发动机常用密封胶性能工艺验证与应用

作者:一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂 董西峰 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-07-03
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在发动机装配过程中,密封胶应用广泛,零部件结合面、管螺纹接头等位置经常使用密封胶来密封处理,以胶代垫也是发动机行业的一种设计趋势。密封胶的性能和特点对发动机装调过程影响很大,对发动机装调质量也至关重要。例如,密封胶的即时密封性、密封胶的胶层附着力及密封胶的施工要求等。本文通过对密封胶相关性能试验验证方法及细节的介绍,让同行技术人员直观地掌握密封胶的选型及使用和装调质量之间的相关联系。

某发动机工厂的多个系列发动机结构设计中,都使用了598系列平面密封胶用来密封缸体与钢板结合面、钢板与飞轮壳结合面及前油封座与缸体结合面。另外,也常使用567系列密封胶来密封管螺纹、螺塞等零部件。密封胶性能,如密封胶的即时密封性、密封胶的胶层附着力等,与装配工艺、装调质量有极大的关系,以下通过技术人员开展的一系列工艺验证,摸清了相关密封胶的准确性能和使用条件,对排查、梳理涂胶工艺、装配工艺问题有极大的帮助。

567系列密封胶即时密封性
1.试验目的
验证某发动机工厂在用567系列密封胶(北京天山1567密封胶、烟台博森3567密封胶)的即时密封性,是否能满足整机试漏工位的节拍(从零部件涂胶装配工位到零部件试漏工位的节拍)及工艺要求(如果密封胶的即时密封性的时间大于生产节拍,则会影响试漏结果的准确性)。
2.试验准备工作
根据JB/T7311-2008《工程机械厌氧胶、硅橡胶及预涂干膜胶应用技术规范》,技术人员严格按照技术文件要求,准备了试验密封胶、试验设备及试验仪器(表1)等试验用品,并按照要求准备了恒温恒湿实验室。
3.试验过程
技术人员首先用1755系列清洁剂清洁管螺纹密封试验工装,以除去表面油污等杂质;然后将天山1567密封胶分别涂在密封试件上,拧紧装配,每种胶制3个试件,放置固化10 min、20 min和30 min,如图1所示。

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将试件依次放入水中,均匀加压至0.4 MPa(试漏充气压力),保压10 min,观察是否有气泡产生,记录结果,然后清洗试验工装,使用博森3567密封胶涂覆在试验工装上,重复试验过程,记录结果。
4.试验结果
通过对涂覆天山1567、博森3567厌氧管路螺纹密封胶的试验工装,在固化10 min、20 min和30 min三个时间段的对比测试,天山1567产品在30 min固化后能满足即时密封性能要求;而10 min及20 min固化后,密封性能不稳定;而博森3567产品在20 min和30 min固化后都能满足即时密封性能要求;而10 min固化后,密封性能不稳定。综上分析,博森3567与天山1567系列厌氧管路螺纹密封胶基本符合该发动机工厂各平台产品螺塞、管接头在装配工艺中的密封要求,可与在线整机试漏的节拍有效匹配。

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硅橡胶即时密封性
1.试验目的
验证某发动机工厂用天山1598F系列硅橡胶型密封胶及博森3598硅橡胶型密封胶的即时密封性,是否能满足整机试漏工位的节拍及性能要求。
2.试验准备工作
试验依然根据JB/T7311-2008《工程机械厌氧胶、硅橡胶及预涂干膜胶应用技术规范》开展,技术人员根据需要准备了试验设备、试验仪器(表2)等试验用品,并按照要求准备了恒温恒湿实验室。

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3.试验过程
技术人员用1755系列清洗剂清洁即时密封性测试法兰,除去表面油污等杂质,然后将天山1598F分别涂在3个密封试件上,装配法兰,螺栓对角拧紧,拧紧力矩40 N·m,固化5 min(该发动机工厂使用硅橡胶工位至试漏工位最小节拍为5 min),依次将法兰与气压源相连,并将法兰置于水中,均匀加压至0.4 MPa,保压10 min,观察是否有气泡产生,记录结果。清洗试验仪器,按照该试验过程,测试博森3598硅橡胶型密封胶,记录结果,如图2所示。

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4.试验结果
经过对涂覆天山1598F硅橡胶型密封胶的法兰3次5 min固化后的压力密封测试,发现其在加压0.4 MPa时均未出现泄漏。经过对博森3598硅橡胶型密封胶的法兰3次5 min固化后的压力密封测试,发现其在加压0.4 MPa时均未出现泄漏,因此可以推断,天山1598F及博森3598的即时密封性都可满足该发动机工厂生产节拍的要求。

不同厂家、不同牌号硅橡胶相溶性性能试验
1.试验目的
某发动机工厂在使用硅橡胶密封时,天山1598F和博森3598两款产品共存,这就会出现胶管里面两种胶混合的情况(生产换胶时,胶管中可能存在混胶的情况),为了验证混胶部分的密封效果及性能参数,特开展不同比例混胶工艺试验。
2.试验准备工作
试验依然根据JB/T7311-2008《工程机械厌氧胶、硅橡胶及预涂干膜胶应用技术规范》开展,技术人员根据需要准备了试验设备、试验仪器(表3)等试验用品,并按照要求准备了恒温恒湿实验室。

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3.试验过程
首先开展的是胶样制备工作,即将1598F硅橡胶产品以及3598硅橡胶产品分别装入
1 : 1、2 : 1和4 : 1双组分胶管的两个胶筒内,制备成1598F与3598比例分别为1 : 1、2 : 1、1 : 2、4 : 1和1 : 4的5种胶样,灌胶时要尽量保证胶筒内没有气泡,另取1598F及3598两支整胶备用。然后需要测定各种样品的表干时间,即用胶枪将胶样在调胶板上打成直径5 mm左右的圆形胶线,每个胶样打3条胶线,每条长度为100~150 mm;每隔一定时间用手指轻触胶线,直至不粘手为止,记录此时间即为表干时间(初期时间间隔根据不同胶样灵活控制,临近表干时间隔1 min),如图3所示。

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然后,根据JB/T7311-2008要求,测定关乎硅橡胶性能的拉伸强度、断裂伸长率以及硬度等参数,即用胶枪将胶样打在刮板上,刮平,标准条件下固化168 h,将胶片从刮板上取下,冲压成哑铃片形状,使用拉力机测试拉伸强度及断裂伸长率:将3片哑铃片重叠,使用A型邵氏硬度计测定加持部位的硬度(硬度在测定拉伸强度之前进行),如图4所示。

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最后需要测定硅橡胶样品的固化速度,即用胶枪将胶样打在固化速度测试工装上,刮平,每个胶样刮3个试件,标准条件下固化24 h;用手从最薄处将胶层揭起,直至出现胶样粘接测试工装为止,用卡尺测定最大固化深度,如图5所示。

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4.试验结果
根据国家标准,对混合胶样做了7种性能测试,结果如表4所示。从试验过程及试验数据可以看出,1598F与3598单体按不同比例混合的胶样表干时间均在20 min以内,无明显差别;1598F与3598单体剪切强度差别不大,不同比例混合后稍有上升;1598F与3598单体相比拉伸强度和弹性模量稍小,但断裂伸长率偏大,不同比例混合样三项指标在两单体数值之间,拉伸强度符合≥1.2 MPa,断裂伸长率符合350%~500%的工艺要求;1598F与3598单体相比硬度明显偏小,混合后硬度在二者单体之间。总体分析各项数据,1598F与3598有一定的互溶性,对各项常规性能无明显影响,可以初步断定1598F与3598生产中存在的混用问题,对胶的性能不会生产什么负面影响。

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油污对密封胶的影响
1.试验目的
在发动机的生产中,部分零件的装配需要涂润滑油,部分零部件需要涂抹防锈油来实施防锈,不可避免有些涂胶表面也会沾染油污。本试验即是要确定不同状况的油污,对密封胶综合性能及效果的验证。
2.试验准备工作
试验依然根据JB/T7311-2008《工程机械厌氧胶、硅橡胶及预涂干膜胶应用技术规范》开展,技术人员根据需要准备了试验设备、试验仪器(表5)等试验用品,并按照要求准备了恒温恒湿实验室。

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3.试验过程
(1)即时密封性测试
将清洁的法兰密封面放于防锈油中5 min,取出后垂直沥干20 min,擦去底部的积油;然后使用天山1598硅橡胶型密封胶在法兰密封面上打直径4 mm的闭合胶线,装配法兰,螺栓对角拧紧,力矩40 N·m,固化15 min;将法兰与可调气压源相连,并将法兰置于水中,均匀加压至0.4 MPa,保压10 min,观察是否有气泡产生,记录结果。将清洁的法兰密封面放于防锈油中5 min,取出后垂直沥干20 min,用棉丝擦拭密封面油污,再进行气密试验,确定密封效果。第三次,将法兰密封浸油沥干后,用1755系列清洗剂清洗表面,晾干,再进行气密试验,确定密封效果,如图6所示。

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再使用博森3598硅橡胶型密封胶重新按照以上步骤,分别对测试法兰做浸油处理,并分别按照重油、轻油和无油三种状态,测试压气密封效果,并记录结果。
(2)胶层附着力试验
首先准备剥离用标准剪切片若干,然后将剪切片置于防锈油中5 min,取出后垂直沥干20 min,擦去底部积油,备用,如图7所示。

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然后取8组浸油剪切片,涂天山1598F胶,胶层厚度1 mm;再取8组浸油剪切片,用棉丝擦去表面油污,涂1598F胶;再取8组浸油剪切片,用1755系列清洗剂清洗表面油污,涂1598F胶,分别置于标准条件下固化168 h。使用工具,按照标准将剪切片单侧两面折弯,再使用试验拉力机测定固化好的剪切片的剥离强度,记录结果,如图8所示。

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然后使用博森3598硅橡胶型密封胶,重复上述试验,记录结果如表6和表7所示。

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4.试验结论
经过对重油、轻油和无油三种工件状态下密封胶30 min固化后的压力密封测试,使用天山1598F硅橡胶型密封胶以及博森3598硅橡胶型密封胶的工件,在0.4 MPa的压力下均未出现泄漏,均能满足0.4 MPa时固化密封不泄漏的要求。
从表6可以看出,1598F的剥离强度数值都偏小,且重油、轻油和无油三种状态下,剥离强度相差无几,经技术人员对数据及样件的状态分析,出现该原因的主要问题在于胶层固化时间较短,固化深度偏小(需要给予更长时间来保证胶层的固化深度),导致剥离强度底。
从表7可以看出,重油状态下剥离强度最低,无油状态下剥离强度最大,轻油状态下剥离强度居中,从样件的状态来看,固化深度充分,胶层已基本全部固化。该现象说明了油污对硅橡胶型密封胶的附着力影响还是很大的,对密封胶的胶粘效果影响十分明显,对发动机的密封效果有一定影响。

结论
从以上工艺验证过程及试验结果可以看出:①567系列管螺纹,30 min即时密封性能够达到该发动机工厂工厂试漏工艺的要求;②589系列硅橡胶型密封胶的即时密封性也能够满足试漏工艺的要求;③不同厂家、相似性能的硅橡胶型密封胶具备一定的相溶性,即使混合使用也可以满足性能要求及工艺要求;④油污对567系列密封胶的即时密封性、对598系列密封胶的即时密封性影响不大,但对598系列硅橡胶的附着力影响较大,为了保证产品质量,建议在生产前对工件进行除油处理。
由于密封胶的性能对发动机装配质量至关重要,发动机行业的技术人员必须摸清各类密封胶的参数、性能及使用方法,并需要与生产情况深度结合、综合分析,以确定用胶是否合理、工艺流程是否合理,从而可以更加准确地选胶、制定工艺,这样才能有效地提升发动机的装调质量。
先进的生产技术固然受欢迎,但基础的研究和学习必不可少,只有把基础研究做扎实了,才能从根本上提升企业自主制造能力和水平。另随着汽车行业市场竞争的日趋激烈,用户对产品的质量、寿命和可靠性要求也越来越高,各主机厂只有把“质量就是生命,生命只有一次”的生产经营理念彻底贯彻和实施,才能在行业中立于不败之地。  

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