該文就O 形圈在液壓元件使用時(shí)需要注意的事項(xiàng)，為工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)和制造靜密封結(jié)構(gòu)提供了可參考的資料。

靜密封的概述

　　高端液壓元件的泄漏問(wèn)題是困惑和阻礙中國(guó)液壓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的很大障礙。在開(kāi)發(fā)高端液壓元件的過(guò)程中，我們也遇到了這個(gè)棘手的問(wèn)題， 通過(guò)組織攻關(guān)小組從各方面進(jìn)行了不斷的探索和實(shí)踐中有了一些心得和體會(huì)，供大家分享。

　　本文主要介紹外泄漏的原因分析及采取的措施，目前外泄漏主要有兩種形式,一是界面的泄漏,指液壓油在壓力差的作用下，通過(guò)密封面的間隙產(chǎn)生的泄漏，這是液壓元件最常見(jiàn)的泄漏;二是滲漏，指液壓介質(zhì)在表面張力或壓差的作用下，通過(guò)毛細(xì)縫隙產(chǎn)生泄漏，如鑄件的組織疏松、氣孔、砂眼等產(chǎn)生的滲漏。外泄漏會(huì)導(dǎo)致流體浪費(fèi)和污染環(huán)境，尤其液壓元件的外觀。在設(shè)計(jì)和制造高端液壓元件中， 要求各密封部位性能有效，密封優(yōu)良，在靜密封處要達(dá)到無(wú)泄漏，并向零泄漏發(fā)展。整個(gè)密封系統(tǒng)要穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)，并且維修方便。

1、液壓元件泄漏分析及措施

　　密封部位的全面質(zhì)量管理是保證密封性能的關(guān)鍵， 任何環(huán)節(jié)的質(zhì)量保證不嚴(yán)， 都會(huì)導(dǎo)致密封的不穩(wěn)定，產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象;主要通過(guò)以下環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，包括液壓元件殼體材料的選取、密封部位的設(shè)計(jì)、制作精度、密封件的選取和質(zhì)量、裝配的方法等因素。

　　1)液壓元件殼體材料的選取

　　對(duì)于液壓元件中很多的殼體，如液壓泵、馬達(dá)、閥的殼體和端蓋等，基本為黑色金屬鑄件，材料應(yīng)具有較高的抗拉、抗壓的機(jī)械性能，有一定的彈性，有硬度、有恢復(fù)變形的能力，抗彎曲強(qiáng)度高，永久變形小。主要材料為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵，選用灰口鑄鐵材料時(shí)要考慮抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性，多選用HT250 和HT300。球墨鑄鐵主要要求抗拉強(qiáng)度和延伸率， 能更好地適應(yīng)液壓系統(tǒng)的沖擊工況，一般選取QT450-10 或QT500-7。

　　液壓元件的密封失效， 在很多情況下是由于液壓元件殼體的材質(zhì)造成的。以O(shè) 形圈平面靜密封為例，滲漏產(chǎn)生的根源是間隙造成的， 液壓元件的殼體在高壓情況下會(huì)產(chǎn)生變形， 這個(gè)變形會(huì)使在密封部位產(chǎn)生間隙，O 形圈則通過(guò)變形彌補(bǔ)而進(jìn)行密封，而當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)O 形圈切邊、損壞等現(xiàn)象，進(jìn)而短期內(nèi)密封失效。這種高壓下的微小變形對(duì)密封的影響不大，如果變形過(guò)大產(chǎn)生了可見(jiàn)的間隙，可以用塞尺進(jìn)行測(cè)量，在液壓元件的應(yīng)用中如果間隙大于0.02mm，極易產(chǎn)生泄漏(見(jiàn)圖1)。在長(zhǎng)期使用的情況下，殼體材料如果抗彎曲強(qiáng)度不夠，或者彈性差，在交變的高壓下也會(huì)產(chǎn)生永久性變形，這樣在零件結(jié)合面就慢慢地產(chǎn)生間隙，間隙過(guò)大后，就會(huì)出現(xiàn)O 形圈切邊、損壞等現(xiàn)象，進(jìn)而密封失效。

(a)變形部位間隙的測(cè)量(b)變形部位的三維結(jié)構(gòu)

圖1 工件結(jié)合面間隙的測(cè)量

　　2)外密封部位的設(shè)計(jì)和制作

　　設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)時(shí)， 首先要確定液壓元件使用的工況， 包括密封為動(dòng)密封或靜密封, 密封位置的壓力、介質(zhì)、溫度等;其次要選用合適的密封型式，包括選用的密封件、密封結(jié)構(gòu)有關(guān)的尺寸、幾何精度、表面粗糙度等。另外擰緊螺栓的規(guī)格、分布、擰緊力矩都有充分考慮。以O(shè) 形圈平面靜密封為例， 消除密封面的間隙為解決泄漏的首要措施， 提高密封系統(tǒng)零件結(jié)合面平面度和粗糙度，將結(jié)合面間隙控制在允許范圍內(nèi)。一般在100mm2 內(nèi)的平面度要求為0.01mm 以?xún)?nèi)， 在加工的時(shí)候盡量采用一次性加工，避免產(chǎn)生接刀痕跡(見(jiàn)圖2)，接刀痕采用粗糙度儀是測(cè)不出來(lái)的。另外整個(gè)配合面要通過(guò)拋光去除高點(diǎn)和毛刺。

圖2 接刀痕跡貫穿油口

　　O 形圈的溝槽設(shè)計(jì)要充分考慮到參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般在計(jì)算溝槽時(shí)，O 形圈的壓縮率取10%~30%，填充料為75%～90%。在交變及脈沖的情況下，溝槽的底面和側(cè)面的表面粗糙度應(yīng)在Ra1.6 以?xún)?nèi)，以降低密封件磨損，提高使用壽命。

　　3)O 形圈的選取

　　O 形圈作為填充材料在液壓密封的形式中， 使用最為廣泛， 該種成型的密封件受到擠壓作用發(fā)生彈性變形，與其接觸的密封面上受到接觸壓力，該壓力大于被密封液壓油的壓力，而阻止泄漏;O 形圈將隨著壓力上升變形擠壓力越大，從而能實(shí)現(xiàn)密封。O 形圈具有耐油性、耐壓性、耐熱耐寒性、耐磨性、低的壓縮永久變形率等特點(diǎn)。

　　O 形圈選取一般包括規(guī)格、材料、硬度、壓縮永久變形率等。O 形圈的規(guī)格根據(jù)溝槽的尺寸確定，要充分考慮壓縮率和填充量。材料選取一般根據(jù)使用的環(huán)境溫度確定，常用的材料包括丁腈橡膠、氟橡膠等，丁腈橡膠是廣泛使用的材料，具有好的耐礦物油性，使用的溫度范圍為-30℃~120℃。氟橡膠具有優(yōu)秀的耐油和耐熱性，使用的溫度范圍為-15℃~220℃。硬度的選取根據(jù)O 形圈使用的壓力確定和材料的變形確定，常用的硬度有HS70、HS90， 硬度為HS70 的O 形圈常用在壓力在30MPa 以?xún)?nèi)的場(chǎng)所，硬度為HS90 的O 形圈常用在壓力大于30MPa 的高壓場(chǎng)所。O 形圈的低壓縮永久性變形率也是保證密封的關(guān)鍵，跟O 形圈的材料、使用時(shí)間、使用溫度、線徑等相關(guān)，一般使用時(shí)間越長(zhǎng)、使用溫度越高， 線徑越細(xì)越容易出現(xiàn)壓縮永久性變形，O 形圈的壓縮永久變形率關(guān)系到密封的使用壽命。

　　不同的O 形圈廠家的產(chǎn)品質(zhì)量存在著較大差異，主要表現(xiàn)在材料差、硬度不穩(wěn)定、彈性差易永久性變形等，短期表現(xiàn)為O 形圈的擠邊破損、無(wú)彈性，長(zhǎng)期表現(xiàn)為在高溫、高壓下失去彈性、磨損，密封失效(見(jiàn)圖3)。O形圈產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性不是在短期內(nèi)能驗(yàn)證的，所以在密封件的試用中， 液壓元件企業(yè)花費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢(qián)對(duì)密封件進(jìn)行性能和使用壽命驗(yàn)證， 為縮短驗(yàn)證時(shí)間，企業(yè)需要使用密封件試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行全面驗(yàn)證，以確保密封可靠。

圖3 O 形圈失效實(shí)例

　　4)正確裝配方法

　　無(wú)論液壓密封或密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)的怎樣合理， 密封件選用的怎樣正確， 如果采用的裝配工藝或裝配方式不合理或不正確， 均有可能減弱密封效果或縮短密封件壽命;待裝配零件密封面必須保證無(wú)毛刺、無(wú)污染雜物、銹蝕等缺陷，O 形圈表面應(yīng)均勻涂覆一層薄的潤(rùn)滑脂，在O 形圈因壓力變化時(shí)移動(dòng)，減小O 形圈的磨損，提高O 形圈的使用壽命(見(jiàn)圖4)。在特殊部位，如經(jīng)過(guò)螺紋處， 為防止O 形圈劃傷， 要使用專(zhuān)用工裝(見(jiàn)圖

　　5)。為使密封部位受力均勻，擰緊螺栓要使用合適的力矩， 按順序分級(jí)擰緊。液壓元件的中結(jié)合面的無(wú)油裝配，在實(shí)踐應(yīng)用中也是非常必要的，如果在結(jié)合面上有一定的液壓油沒(méi)有進(jìn)行清洗而直接裝配， 液壓元件在工作中溫度升高，壓力增大，由于液壓油的流動(dòng)性，面上的液壓油就會(huì)滲出， 而殼體內(nèi)液壓油也會(huì)因其固有的擴(kuò)展性，繼續(xù)向外滲漏。

圖4 O形圈處涂潤(rùn)滑脂 圖5 O形圈螺紋處的裝配

2、密封技術(shù)的發(fā)展

　　隨著制造業(yè)的發(fā)展， 就目前工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)來(lái)講，液壓正在向更高的壓力發(fā)展，這對(duì)液壓元件的設(shè)計(jì)和制作包括O 形圈等密封件提出了更高的要求。首先根據(jù)工況進(jìn)行可靠性總體設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，包括結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、殼體材料的選取、密封件的選取，這可以很好地保證密封的可靠性。O 形圈密封件需要采用硬度更高、韌性更好的材料，以滿(mǎn)足耐高壓、耐沖擊等要求。新的密封形式也將根據(jù)系統(tǒng)的高壓發(fā)展而發(fā)展，如方形圈或特種方形圈替代O 形圈， 方形圈有更高的耐壓性、低的壓縮永久變形率、穩(wěn)定性等特點(diǎn)。還可以通過(guò)帶擋圈的O 形圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行防止O 形圈擠出現(xiàn)象，進(jìn)而防止?jié)B漏。液壓元件高壓化的發(fā)展需要深入研究密封件的密封機(jī)理， 這需要液壓元件企業(yè)和密封件企業(yè)進(jìn)行深入合作，聯(lián)合攻關(guān)，提出更好的解決方案。液壓元件企業(yè)、密封件企業(yè)、科研單位通過(guò)協(xié)會(huì)等多種形式進(jìn)行技術(shù)交流， 加強(qiáng)各企業(yè)間在使用成果方面的交流，相互借鑒，共同提高必能加快中國(guó)液壓密封技術(shù)的快速發(fā)展。