料中的一种或多种)和可选的填料(filler)。填料通常分散在聚合物内，即聚合物是连续相，填料是不连续相。填料可以是摩擦改性剂(modifier)。摩擦改性剂可以是在使用时能够减少材料相对于对立面的滑动摩擦的任何物质。优选的摩擦改性剂例如包括石墨、PTFE、MoS2、纳米填料、富勒烯填料(fullerene-like fillers)和蜡。将摩擦改性剂并入到聚合物中可以将摩擦损失降低多达60％，并且可以增加密封件的寿命。根据聚合物与摩擦改性剂的特定组合，摩擦系数可以从平均值为0.35下降到0.05。为了减少摩擦，第二材料200可以被配制成使得增大要保留的润滑剂的膜厚度。例如，用润滑剂溶胀(swollen)的材料具有较低的摩擦系数，这是因为该材料在压力下释放润滑剂，从而向接触表面供给润滑剂。聚合物与填料的组合还可以被选择成使得第二材料200展现出比第一材料100高的耐热性、高的耐磨性和/或高的耐化学性。
还能够想到第二材料200可以仅包括低摩擦材料(例如石墨、PTFE和/或MoS2)的涂层，或仅由低摩擦材料(例如石墨、PTFE和/或MoS2)的涂层组成。
在该第一实施例中，第二材料200可以展现出比第一材料100大的刚度。这可以用于保持密封件500在使用时的形状。第二材料200可以包括聚合物和填料。填料通常分散在聚合物中。聚合物与填料的组合可以被选择成为第二材料200提供比第一材料100高的硬度和/或高的弹性模量。这可以有助于所生成的密封件在使用时保持在孔中。聚合物与填料的组合可以被选择成增大所生成的密封件500的表面的粘性(tackiness)，并且还有助于保持所生成的密封件500的结构。聚合物与填料的组合可以被选择成确保第二材料200的性质在所生成的密封件500的通常工作状况下长时间保持，从而增加密封件500的寿命。
第一材料100优选设置为环或管的形状，具有带有内表面110的孔。第二材料200可以设置为环或管，具有外表面210。优选的是，第一材料100具有平滑表面，第二材料200具有互补的平滑表面，并且这两个平滑表面可以结合在一起。因此，将材料结合在一起的步骤比先将第一材料100加工成复杂形状简单得多。外表面210与内表面110紧密地配合，使得这两个表面110、210可以结合在一起。例如，结合可以包括在接触时加热这两种材料100、200，即，熔融结合(fusion bonding)。
作为一种选择，第二材料200可以通过沉积(deposition)到内表面110上的方式来设置，使得这两种材料在表面110和210处会合(meet)并邻接。例如，第二材料200可以被喷涂到第一材料100的内表面110上。
作为另一种选择，第二材料200可以与第一材料100共挤出以形成两种材料在表面110和210处结合的中间体10。例如，可以将第一材料100和第二材料200熔化并强制通过模具(例如，被设置成形成两个同心环形挤出物的模具)，该模具将以期望的形式挤出材料，该材料在冷却时保持。
作为另一种选择，第二材料200可以被胶合到第一材料100以形成两种材料在表面110和210处结合的中间体10。
作为另一种选择，第二材料200可以与第一材料100成型以形成两种材料在表面110和210处结合的中间体10。成型优选包括注射成型、压缩成型和传递成型中的一种或多种。在适当地选择第一材料100与第二材料200的交联体系的情况下，在成型过程期间确保了化学键合(chemical bonding)。鉴于成本低，因此使用成型是特别优选的。
在这些选项中的每一个中，第一材料100和第二材料200形成中间体10的层。因此可以看出，本发明涉及到：在更容易如此做的制造早期阶段将第一材料100与第二材料200结合，从而生成中间体10，然后执行机械加工操作以生产更复杂形状的密封件500。
重要的是，中间体10可以形成能够用于具有不同截面的多个密封件的标准化的库存物品(standardised item of stock)。因此，可以生产大量的中间体10，使得生产节省，而各个类型的密封件在制造方面的区别仅在于随后的机械加工步骤，机械加工步骤可以是计算机化的过程，例如使用计算机控制的车床，例如SKF公司的SEALJET机器(例如，NG025、NG040或NG060)。
图1示出了中间体10的截面，该中间体10包括结合到第二材料200的第一材料100。在中间体10的截面中绘出了密封件500的期望截面形状400。
中间体10可以随后被机械加工以去除期望截面形状400以外的材料，以产生如图2所示的密封件500。
如能够在图1中看到的，截面形状400包含(encompass)第一材料100和第二材料200两者，这两者均形成由机械加工步骤生成的密封件500(参见图2)的一部分。如上所述，适合的机械加工技术包括用车床切削部件以生产具有期望截面的环形密封件。
在该实施例中，如图2所示，密封件500被机械加工成提供大致U形的轮廓(profile)，并且由以下限定：径向延伸的壁1；外凸缘壁2，其从径向壁1沿轴向延伸；和内凸缘壁3，其面向外壁并且从径向壁大致沿轴向延伸。密封唇4设置在内凸缘壁3的径向内表面上。因此，可以看到，壁1、2和3由第一材料100形成，而密封唇4由第二材料200形成。密封唇4结合到内凸缘壁3。
通过在第一材料100的径向内表面110上设置具有低摩擦系数的第二材料200以形成中间体10、然后随后机械加工中间体10以形成密封件500，密封件500能够被设置成当与对立面滑动接触时展现出减小的摩擦。对立面可以是机械的转动轴，由此密封件的外凸缘壁2安装于例如壳体(housing)的孔。该密封件还可以被实施为安装在轴承的内圈与外圈之间的环形间隙内的轴承密封件。
如上所述，代替仅具有低摩擦系数的是，另外地或可选择地，第二材料200可以展现出以下的一个或多个：比第一材料100高的耐热性、高的耐磨性和/或高的耐化学性。
参照图3和图4，根据本发明的密封件600的制造方法的第二实施例包括以下步骤：通过提供第一材料100、将第二材料200结合到第一材料100和将第三材料300结合到第一材料100来提供中间体20。第二材料200和第三材料300是与第一材料100不同的材料。优选的是，第三材料300与第二材料200不同。
在第一实施例与第二实施例之间有许多相似之处。因此，与第一实施例一样，第三材料300可以通过以下方式结合到第一材料100：单独形成材料100、300的制品并将它们结合在一起，例如通过胶合或熔融结合；将第三材料300沉积到第一材料100的制品上；或者共挤出第一材料100和第三材料300(或第一材料100、第二材料200和第三材料300)。
最优选地，如能够在图3中看到的，第三材料300的径向内表面320结合到第一材料100的径向外表面120，其中表面120与表面110相反向。也就是说，第二材料200和第三材料300可以结合到第一材料100的相反向的表面。
从能够在图3中看到的，本实施例中的截面形状400包含第一材料100、第二材料200和第三材料300，这些材料均形成由机械加工步骤生成的密封件600的一部分。在本实施例中，如图4所示，密封件600被机械加工成提供与如上所述的第一实施例的密封件500的轮廓(参见图2)类似的轮廓。特别地，密封件600被机械加工成提供大致U形的轮廓，并且由以下限定：径向延伸的壁1；外凸缘壁2，其从径向壁1沿轴向延伸；和内凸缘壁3，其面向外壁并且从径向壁大致沿轴向延伸。密封唇4设置在内凸缘壁3的径向内表面上。因此，能够看到，壁1和壁3由第一材料100形成，外凸缘壁2由第三材料300形成，密封唇4由第二材料200形成。密封唇4结合到内凸缘壁3。壁1和壁3由同一材料形成一体，而外凸缘壁2结合到径向壁1。
以上与第一实施例中的第一材料100和第二材料200有关的讨论同样适用于第二实施例。
通过在第一材料100的表面上设置具有高刚性的第三材料300以形成中间体10、然后随后机械加工中间体10以形成密封件500，能够为密封件500提供改善的刚性。改善的刚性可以有助于密封件500在使用时保持其形状。
虽然第一实施例中的第二材料200和第二实施例中的第三材料300被描述为具有特定性质，但是这些性质可以根据特定应用的需求是可互换的。
此外，能够想到的是，中间体可以在第二材料200和/或第三材料300上包括不与第一材料100接触的另外的层。
前面的详细描述已通过解释和阐述的方式提供，并且不意在限制所附权利要求的范围。这里阐述的当前优选实施例中的许多变型对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并保持在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (12)

1.一种环形密封件(500、600)的制造方法，该方法包括以下步骤：
(i)提供中间体(10、20)，所述中间体(10、20)具有结合到第二材料(200)的环形层的弹性体的第一材料(100)的环形层，所述第二材料与所述第一材料不同；和
(ii)机械加工所述中间体以形成包括所述第一材料和所述第二材料的所述环形密封件，其中：
·所述中间体被机械加工成提供大致U形的轮廓，并且由以下限定：径向延伸的壁(1)；外凸缘壁(2)，其从径向壁(1)沿轴向延伸；和内凸缘壁(3)，其面向所述外凸缘壁(2)并且从径向壁(1)沿轴向延伸；以及
·所述环形密封件(500、600)具有从所述内凸缘壁(3)径向向内延伸的密封唇(4)，由此所述密封唇(4)由所述第二材料(200)形成，并且所述第二材料具有以下中的一个或多个：比所述第一材料(100)低的摩擦系数、高的耐热性、高的耐磨性和/或高的耐化学性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹性体的第一材料包括以下中的一种或多种：含氟弹性体(FKM)、全氟弹性体(FFKM)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、羧基丁腈橡胶(XNBR)、硅橡胶(VMQ)、聚氨酯(PU)、氯丁橡胶(氯丁二烯)、乙烯-丙烯-二烯(EPDM)、乙烯-丙烯(EPM)、苯乙烯-丁二烯(SBR)、异丁烯-异戊二烯、热塑性聚氨酯(TPU)和热塑性弹性体(TPE)。
3.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，另外的材料包括聚合物和以下中的一种或多种：石墨、PTFE、MoS2、纳米填料、富勒烯填料和蜡。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，另外的材料包括聚合物和填料。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，
步骤(i)包括将第三材料(300)的环形层粘合到所述第一材料(100)的环形层，所述第三材料与所述第一材料不同，其中所述第二材料(200)的环形层和所述第三材料(300)的环形层结合到所述第一材料(100)的环形层的径向相反向侧。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三材料(300)具有比所述第一材料(100)大的刚度。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第三材料(300)包括聚合物和填料。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述环形密封件(600)的径向延伸的壁(1)由所述第一材料(100)形成，并且所述外凸缘壁(2)由所述第三材料(300)形成。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二材料和/或如果存在的话所述第三材料通过共挤出、胶合、熔融结合和成型中的一种或多种方式结合到所述第一材料。
10.一种环形密封件，其由根据前述权利要求中的任一项所述的方法制成。
11.一种机器，包括如权利要求10限定的环形密封件(500、600)，其中所述环形密封件被设置在所述机器的转动轴与壳体之间。
12.一种滚动轴承，包括如权利要求10限定的环形密封件(500、600)。
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