机械密封典型零件​聚四氟乙烯密封零件的制造——V形圈模压工艺

聚四氟乙烯材料常被用来制造机械密封的辅助密封件.如V形圈、O形圈、撑环、楔形圈、波纹管等。

聚四氟乙烯密封件一般用普通车床加工。由于它硬度低、有塑性、导热性差、冷流变形大，所以在车加工时必须遵循下述一些原则。

（1）车刀锋利有利于降低切削力和切削热，减少车削中的塑性变形。车刀材料要采用高速钢(W18Cr4V)。

（2）在选择车刀的切削角度时，应取较大的前角和后角。同时加长过渡刃和修光刃，以分散切削力和切削热.从而减少变形。

（3）切削后，必须不断将其移出刀具，以防止切屑缠绕在刀具上。刀尖前面宜有圆弧槽，以便切屑排出。

（4）装卡要合理，既要防止工件夹持变形，又不能使工件松动或从卡爪中飞出。

模压工艺是直接用聚四氟乙烯粉料，经模具压制成型，然后在烧结炉中烧结。它的特点是：需设计模具，加工的制品适宜大批量生产，原材料损耗少；模压成型难度大，不易控制成品的收缩比，因而技术要求高。

模压V形圈工艺过程为：物料准备——成型模压——脱模——烧结成型——修边——加温模压定型——检验——成品。

一、模具设计

V形圈的唇部较薄、形状较复杂、精度较高，其几何尺寸和精度靠模具来保证。而粉状的聚四氟乙烯材料烧结时，具有不易传递压力和不能从高弹态变为粘稠流动状态的特殊性能，容易出现制品各处密度不均匀的现象。一般一次模压烧结不能得到符合要求的尺寸，必须经过二次模压定型才能得到成品。为此，必须同时设计模压成型和模压定型模具。

1、成型模具的设计

成型模具仅能将坯料初步压制成V形。为使模压成型过程中物料便于向两边伸展，增加唇部的存料，保证制品各处密实、完整均一，模具模腔尺寸不能按照60°角[图9-19（a）]的实际尺寸制作，而必须做成90°角的成型模具，每边向外放15°[图9-19（b）]。这样模压成型脱模后才能得到小于60°角（回弹变形）的V形制品。

2、定型模具的设计

聚四氟乙烯制品脱模后有一定的回弹变形，因此不能按照60°角制品的实际尺寸制作定型模具的模腔尺寸，而必须制作小于60°（50°角）的定型模具，即每边向内收5°，便可得到60°角的制品。

3、模具模腔尺寸的计算

模具模腔尺寸与制品的收缩率有关。收缩量以V形圈成品中径D0（图9-20）计算

D1=D0+D0K

式中：D1——模具模腔中径，mm

D0——制品公称中径，mm

K——聚四氟乙烯的收缩率。

影响聚四氟乙烯收缩率的因素很多，即使同一批材料，若工艺参数不同，通常成型模具的K值取4.5%；定型模具取2%。

二、操作工艺

1、粉料过筛

通常聚四氟乙烯是一种松散的但易于结块的粉末。模压前必须经过200目筛，随用随筛，才能保证产品的质量。

2、称重

制品单件用料重量必须准确，应当用天平秤重，误差不得超过±0.05g。若每件制品重量不等，制品在烧结时各件的收缩率也就不同。

3、成型模压

呈微粒状的聚四氟乙烯加热时仅变软而不熔融，因此，模压制品的过程与一般的热塑性塑料不同。当细粒粉料被压得相当结实时，才能熔结成一个致密的整体。成型压力2为38MPa，保压1~2min。

成型模压应注意如下事项：

（1）粉料要均匀地分布在压模的整个模腔内，以免物料烧结时产生很大的移动，制品收缩率不一致而引起制品的翘曲和断裂。

（2）装料时可在模具下面垫一个止推滚珠轴承，模具边转动，粉料边缓慢均匀加入，装完后用刮勺将料面刮平。

（3）模压过程中加压应缓慢均匀，冲击性的加l压会使制品成层状，产生横向裂纹。

4、脱模

制品压制成形后，可进行脱模。先将阴模取掉。在下模底部垫一个衬套以支承底面，向下卸去芯轴、在V形制品底部放一衬套。卸下下模，然后依次卸去衬套及压模。

脱模后的制品，不能用手直接拿取.制品要平稳放在瓷盘上，不得挤压和碰撞，并加防尘罩，以免吸附灰尘。脱模后的半成品放置不宜超过24h，应及时进行烧结成型处理。

5、烧结成型

脱模后制品放在装有转盘且炉顶有排气装置的烧结炉中烧结。烧结时无需压模，在自由状态下升温至370~380℃。升温速度为：室温~200℃为5℃/min、200~320℃为1~2℃/min、320~380℃为1~1.5℃/min、380℃保温20~30min。烧结完毕按升温速率反向降至160℃再自然冷却至室温。烧结炉应能排出有害气体，且各处温度一致，使V形圈均匀受热.否则会引起制品膨胀不一致和制品内应力太大而翘曲或断裂。

6、加温模压定型

经过烧结后修边的中间制品.再次放人炉内加温到150℃。取出后放入定型冷模中加压至2MPa，保压3min。脱模后即得制品。

模压V形圈的尺寸、几何形状完全能达到图纸要求，成品率高达90%。与车加工制品相比，表面光洁、结晶均匀、耐磨耐压，节约材料。

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