杭州劉振家：(2013長春)在第15屆國際摩擦密封材料會議上的發(fā)言

1、12013年第十五屆國際摩擦密封材料技術(shù)交流暨產(chǎn)品展示會發(fā)言題目內(nèi)燃機氣缸墊及其應(yīng)用材料的發(fā)展杭州內(nèi)燃機缸墊有限公司董事長兼總經(jīng)理 苗文旱總工程師 劉振家2013.05.24 于長春2氣缸墊的工作原理pp3氣缸墊的工作原理（說明） 這里的幾張圖片，右下面一張是管道密封示意圖，在歷次會議上或文件上都都提到它。我們引用過來（從上海索拓公司）說明它與內(nèi)燃機有相似之處：法蘭（上蓋）與管道（機體）是力的傳遞件；螺栓是施加密封力的構(gòu)件；而墊片是我們要談?wù)摰闹黧w-密封件。大多數(shù)情況下，它內(nèi)部壓力和溫度變化不大，近似恒定值。 右上圖是氣缸墊示意圖。在爆發(fā)壓力作用下，缸蓋向上移動，如果導(dǎo)致密封面產(chǎn)生間隙，就要產(chǎn)

2、生泄漏。氣缸墊工作者的任務(wù)就是，千方百計的不許它發(fā)生，保證氣缸墊的可靠密封。 左圖是氣缸墊的結(jié)構(gòu)示意圖（從我們過去的幻燈片中截取）4關(guān)于密封機理及缸蓋螺栓受力變形與氣缸墊（密封材料）變形的動態(tài)密封三角形定則5關(guān)于密封機理及缸蓋螺栓受力變形與氣缸墊（密封材料）變形的動態(tài)密封三角形定則（說明）這是缸蓋螺栓受力變形與氣缸墊（密封材料）變形的曲線圖，它同時展示了氣缸墊的密封機理。（圖中假設(shè)，缸體、缸蓋、缸套為剛性，缸墊為彈性體，無塑性形。）Y軸-由螺栓扭緊力矩產(chǎn)生的螺栓軸向力。X軸-缸蓋螺栓和氣缸墊壓縮變形。圖中，缸蓋螺栓變形曲線與氣缸墊（密封材料）變形曲線兩條曲線以B點為交點，形成了靜態(tài)密封三角形。

3、該圖形，在20世紀(jì)40年代已經(jīng)形成，50年代以后形成了成熟的理論，技術(shù)書和文獻(xiàn)中都作為規(guī)定樣式予以登載和介紹。現(xiàn)在，在爆發(fā)力的作用下，形成了螺栓軸力的變化和由爆發(fā)力引起的螺栓工作拉力的變化的動態(tài)密封力的變化曲線。這已經(jīng)形成了一種固定模式，規(guī)則，作為交變動態(tài)力作用下密封原理被廣泛采用。為了與靜態(tài)密封三角形相區(qū)別，我們索性稱其為動態(tài)密封三角形定則。6氣缸墊的功能 氣缸墊是安裝在發(fā)動機缸體與缸蓋之間的多功能墊片：它是一種連接件；是一種調(diào)整件，調(diào)整壓縮余隙；還是一種密封件，它同時密封溫度為10002500、壓力為80300Mpa的燃?xì)猓瑴囟葹?0110、壓力為0.30.6Mpa的冷卻液，溫度可達(dá)160

4、、壓力約1Mpa的潤滑油，這是三種化學(xué)性能、物理性能差別極大的流體。氣缸墊是處于高溫、高壓和脈動負(fù)荷條件下工作的，可想而知它的功能是多么奇特，他所處的工作環(huán)境是多么苛刻，它起的作用是多么關(guān)鍵。氣缸墊、發(fā)動機與密封流體三者之間相互作用、相互制約的結(jié)果導(dǎo)致了發(fā)動機的成功與失敗。所以要從密封總體及他們的相互關(guān)系與平衡上來考慮問題。為此，氣缸墊的設(shè)計者運籌帷幄予設(shè)計室、試驗室，進(jìn)行道路試驗予千里之外，以確保氣缸墊以及的性能可靠。7氣缸墊的密封時間曲線8氣缸墊密封性能是時間的函數(shù) 從宏觀上分析，氣缸墊密封性能是時間的函數(shù)。隨著時間的推移，密封性能逐步降低，直至失效，或趨于穩(wěn)定。它是與時間的對數(shù)成比例的。

5、這一穩(wěn)定值應(yīng)該是密封極限值的某一倍數(shù)。即不但密封初期的整個密封接觸面上的初始接觸壓力大于泄漏臨界壓力，而且要求隨著彈性衰減，其值穩(wěn)定，始終高于泄漏的臨界壓力。這涉及到如何實現(xiàn)初始接觸壓力及確定其數(shù)值的技術(shù)問題。 這里，首先取決于發(fā)動機的特性，如發(fā)動機的參數(shù)，缸蓋螺栓及預(yù)緊力，接觸面的剛性，其次是氣缸墊的設(shè)計與制造，及氣缸墊的檢驗與試驗。9影響氣缸墊密封的因素 缸體 蓋缸 發(fā)動機 螺栓 試驗 影響因素 氣缸墊 密封流體及其他 操作 10缸體 材質(zhì) 接觸面剛度（縱向變形與凹陷、頂面厚度不足、各水油孔及加強筋設(shè)計欠佳）及缸筒變形 頂面不平度及粗糙度 缸套凸出量及寬度、倒角 螺栓孔結(jié)構(gòu)、布置及孔深 沿

6、X軸方向上下面積不對稱（偏載） 鏈條罩盒與缸體不在同一高度上，且超差 缸蓋螺栓連線之外有水油孔11缸蓋 材質(zhì) 接觸面剛度（縱橫向變形及凹陷、底面厚度薄、各水道及加強筋欠佳、過熱及變形） 底面不平度及粗糙度 螺栓孔布置 水道及進(jìn)排氣孔道的布置1213發(fā)動機運轉(zhuǎn)試驗時溫度變化曲線14發(fā)動機運轉(zhuǎn)試驗時溫度變化曲線(說明) 在高溫試驗時，缸蓋底面溫度如虛線所示，急劇上升，而缸蓋螺栓的溫度沿細(xì)線逐步上升。此時螺栓因缸蓋熱脹而受力增大。4分鐘后，兩者溫度接進(jìn)。急轉(zhuǎn)至低溫運轉(zhuǎn)時，缸蓋溫度急劇下降，螺栓溫度緩慢下降，此時螺栓拉力降低，極易在此時產(chǎn)生泄漏。 該圖也表示發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件不同時的影響。發(fā)動機反復(fù)啟動、

7、停車運轉(zhuǎn)要比一定條件下運轉(zhuǎn)更苛刻。這是因為，循環(huán)所造成的溫度變化，促使缸墊彈性衰減加快，缸體、缸蓋的熱變形加劇的緣故。 由于溫度對缸墊影響很大，所以在發(fā)動機設(shè)計時要認(rèn)真考慮缸墊周圍的冷卻問題，處理好冷卻水路及水的溫度。15爆發(fā)力的影響16振動的影響1718操作及其他 缸墊安裝 螺栓扭緊及潤滑 點火提前角控制及分電器性能匹配 爆發(fā)壓力調(diào)控 供油路長短不一、燃燒不充分 燃油標(biāo)號及潤滑油 缸體、缸蓋上下冷卻液通道及“死區(qū)”過熱 增壓技術(shù)等的協(xié)調(diào)應(yīng)用 運轉(zhuǎn)中振動引起的諸多問題 缸體、缸蓋系統(tǒng)性變形 冷卻系統(tǒng)不良19氣缸墊設(shè)計材質(zhì)選擇總體密封尤其是燃?xì)饷芊饨Y(jié)構(gòu)設(shè)計合理密封面壓配置功能層板上密封筋形狀、寬

8、度、高度，合理選擇密封限位片或密封片與密封筋的配合方式曲紋形密封筋或蜂窩狀密封筋的選用燃?xì)饷芊饬ψ饔迷跈C體上水油孔密封筋的確定水油孔密封筋形狀及總體走向位置選擇微密封及減磨防粘涂料的選擇及實施工藝缸蓋偏載及翹曲問題的處理發(fā)動機的振動機熱負(fù)荷的影響氣缸墊的裝配結(jié)構(gòu)上述一切都要與氣缸墊的設(shè)計計算（面壓、安全系數(shù)）的結(jié)果相一致以試驗結(jié)果驗證設(shè)計計算、圖紙設(shè)計及工藝。20金屬氣缸墊燃?xì)饷芊饨Y(jié)構(gòu)示意圖幾種典型結(jié)構(gòu)我公司的設(shè)計規(guī)范中，燃?xì)饷芊饨Y(jié)構(gòu)就有78種21氣缸墊制造及密封流體 各部尺寸及密封筋形合格 沖裁毛刺小 壓制密封筋形凸凹模尖角R制造 預(yù)壓時不損傷密封筋形 涂料種類、涂覆部位、厚度、形狀及施工

9、裝配后墊片不翹曲 燃?xì)獗l(fā)壓力范圍 流體溫度和壓力密封流體 粘度 相 冷卻液汽化 流體的腐蝕性 22檢驗與試驗 全部氣缸墊工作皆按16949程序進(jìn)行 按圖紙工藝檢驗合格（尺寸、密封筋形、涂層。） 壓緊厚度試驗 水壓試驗 靜態(tài)試驗 面壓試驗 缸蓋缸體剛度試驗 鋁質(zhì)環(huán)試驗 面壓試驗 缸筒變形試驗（見24頁） 動態(tài)試驗及道路試驗（由主機廠進(jìn)行）23面壓試驗24缸筒變形試驗我們自己進(jìn)行的EQ6100氣缸墊試驗的結(jié)果圖（從左至右 1缸、2缸、3缸）25密封筋變形特性有限元分析煙臺及遼寧工業(yè)大學(xué)兩位研究生對氣缸墊的有限元分析都發(fā)表了精辟的論文，大家可以去看。26發(fā)動機的發(fā)展趨勢對密封件的影響27小結(jié)：發(fā)動

10、機與氣缸墊的關(guān)系28氣缸墊密封的短板效應(yīng)29氣缸墊的發(fā)展史銅包石棉墊復(fù)合型墊全金屬墊石棉復(fù)合墊石墨復(fù)合墊結(jié)合發(fā)動機的發(fā)展趨勢，對氣缸墊的要求將更加苛刻。30氣缸墊結(jié)構(gòu)示意圖銅包石棉墊復(fù)合型墊全金屬墊31對氣缸墊材料的要求材料種類規(guī)格品牌較多，技術(shù)指標(biāo)各異，適用不同用途。耐液體性包括耐油性，耐水、耐防凍液；也包括水澎潤型、油澎潤型等。32氣缸墊所用材料的演變 演變過程：石棉材料及金屬石棉復(fù)合材料 無石棉材料 及金屬無石棉復(fù)合材料 金屬材料 襯墊石棉板 石棉膠乳抄取板 石棉：石棉橡膠板 金屬石棉復(fù)合板 金屬-金屬石棉復(fù)合板 無石棉材料：無石棉材料板 金屬無石棉材料復(fù)合板 金屬材料：合金鋼板 碳素鋼板 根據(jù)不同用途、不同環(huán)境，種類繁多?，F(xiàn)在，特殊行業(yè)還在使用，曾經(jīng)聽北京恒年技貿(mào)公司楊鷗總經(jīng)理介紹過。除了氣缸墊用金屬板以外，其他墊片在使用；中低檔車使