异型孔密封结构研究

异型孔密封结构研究

臧东阳 王雪微 张金龙

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066

摘要：主要的壳体加工车间，气压、油压、流量、打靶等密封试验夹具应用广泛。为解决零件异型孔的设计密封难点，开展机匣侧壁小斜孔的密封、异型孔密封、大端面密封、毛坯孔密封等异型孔的密封结构研究。总结出对以上异型孔密封效果稳定、操作简便的密封结构

关键词：机匣 异型孔 密封试验 密封结构

1 引言

机匣壳体类、喷嘴类、管路类等零件均需要进行密封试验，首先在粗加工后精加工前需进行腔体气压密封试验，检查腔体的气密性；其次在精加工后要进行油路油压试验，检查油路的密封性能及耐压性能；最后在零件装配部分零件后要进行装配后油压试验，检查各装配件的密封性能。在这三次密封试验中，密封试验类夹具起到了关键的作用，夹具对零件敞开的进油、出油端的封堵效果决定了对零件密封性能检查的效果。该类工装在使用时要求不能对零件表面产生划伤，并保证在装配时橡胶圈压量适中、装配自如的前提下，保证具有良好的密封性，不能产生泄露。

在零件加工制造过程中，对腔体进行静密封试验是一种常见的检验零件密封性及强度的工艺方法。对于密封截面为圆形的产品，有成熟的密封结构和密封技术，密封方式和密封材料也呈现多样化，密封胶圈、密封垫片、密封胶堵、密封用胶料等。但对于异型孔密封，如密封截面包含锐角的腔体，要对其进行重复性好、效果稳定的密封有一定的困难。为解决以上问题，在对机匣壳体进行密封试验的基础上开展了异型孔的密封结构研究，总结出对异型孔有效的密封结构。

2 气密封性检测的方法

1、泡沫法：用肥皂液涂抹在零件的表面，再向零件的腔体充入压缩空气，观察溢出的气泡，根据气泡的数目来判断零件的好坏。

2、空气/水法：也称浸水法，将零件的空腔封堵通入压缩空气，浸入水中，由水中泛起的水泡鉴别零件的气密性。

3、空气/空气法：将零件进行封堵，充入一定压力的空气，待气体稳定后测定一定时间内的压降，根据压降值判断零件的密封性。这是一种最适合在工业生产中应用的方法。

4、空气流通法：将压缩空气通入被测零件的腔体，如果零件有泄露则被检测零件腔体就会有一个微小的流动。

5、气体探测法：对一些不能用空气/空气法的领域（如泄漏量很少，大体积，需要知道泄漏点），可用此方法，然而由于气体的成本高、测试慢等因素，限制了这一方法的大规模使用。

3 典型异型孔密封结构

3.1 机匣侧壁小斜孔的密封

机匣壳体属于大型件，结构复杂内设油路较多、孔口尺寸大小各异，常常需要封堵的油路孔口在零件的铸造毛坯表面上，并且绝大多数与端面有一定的倾斜角度，此孔径较小一般在0.5-1.2mm左右无标准密封元件，封堵难度大。

机匣壳体毛坯表面侧壁上小孔密封打压一直是密封中难点，主要原因是毛坯表面尺寸精度不高，粗糙度很差，常规的端面和轴径封堵都无法实现对其密封。现场为了完成生产任务，通常采用竹制细牙签进行封堵，竹制牙签特点是尖端有球头径可达SR0.15，锥度小，粗糙度较好，易折断，要求操作技能水平高，竹制牙签特点是尖端有球头径可达SR0.15，锥度小，粗糙度较好，易折断，要求操作技能水平高，但能够满足打压的要求。现寻找一种尼龙材料的牙签，该牙签表面质量高，塑性好不易折断，但球头径一般大于竹制牙签，经试验可以满足直径在1mm以上孔的封堵，封堵范围小于竹制牙签。

因此，利用测量样膏随型硬化的特性，针对不规则的异型孔密封，开展了密封试验，经验证，该结构仅适合尖边无毛刺中小孔的封堵，重复利用率低，耐油性差，在压力大的情况下易被尖边切断。但，可以用于打压检测数量较少的情况下，小孔密封的需求。

3.2 大端面密封

壳体气密性试验工序往往安排在粗加工结束后，精加工之前，此时个别孔口无倒角，密封圈常常会被孔口尖边及毛刺切断而失去密封功能，其次壳体的大端面往往没有任何可供夹紧的螺纹孔或螺栓孔或者狭窄等等不利因素，这种状态下进行端面密封，工人加力不均，往往人为因素影响较大，导致端面封严不实而出现局部泄露现象较多。

O型密封圈主要适用于静密封和往复运动密封。用于旋转密封运动时，也仅限于低速的回转密封装置。密封圈材料的选择对其密封性能和使用寿命有着重要的意义。材料的性能直接影响密封圈的使用性能。最常用的丁腈橡胶，适合范围广耐油性较好温度-30-100°C。氟橡胶化学性能比丁腈好，温度为-20-200° 抗酸性好，真空密封性能好，硅橡胶抗老化但易撕裂，对于O型圈密封，通过有限元对密封圈及燕尾槽的变形受力分析，得出在密封过程中起作用的主要是零件的端面及槽底面，燕尾槽的侧壁几乎不起密封作用。因此在加工燕尾槽时，保证底面的粗糙度加工要求即可，O型圈根本不与槽口接触，但为了避免在安装和使用中槽口划伤O型圈，所以在槽口倒角倒圆半径取0.5mm. 孔口无倒角，密封圈或橡胶堵会被孔口尖边及毛刺切断而失去密封功能。

采用紧压靠在零件表面实现密封，接触面积过大，密封效果不理想。观察端口状态，是由于压紧力过大，导致胶垫被零件腔体窗口尖边切断，无法实现密封。针对胶垫密封效果不好的情况，决定试用在其它件号中应用过的“样膏密封垫”进行探索性试验，并对机匣尖边进行圆滑处理去除毛刺。经过试验，发现效果不理想，该方案短时间可以实现密封，但是当打压5分钟时，“样膏密封垫”破损，实验失败。

解决方案：改变密封结构，从胶垫式改为环形密封圈式，这样就可以有效地避免压紧时胶垫密封不严和压紧力过大导致胶垫被零件倒角割伤问题。

在工装设计过程中，要积极转变设计理念，强化工装质量意识，从设计源头为打造精品工装奠定基础。同时，在工装设计过程中，要树立轻量化、标准化设计理念，提高典型工装标准化程度。针对特殊密封结构开展新材料应用试验；加强关重试验工装及典型工装设计质量评审，提高工装一次使用合格率；优化工装结构、规范设计要求，建立工装标准结构。

参考文献

【1】徐秉铨，王国栋，吴九诚等.航空制造工程手册.北京：航空工业出版社，1996.

【2】朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册.北京：机械工业出版社，2009.10.

【3】李赞，王景秋.燃烧室机匣液压密封试验夹具的设计.科技创新与应用，2013（34）.

【4】杨志，陈德贤.大型压铸件壳体零件毛坯的气密性检测.检测与标准，2009.5.

【5】吴宗泽.机械设计实用手册.北京：机械工业出版社，2010.