一种简便、可靠钢球密封环带压制的装置设计

　　1　前言

　　钢球密封是液压阀中特别是航空、航天用的液压安全活门类常用的一种密封结构,该结构密封的机理是:钢球在外力的作用下,挤压活门壳体通油孔的孔口尖边,使孔口尖边产生塑性变形,并形成一条宽度均匀,结构完整的密封环带,如图1所示。

　　但是在以往的生产过程中,操作人员通过较为简单的工装,在压力机上进行压制,甚至个别所谓有经验的操作人员用榔头敲击工装,密封环带的压制完全凭操作人员的直观感觉,没有一套十分科学而又简便、规范的工艺方法。这样由于人的不同,用力或大或小,因此每个零件压制出的密封环带是不可能保证宽窄、均匀、完整的一致性,甚至还因操作不当或重复压制而造成两条密封环带,俗称“双眼皮”现象。这种结果轻则影响活门的密封性能和开闭特性,严重则造成零件报废。

　　2　分析

　　从流体力学理论可知,钢球密封属于线密封。对于线密封,在保证密封环带均匀、完整的情况下,密封环带越窄,密封面间的接触应力就越大,密封效果也就越好;同钢球活门开闭时的响应速度也就越快,越能保证钢球活门的密封、开闭特性的设计要求。但是实际使用中,钢球活门在频繁开闭的过程中,钢球会与壳体通油孔口处的密封环带发生撞击。若密封环带较窄,则在频繁撞击作用下而逐渐变宽并达到一个稳定的宽度,这就会使得活门中压紧钢球的弹簧的预压力减小,从而导致预调的活门开闭压力发生变化。

　　不同材质制造的阀体以及不同的实际工作压力工况中所形成的稳定钢球密封环带宽度是不一样的,如果在生产过程中,使用一种即科学又统一简便的工艺方法或装置,使得钢球密封活门的密封环带宽度和形状直接达到设计要求的稳定宽度,那么同一种产品阀的密封性能和开闭特性一致性好,并对整个液压系统性能的稳定产生积极作用。

　　3　工装的设计及验证

　　众所周之,在阀体密封孔口处制成完整、均匀、稳定的钢球密封环带,最关键的因素是施加在钢球上的力必须准确、稳定,方向恒定。为此我公司对多种钢球密封液压阀进行了详细分析和长期的测试,在此基础上摸索出一套压制钢球密封带的工艺方法,并设计出了一种简便、可靠钢球密封环带压制的装置(如图2)。施加在钢球上的力,其计算过程很繁琐,本文不做介绍,仅对我公司生产的某项钢球密封安全液压活门密封环带压制装置的结构设计做详细说明。

　　从图2可知,压制装置由压头、弹簧、活塞、钢球、支座组成,压头的一内孔与阀体外圆按H9/f8配合,以防止压头受载后偏摆;活塞的外圆与阀体内孔按H8/f7配合,以防止活塞受载后偏摆、串动,从而保证活塞下端的锥孔始终垂直地压在钢球上,钢球不会串位。在压头与活塞之间装有弹簧,压头与活塞设有平底内孔,用以安装和固定弹簧。根据阀的开闭特性要求、阀体材料等,设计计算出压制出稳定密封环带所需的力值,并以此设计计算出弹簧的压缩量,也就是压头的行程L。具体工作原理是:压力机将压头压下,压头向下运动并挤压弹簧变形,弹簧变形所产生的力通过活塞传递给钢球,钢球挤压阀体的密封孔口处。当压头与阀体接触后,压头不能继续挤压弹簧变形,弹簧变形到稳定状态,压力机也将保持一定时间。钢球持续在规定要求力值且方向恒定的作用力下,一次将阀体密封孔口处压制出一条完整、均匀、符合设计要求的稳定宽度密封环带。当压力机卸载后,弹簧恢复原状并将压头顶起,钢球不再受力,压制密封环带结束。