CN108279162A - 一种橡胶密封圈压力加载装置及压力加载试验方法 - Google Patents

一种橡胶密封圈压力加载装置及压力加载试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种橡胶密封圈压力加载装置即压力加载试验方法，加载装置包括金属环，以及套设在金属环上的分瓣式套筒，且分瓣式套筒与金属环之间采用最小间隙等于零的方式配合；在金属环侧壁设置有环槽，环槽的深度等于橡胶密封圈随弹贮存过程中受压时的高度，且通过金属环、环槽与套筒的相互配合可实现对橡胶密封圈的环向应力加载；加载方法依次包括采用本发明压力加载装置对橡胶密封圈进行压力加载，老化试验，解除压力加载并测量其恢复到自由状态后的高度，压缩永久变形率计算。采用本发明压力加载装置进行压力加载能够准确地模拟和获取用于弹药筒体内的橡胶密封圈的实际变形情况。

Description

一种橡胶密封圈压力加载装置及压力加载试验方法
技术领域
本发明涉及橡胶密封圈压力加载试验，具体涉及弹药筒体内的橡胶密封圈压力加载装置及压力加载试验方法。
背景技术
橡胶材料作为密封圈使用时，一方面会随着时间的延长缓慢老化，另一方面还处于持续受力的状态，导致橡胶密封圈压缩永久变形，当压缩永久变形率达到一定的程度时，橡胶密封圈会失效，导致密封效果变差。
压缩永久变形率是可以准确描述和反应橡胶密封圈性能退化行为的一种指标参数，因此常采用压缩永久变形率来衡量橡胶密封圈性能变化程度。为了能够快速获得橡胶密封圈的性能变化规律，准确地检测橡胶密封圈压缩永久变形情况，评估其使用寿命，需要在不改变橡胶老化机理的前提下进行压缩永久变形试验(压力加载试验)，即在压力加载状态下开展加速老化试验。现有橡胶密封圈压力加载试验方法，通常是先测定出橡胶密封圈试件压缩前的高度h0(初始高度)，然后采用标准夹具进行压缩，试件被均匀压缩后达到的规定高度为h1，持续压缩一段时间后，将试件从标准夹具中取出，当试件不再发生形变时(恢复到自由状态后)测量其高度h2，最后根据公式(ε＝100％*(h0-h2)/(h0-h1))计算其压缩永久变形率，多次重复前述压缩、恢复过程和检测过程后评估橡胶密封圈的使用寿命。其中，标准夹具参照国标GB/T 5720-2008《O形橡胶密封圈试验方法》中的压缩夹具，标准夹具如图1所示，该标准夹具包括上压缩板、下压缩板，试验过程中将橡胶密封圈试件放置于上压缩板与下压缩板之间进行压缩，上压缩板和下压缩板之间的高度通过螺栓组件进行调节。
现有橡胶密封圈压力加载试验标准夹具和压缩试验方法虽然能够获取压缩永久变形率，但其无法模拟弹药筒体内橡胶密封圈的实际变形情况，准确度不高。
发明内容
为能够模拟弹药筒体内橡胶密封圈的实际变形情况，本发明目的之一在于提供一种橡胶密封圈压力加载装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
除特殊说明外，本发明所述高度是指橡胶密封圈在径向方向的截面厚度。
一种橡胶密封圈压力加载装置，包括金属环，以及套设在金属环上的分瓣式套筒，且分瓣式套筒与金属环之间采用最小间隙等于零的方式配合；在金属环侧壁设置有环槽，环槽的深度等于橡胶密封圈随弹贮存过程中受压时的高度，环槽的宽度为橡胶密封圈初始高度的95％-110％，且通过金属环、环槽与分瓣式套筒的相互配合可实现对橡胶密封圈的环向压力加载。采用该装置进行压力加载，巧妙地实现了橡胶密封圈的环向受力，能够准确地模拟弹药筒体内橡胶密封圈的实际变形情况。
为能够更好的模拟弹药筒体内橡胶密封圈的实际变形情况，上述分瓣式套筒由两个半圆体构成，并通过紧固件紧固连接，以实现分瓣式套筒与金属环之间的最小间隙等于零。
为能够更好的模拟弹药筒体内橡胶密封圈的实际变形情况，上述环槽采用矩形环槽或弧形环槽，即环槽的轴向截面呈矩形或弧形。
进一步地，通过多个金属环叠加组合并在相邻金属环的连接部位形成环槽，此结构不仅能够避免试验过程中对橡胶密封圈造成损伤，而且便于拆卸橡胶密封圈，还能够提高试验结果的准确性。
本发明目的之二在于提供一种橡胶密封圈压力加载试验方法，以准确的获取橡胶密封圈的压缩永久变形情况，包括以下步骤：
步骤1，采用上述橡胶密封圈压力加载装置对橡胶密封圈试件进行压力加载，具体为：先将橡胶密封圈试件套设在环槽内；然后同时在金属环上和橡胶密封圈试件上的零点钟方向设置标识点1、三点钟方向设置标识点2、六点钟方向设置标识点3；再将分瓣式套筒套设在金属环上，并调节紧固件使分瓣式套筒与金属环之间的间隙等于零进行压力加载；
步骤2，将步骤1中处于加载状态下的橡胶密封圈试件在标准试验室温度23±2℃下停放1h后进行老化试验；
步骤3，将步骤2中经老化试验后的橡胶密封圈试件自然冷却到室温23±2℃，解除压力加载，然后取出橡胶密封圈试件置于室温下静置0.5h，使其恢复自由状态，再采用橡胶测厚仪测量橡胶密封圈试件高度h2；
步骤4，根据公式ε＝100％*(h0-h2)/(h0-h1)计算橡胶密封圈试件压缩永久变形率；式中，h0为橡胶密封圈初始高度，h1为橡胶密封圈经压力加载后达到的规定高度，也即是环槽深度；若计算出的ε＞εc，则停止试验；若计算出的ε＜εc，则多次重复步骤1至步骤3，直至压缩永久变形率大于设计失效值εc；每次重复步骤1时需确保金属环上的标识点和橡胶密封圈试件上对应的标识点重合。
本发明目的之三在于提供一种橡胶密封圈压力加载试验方法，以准确的获取橡胶密封圈的压缩永久变形情况，包括以下步骤：
步骤1，采用上述橡胶密封圈压力加载装置对橡胶密封圈试件进行压力加载，具体为：先在压力加载装置金属环上的零点钟方向设置标识点1、三点钟方向设置标识点2、六点钟方向设置标识点3，同时在橡胶密封圈试件上的零点钟方向设置标识点1、三点钟方向设置标识点2、六点钟方向设置标识点3；然后将橡胶密封圈试件套设在环槽内，调整金属环上的标识点使其与橡胶密封圈试件对应的标识点重合(即金属环上的标识点1对应橡胶密封圈试件上的标识点1重合)；再将分瓣式套筒套设在金属环上，并调节紧固件使分瓣式套筒与金属环之间的间隙等于零进行压力加载；
步骤2，将步骤1中处于加载状态下的橡胶密封圈试件在标准试验室温度23±2℃下停放1h后进行老化试验；
步骤3，步骤2中湿热老化试验结束后解除压力加载，待橡胶密封圈试件恢复到自由状态后，测量其高度h2；
步骤4，根据公式ε＝100％*(h0-h2)/(h0-h1)计算橡胶密封圈试件压缩永久变形率；式中，h0为橡胶密封圈初始高度，h1为橡胶密封圈经压力加载后达到的规定高度，也即是环槽深度；若计算出的ε＞εc，则停止试验；若计算出的ε＜εc，则多次重复步骤1至步骤3，直至压缩永久变形率大于设计失效值εc；每次重复步骤1时需确保金属环上的标识点和橡胶密封圈试件上对应的标识点重合。
作为优选，上述老化试验采用湿热老化试验或高温老化试验，其中，湿热老化试验的试验条件为80℃+70％RH，高温老化试验的试验条件为80℃。
本发明采用特定的配合方式、径向施压，巧妙地实现了橡胶密封圈的环向受力，保证了样品所受压力载荷与弹药筒体内橡胶密封圈实际使用状态一致，能够更为真实的模拟弹药筒体内橡胶密封圈的实际变形情况。
本发明不仅能够控制橡胶密封圈的径向压缩高度，而且能够控制橡胶密封圈的轴向压缩高度，还能够快速匹配橡胶密封圈与金属环的位置，并在每次压力加载过程中确保橡胶密封圈处于同一位置。
本发明能导热效率高，导热性均匀一致，导热效果好。
本发明准确性好，精确度高，适用于各类橡胶密封圈的加速试验，特别适用于评估弹药筒体内橡胶密封圈的使用寿命，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是现有橡胶密封圈压缩永久变形试验中采用的标准夹具结构示意图；
图2是本发明实施例1中橡胶密封圈压力加载装置的结构示意图；
图3是本发明实施例1中橡胶密封圈压力加载装置金属环与环槽的示意图；
图4是本发明实施例1中橡胶密封圈试件的标识点与检测点示意图；
图5是本发明实施例2中橡胶密封圈压力加载装置金属环与环槽的示意图；
图6是本发明实施例3中橡胶密封圈压力加载装置金属环与环槽的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整，均在本发明保护范围内。
实施例1
橡胶密封圈压力加载装置如图2所示，包括金属环1，以及套设在金属环1上的分瓣式套筒2，且分瓣式套筒2与金属环1之间采用最小间隙等于零的方式配合；在金属环1侧壁设置有环槽4，环槽4的宽度为橡胶密封圈初始高度的95％-110％(如橡胶密封圈的初始高度为3.5mm时，环槽4的宽度加工为3.33-3.85mm)，环槽4的深度等于橡胶密封圈随弹贮存过程中受压时的高度(如当橡胶密封圈随弹贮存受压时的高度为2.6mm时，环槽4的深度加工为2.6mm，这个深度也即为橡胶密封圈试件3经压力加载后达到的规定高度)，且通过金属环1、环槽4与分瓣式套筒2的相互配合可实现对橡胶密封圈的环向压力加载。其中，分瓣式套筒2由两个半圆体构成，并通过紧固件5紧固连接，拧紧紧固件5以实现分瓣式套筒2与金属环1之间的最小间隙等于零。如图3所示，通过六个金属环1叠加组合并在相邻金属环1的连接部位形成矩形环槽4，即环槽4的轴向截面呈矩形。使用时，先将橡胶密封圈套设在金属环1的环槽4内，然后将分瓣式套筒2套设在金属环1上，通过拧紧两个半圆体上的紧固件5对橡胶密封圈施加径向压力，通过对橡胶密封圈进行径向施压，巧妙地实现了橡胶密封圈的环向受力，能够准确地模拟弹药筒体内橡胶密封圈的实际变形情况。
采用上述橡胶密封圈压力加载装置进行压力加载试验，试验步骤如下：
步骤1，先测定橡胶密封圈试件3初始高度h0，即橡胶密封圈试件3压缩前的高度；然后采用上述橡胶密封圈压力加载装置对橡胶密封圈试件3进行压力加载，具体为：先将橡胶密封圈试件3套设在环槽4内；然后同时在金属环1上和橡胶密封圈试件3上的零点钟方向设置标识点1、三点钟方向设置标识点2、六点钟方向设置标识点3；再将分瓣式套筒2套设在金属环1上，并调节紧固件5使分瓣式套筒2与金属环1之间的间隙等于零进行压力加载；
步骤2，将步骤1中处于加载状态下的橡胶密封圈试件3在标准试验室温度23±2℃下停放1h后进行湿热老化试验，湿热老化试验的试验条件为80℃+70％RH；
步骤3，步骤2中湿热老化试验结束后解除压力加载，并采用定点检测的方式测定橡胶密封圈恢复到自由状态后的高度h2。具体为：待步骤2中老化试验结束，自然冷却到室温23±2℃后解除压力加载，再取出橡胶密封圈试件3并将橡胶密封圈试件3置于室温下静置0.5小时，以使橡胶密封圈试件3恢复到自由状态，采用橡胶测厚仪测量橡胶密封圈试件3径向截面高度h2；针对每一个橡胶密封圈试件3，设置6个检测点，并对每个检测点进行位置标识和定点测量；
步骤4，根据公式ε＝100％*(h0-h2)/(h0-h1)计算橡胶密封圈试件压缩永久变形率；式中，h0为橡胶密封圈初始高度，h1为橡胶密封圈经压力加载后达到的规定高度，也即是环槽深度；若计算出的ε＞εc，则停止试验；若计算出的ε＜εc，则多次重复步骤1至步骤3进行“试验—测量”循环操作，直至压缩永久变形率大于设计失效值εc；循环操作过程中应当始终确保金属环1上的标识点与橡胶密封圈试件3对应的标识点对应一致，始终确保同一个橡胶密封圈试件3的检测点一致；
现以用于弹药筒体上的新橡胶密封圈为试件行压力加载试验，对本发明作进一步说明。
选用5个用于弹药筒体上的新橡胶密封圈，分别编号1#、2#、3#、4#、5#，每个试件的设计失效值εc＝55％，每个试件初始高度h0为3.5mm，环槽4的宽度为3.7mm，环槽4的深度为2.6mm，即每个试件受压时的高度h1为2.6mm。参照本发明实施例1中试验方法对每个试件进行压力加载试验，加载前将五个橡胶密封圈试件3同时套设在金属环1上，并将金属环1叠加在一起同时进行试验，设置标识点时只需要沿着金属环1和新橡胶密封圈试件3轴向在零点钟方向、三点钟方向、六点钟方向分别做直线标记即可；每个新橡胶密封圈试件3湿热老化试验的老化周期分别设为0天、3天、11天、19天、28天、47天、61天、76天，即先对橡胶密封圈试件3进行加载，老化周期结束后解除压力加载，待橡胶密封圈试件3恢复到自由状态后测量其高度h2，然后对该橡胶密封圈试件3进行再次加载并置于湿热环境中老化3天后测量其高度h2并计算其压缩永久变形率ε3，如此往复循环直至老化76天；每次到达规定老化周期后，将橡胶密封圈试件3从压力加载装置中取出，在室温下自由放置1h后，针对每个橡胶密封圈试件3沿圆周方向均匀选取6个检测点(如图4所示)，利用橡胶测厚仪测量每个检测点的高度h2，并计算其压缩永久变形率ε。试验过程中需要始终保持检测点一致，测试数据及采用步骤4中公式计算得到的各个橡胶密封圈试件3各次压缩永久变形率见表1和表2；
表1橡胶密封圈试件测量数据及压缩永久变形率
表2橡胶密封圈试件压缩永久变形率
由表2可知，当对橡胶密封圈试件3进行76天的老化试验后，其压缩永久变形率为64.96％，大于设计失效值εc＝55％,说明橡胶密封圈试件3已经失效。
实施例2
参照实施例1，其中，环槽采用弧形槽，且弧形槽的深度为2.6mm，其金属环1与环槽4如图5所示。
实施例3
参照实施例1，其中，环槽设置在一体成型的金属环外壁，其金属环1与环槽4如图5所示。
实施例4
一种橡胶密封圈压力加载试验方法，包括以下步骤：
步骤1，采用实施例1中橡胶密封圈压力加载装置对橡胶密封圈试件进行压力加载，具体为：先在压力加载装置金属环上的零点钟方向设置标识点1、三点钟方向设置标识点2、六点钟方向设置标识点3，同时在橡胶密封圈试件上的零点钟方向设置标识点1、三点钟方向设置标识点2、六点钟方向设置标识点3；然后将橡胶密封圈试件套设在环槽内，调整金属环上的标识点使其与橡胶密封圈试件对应的标识点重合(即金属环上的标识点1对应橡胶密封圈试件上的标识点1重合)；再将分瓣式套筒套设在金属环上，并调节紧固件使分瓣式套筒与金属环之间的间隙等于零进行压力加载；
步骤2，将步骤1中处于加载状态下的橡胶密封圈试件在标准试验室温度23±2℃下停放1h后进行高温老化试验，高温老化试验的试验条件为80℃；
步骤3，步骤2中湿热老化试验结束后解除压力加载，待橡胶密封圈试件恢复到自由状态后，测量其高度h2；
步骤4，根据公式ε＝100％*(h0-h2)/(h0-h1)计算橡胶密封圈试件压缩永久变形率；式中，h0为橡胶密封圈初始高度，h1为橡胶密封圈经压力加载后达到的规定高度，也即是环槽深度；若计算出的ε＞εc，则停止试验；若计算出的ε＜εc，则多次重复步骤1至步骤3，直至压缩永久变形率大于设计失效值εc；每次重复步骤1时需确保金属环上的标识点和橡胶密封圈试件上对应的标识点重合。

Claims (6)

1.一种橡胶密封圈压力加载装置，其特征在于：所述装置包括金属环（1），以及套设在金属环（1）上的分瓣式套筒（2），且所述分瓣式套筒（2）与所述金属环（1）之间采用最小间隙等于零的方式配合；在所述金属环（1）侧壁设置有环槽（4），环槽（4）的宽度为橡胶密封圈初始高度的95%-110%，环槽（4）的深度等于橡胶密封圈随弹贮存过程中受压时的高度，且通过所述金属环（1）、所述环槽（4）与所述分瓣式套筒（2）的相互配合以实现对橡胶密封圈（3）的环向压力加载。
2.根据权利要求1所述的橡胶密封圈压力加载装置，其特征在于：所述分瓣式套筒（2）由两个半圆体构成，并通过紧固件（5）紧固连接，以实现所述分瓣式套筒（2）与所述金属环（1）之间的最小间隙等于零。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶密封圈压力加载装置，其特征在于：所述环槽（4）采用矩形环槽或弧形环槽。
4.根据权利要求3所述的橡胶密封圈压力加载装置，其特征在于：通过多个所述金属环（1）叠加组合并在相邻所述金属环（1）的连接部位形成所述环槽（4）。
5.一种橡胶密封圈压力加载试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1，采用如权利要求1-4任一权利要求所述的橡胶密封圈压力加载装置对橡胶密封圈试件进行压力加载，具体为：先将橡胶密封圈试件套设在环槽（4）内；然后同时在金属环（1）上和橡胶密封圈试件上的零点钟方向设置标识点1、三点钟方向设置标识点2、六点钟方向设置标识点3；再将分瓣式套筒（2）套设在金属环（1）上，并调节紧固件（5）使分瓣式套筒（2）与金属环（1）之间的间隙等于零进行压力加载；
步骤2，将步骤1中处于加载状态下的橡胶密封圈试件在标准试验室温度23±2℃下停放1h后进行老化试验；
步骤3，将步骤2中经老化试验后的橡胶密封圈试件自然冷却到室温23±2℃，解除压力加载，然后取出橡胶密封圈试件置于室温下静置0.5h，使其恢复自由状态，再采用橡胶测厚仪测量橡胶密封圈试件高度h2；
步骤4，根据公式ε= 100%*（h0-h2）/（h0-h1）计算橡胶密封圈试件压缩永久变形率；式中，h0为橡胶密封圈初始高度，h1为橡胶密封圈经压力加载后达到的规定高度；若计算出的ε＞εc，则停止试验；若计算出的ε＜εc，则多次重复步骤1至步骤3，直至压缩永久变形率大于设计失效值εc；每次重复步骤1时需确保金属环上的标识点和橡胶密封圈试件上对应的标识点对应。
6.根据权利要求5所述的橡胶密封圈压力加载试验方法，其特征在于：所述老化试验采用湿热老化试验或高温老化试验，湿热老化试验的试验条件为80℃+70%RH，高温老化试验的试验条件为80℃。
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