一種非金屬高精度空氣密封圈穩(wěn)定尺寸的獲取方法

中航工業(yè)長(zhǎng)春航空液壓控制有限公司 （吉林 130052） 孫振貴

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油控制系統(tǒng)中的配套燃油流量調(diào)節(jié)器中裝有一種高精度空氣密封圈，密封圈與密封軸之間既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有相對(duì)軸向移動(dòng)，其密封要求很高。該空氣密封圈是由金屬骨架和密封圈（非金屬密封材料）組成。金屬骨架由鋁制成；密封圈材料是工程氟塑料，內(nèi)孔尺寸精度0.005mm，表面粗糙度值Ra=0.32μm。因氟塑料具有回彈性，所以用傳統(tǒng)的制造方法精加工后的零件放置一段時(shí)間后空氣密封圈內(nèi)孔尺寸變小，裝配過(guò)程中與軸配合產(chǎn)生過(guò)盈，不但影響軸的運(yùn)動(dòng)靈活性，而且由于過(guò)盈較大加劇了早期磨損；進(jìn)而在使用中發(fā)生漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力降低、流量降低。

1.空氣密封圈的傳統(tǒng)工藝方法

（1）骨架制造 骨架（見(jiàn)圖1a）只起支架作用系非工作件，因此可直接加工到位。

（2）密封圈粗加工 對(duì)密封圈內(nèi)孔進(jìn)行粗加工，在密封圈（見(jiàn)圖1b）上鏜出內(nèi)孔并留有一定精加工余量。

（3）骨架與密封圈組合 用膠將密封圈與骨架粘接在一起組成空氣密封圈（見(jiàn)圖1c）。

（4）密封圈精加工 在車床上對(duì)密封圈內(nèi)孔進(jìn)行精鏜孔，尺寸如圖（見(jiàn)圖1d）。

圖1

2.尺寸微變及原因分析

對(duì)加工完成的空氣密封圈進(jìn)行檢驗(yàn)，將合格零件入庫(kù)存放。結(jié)果十幾日后出廠驗(yàn)收再次復(fù)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)全部零件內(nèi)孔尺寸變小，減小數(shù)值在0.003～0.01mm。

空氣密封圈的密封材料是氟塑料，該材料本身具有回彈性。另一方面經(jīng)過(guò)切削加工后的零件內(nèi)部存在一定的加工應(yīng)力，也可使零件產(chǎn)生變形；選擇不同的切削參數(shù)（轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量），也影響到加工應(yīng)力的大小。

因此需要進(jìn)行工藝試驗(yàn)，通過(guò)工藝試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)，選擇最佳的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量以減小加工應(yīng)力；摸索出氟塑料的回彈規(guī)律，精加工時(shí)扣除回彈量。

3.材料回彈規(guī)律的摸索及工藝參數(shù)的優(yōu)化

（1）工藝試驗(yàn)的設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)的目的是通過(guò)對(duì)密封圈（非金屬材料）進(jìn)行人工時(shí)效，消除零件粗加工產(chǎn)生的加工應(yīng)力以減小零件的變形量；精加工時(shí)優(yōu)化工藝參數(shù)，選擇最佳的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量以減小加工應(yīng)力；通過(guò)跟蹤檢測(cè)，摸索出氟塑料材料的回彈規(guī)律，精加工時(shí)扣除回彈量。將精加工后的零件進(jìn)行自然時(shí)效，徹底消除殘余應(yīng)力，最后獲得穩(wěn)定的精密尺寸。

（2）工藝試驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程 ①試驗(yàn)零件的制作：按工藝規(guī)程制作54件試驗(yàn)零件，要求將54個(gè)試驗(yàn)件分為18組進(jìn)行加工，每3件一組單獨(dú)袋裝。②增加人工時(shí)效處理：在密封圈粗加工結(jié)束后對(duì)全部零件進(jìn)行一次人工時(shí)效處理。③精加工工藝參數(shù)的確定：密封圈精加工時(shí)要求先將轉(zhuǎn)速n=500～1000r/min 、 進(jìn)給量f=0.01 ～0.03mm/r進(jìn)行排列組合，然后按照組合的18組切削參數(shù)分別對(duì)應(yīng)18組試驗(yàn)件進(jìn)行精鏜內(nèi)孔，從中找出最佳切削參數(shù)。④自然時(shí)效：將精加工后的18組試驗(yàn)件分別盛放，置于產(chǎn)品成品庫(kù)中存放進(jìn)行自然時(shí)效。要求環(huán)境溫度20°± 5°，儲(chǔ)存時(shí)間6個(gè)月左右。⑤跟蹤檢測(cè)：專職檢驗(yàn)員（需固定）負(fù)責(zé)定期檢驗(yàn)零件內(nèi)孔尺寸φ15.7mm，要求從零件入庫(kù)之日起每隔10日檢查一次共計(jì)18次，并填寫試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄卡。每次檢驗(yàn)必須使用同一個(gè)量具，要求對(duì)采用的量具做好標(biāo)識(shí)。⑥試驗(yàn)結(jié)果分析：對(duì)18組試驗(yàn)零件的全部檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，擇優(yōu)選出8組數(shù)據(jù)繪制成曲線圖（見(jiàn)圖2）。零件尺寸變化的原因：要因是加工應(yīng)力，切削參數(shù)直接影響加工應(yīng)力的大??；次因是溫度。零件自然時(shí)效4個(gè)月后，尺寸變化基本穩(wěn)定，總體趨于減小。第Ⅶ組零件尺寸最佳，最終尺寸穩(wěn)定在φ15.692 ～φ15.695mm，減小了0.005～0.008mm。⑦結(jié)論：粗加工后進(jìn)行一次人工時(shí)效；精加工采用轉(zhuǎn)速n=600 ～800r/min、進(jìn)給量f=0.01～0.02mm/r的切削參數(shù)最佳；精加工后進(jìn)行4個(gè)月的自然時(shí)效。如此加工可獲得穩(wěn)定的最佳精密尺寸。

圖2 空氣密封圈尺寸變化曲線

4.獲取穩(wěn)定精密尺寸的工藝步驟

（1）步驟一 空氣密封圈骨架的制造。

（2）步驟二 密封圈的制造。①粗鏜內(nèi)孔并留有一定的精加工余量。②人工時(shí)效處理。設(shè)備為真空淬火爐；溫度為285°±5°； 保溫時(shí)間1h±0.5h。

（3）步驟三 骨架與密封圈組合。

（4）步驟四 密封圈精加工。設(shè)備為精密數(shù)控車床；主軸轉(zhuǎn)速n=600 ～800r/min ，進(jìn)給量f=0.01 ～0.02mm/r ；精加工尺寸（扣除回彈量）φ15.705mm。

（5）步驟五 自然時(shí)效。將精加工后的空氣密封圈置于成品庫(kù)中存放進(jìn)行自然時(shí)效。要求環(huán)境溫度 20°±5°，儲(chǔ)存時(shí)間120天左右，零件內(nèi)孔尺寸即可穩(wěn)定在設(shè)計(jì)圖要求的公差范圍內(nèi)。

5.結(jié)語(yǔ)

我公司的空氣密封圈產(chǎn)品按照上述新的工藝方法加工制造以來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量直線上升，一次交檢合格率達(dá)99% 。零件出廠驗(yàn)收時(shí)尺寸變化的現(xiàn)象從此消失，產(chǎn)品質(zhì)量受到用戶主機(jī)廠的好評(píng)。