大规格、超高压冷等静压机端盖密封的改造及应用

白秋平, 行亚宁，肖江涛

(金堆城钼业股份有限公司，陕西 西安 710077)

0 引 言

冷等静压的工作原理为帕斯卡定律，即加在密闭容器内的液体压强能够按照它原来的大小向各个方向均匀地传递。这就决定了它比传统的用油压机压制有两方面的优点。它不仅可以压制形状较为复杂的压坯,特别是附加值较高的异型件；而且由于压制原理的不同,它压制的压坯密度在各个方向上是较为均匀的，具有良好的深加工性能。基于以上两方面的优点, 冷等静压技术已在粉末冶金、特种陶瓷、耐火材料、碳材料、复合材料等领域得到广泛的应用。随着科学技术的发展，使用粉末冶金的方法制造大规格、超大规格的产品成为一种发展趋势，所以直径超过2 m，最高压强超过300 MPa的亚洲最大规格冷等静压机就被研制出来。金堆城钼业股份有限公司金属分公司于2010年5月投入使用1台，承担着公司压制大规格、大批量的板、棒、坩埚等产品的工作，在生产过程中发挥着无法替代的重要作用。

1 大冷等静压机端盖密封原来使用的情况

在冷等静压机中有一个重要的组成部分端盖密封，冷等静压机中的高压密封容器是由1个缸体和2个端盖组成，这样端盖和缸体之间就要求是密封的，否则容器内就无法建立起压制成型所需要的压强。在大冷等静压机的端盖密封中有2个重要的密封件，铜高压密封圈和YX密封圈，在使用过程中，上下端盖密封频繁出现漏油或漏液现象。平均大冷等静压机一年使用高压铜密封圈3～4个，价值约30万～40万元，YX密封圈每年更换8条左右，价值约4.8万元，这仅是直接的备件成本。在压制过程中，由于端盖密封漏油或漏液，压力升至50～80 MPa，升不上去，此刻就会造成3 t左右的物料成为废品，这样一次就会造成的直接损失接近12万元左右，更不要说维修所花费的人力物力。所以研究和改造大冷等静压机的端盖密封对于降低生产成本，提高生产经营效果，有着非常重要的意义。

2 大冷等静压机原端盖密封的结构、工作原理

2.1 大冷等静压机原端盖密封的结构

在大冷等静压机的端盖密封中有2个重要的密封件，即铜高压密封圈和YX密封圈，铜高压密封圈安装在安装环上，YX密封圈安装在其下方，并由压环2为密封圈提供定位，其安装部位见图1。

2.2 端盖密封的工作原理

在大冷等静压机上端盖的密封中，采用铜密封圈和YX密封圈组合使用，当工作缸内液体增加时，YX密封圈的外唇边和内唇边将充分张开，外唇边和工作缸内壁充分紧贴，内唇边与上端盖外壁充分紧贴，使工作缸内形成一个密闭容器，随着工作缸内压力增大，YX密封圈对铜密封圈进行挤压，使铜密封圈发生形变，一方面与工作缸内壁、上端盖外壁进行充分的机械密封，另一方面为YX密封圈提供支撑。

图1 改造前的密封示意图

3 端盖密封发生故障的原因分析

在实际的加工制造过程中，由于工作缸缸径较大，端盖、缸体加工和工作缸体用钢丝缠绕时椭圆度难以保证，导致铜高压密封圈和工作缸内壁密封间隙不均匀，在超高压压力下，铜高压密封圈产生的形变还不能充分与原有间隙较大处的工作缸内壁形成机械密封时，YX密封圈外边部就会被挤入铜密封圈和工作缸内壁的间隙中(如图1所示)，当压力足够大时，铜高压密封圈产生较大的的形变，就会对橡胶材质的挤入缝隙中的YX密封圈进行切割，久而久之，YX密封圈首先被损坏，就会导致漏液，这时渗漏量较小，但由于工作缸内外压力差较大，所以渗漏的液体会对铜高压密封圈外壁冲出导流槽，当破坏到一定程度，密封就失去作用，工作液就会在此产生较大的泄漏。

4 密封圈改造

4.1 改造中需要解决的问题

(1)解决YX密封圈外棱边在高压下被挤压到铜密封圈和工作缸内壁的间隙中的问题。

图2 损坏的铜高压密封圈、YX密封圈

(2)铜密封圈与YX密封圈在工作液的压力下向工作缸内壁的变形要趋于一致。

4.2 改造方案及工作原理

改造实施方案及密封原理采用铜高压密封圈、三角形铜密封圈、三角形YX密封圈组合密封技术。该组合密封圈中铜密封圈为原来的铜密封圈，在铜密封圈的下面增加1个三角型铜密封圈及1个三角形YX密封圈，这两个三角形密封的斜面45度，相互配合。该组合密封圈的工作原理为：在工作缸内工作液超高压力下，三角型YX密封圈唇边更加紧密的贴紧缸体内壁及上端盖外壁，同时随着工作缸内压力增大，三角型YX密封圈在与三角形铜密封圈的接触斜面上给三角形铜圈一个向外的扩张力，因三角形铜密封圈横截面积较小，在巨大的扩张力作用下，三角形铜密封圈能充分向外扩张，紧贴工作缸内壁，并产生足够的机械密封，保证超高压密封可靠，保证了YX密封圈不致被挤入间隙中；另一方面三角形铜密封圈在三角形YX密封圈的压力下，向上产生了一个挤压铜高压密封圈的力，使铜高压密封圈变形，靠变形产生的摩擦力促进三角形铜密封圈向外扩张，增强组合密封圈的密封性能(见图3、图4)。

图3 改造后的密封示意图

图4 改造后的实物图

5 密封圈改造后的使用效果

(1) 改造后的组合密封具有良好的自动补偿密封面间隙的功能。

(2) 改造后的端盖三角铜密封圈及三角形YX密封圈的费用为8.5万元，成本小于原来1个铜高压密封圈，且以后更换的备件变为三角铜密封圈及三角形YX密封圈，成本有所降低。

(3)改造后的组合密封圈使用寿命显著延长。该组合密封圈目前已在设备上使用2年，未出现一次密封失效的渗漏油液问题，密封效果良好，年节约备件成本30万～40万元。减少了产品损失，目前带来的经济效益30万元/a。

6 结 语

经过此次对大规格冷等静压机端盖密封的改造和应用，改变了原来端盖密封由于设计缺陷导致的频繁渗漏油液，不仅大大延长了密封圈的使用寿命，降低了设备运行成本，而且避免了由于端盖漏液产生的废料，提高了产品质量。