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金属咬合原理及压涨式抽拉式堵头的应用与实践
作者: 鸿创密封及流控 来源: 企业资讯 日期: 2022年11月14日

1.什么是金属咬合原理?
咬合是指表面凹凸不同的物体,相互接触卡住;金属咬合,顾名思义,就是两种金属相互接触,由于两种金属硬度不同,相互挤压,产生彼此的接触卡住;我们常把把这种金属咬合定义为2种状态,一种称为主动咬合,另一种是被动咬合;主动咬合是咬合件硬度大于被咬合件,一般大于30HB硬度才可以形成较明显的主动咬合;另一种被动咬合相反,咬合件和被咬合件硬度相当或者小于30HB硬度,很难形成明显的咬合形式,主要是靠相互的摩擦和挤压变形形成的不明显的咬合面。
 

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↑主动咬合:左边金属硬度明显高于右边;被动咬合:左右两边金属硬度相当(相互挤压)
 
2.压涨式抽拉式(也叫拉涨式)堵头和金属咬合有什么关系?
下图分别是压涨式堵头和抽拉式堵头的动画演示以及产品照片,他们广泛的应用在流体孔道的密封中,其中密封原理就是上述所说的金属咬合原理;压涨式工作原理是:先把堵头放入加工好的孔道中,通过把顶端的球体下压,球体下压过程中,撑开套筒膨胀,套筒上的环形齿跟金属内壁发生挤压变形,如果存在硬度差,就会存在咬合;抽拉式原理类似拉涨式:区别在于,抽拉式是把芯杆通过专业的工具拔出,拔出过程中,芯杆是圆台面结构,会同样撑开套筒,套筒上的环形齿跟孔内壁产生咬合;前者是压下去膨胀咬合,后者抽拉式是抽出芯杆过程产生膨胀咬合,仅此而已。
 
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3.两种金属之间咬合力(密封孔内耐压力)跟哪些因素有关呢?
◆主动咬合:咬合从本质上讲,就是挤压变形,一般主要都是产生塑性变形;所以,咬合力的大小,一般跟材料的属性关系较为紧密,比如软性材料,铝、铜等,咬合件像堵头套筒是比较硬的碳钢,不锈钢带环形齿,这种咬合显然环形齿能完全咬入软性材料,那么咬合的就比较好,咬合的好,密封孔内耐压值就较高,但耐压的上限是软性材料本身高压下的变形,这个因素是这种主动咬合中,考虑到安全性的上限,此种咬合,由于材料硬度差较大,咬合比较紧密,粗糙度的影响因素几乎客户忽略,但不是说粗糙度不重要,根据经验,粗糙度RZ在10-30um(相当于加工粗糙度Ra3.2-6.3范围)下,对密封性能没有影响,但不推荐更大的RZ值,是因为会影响到孔的圆度等,当然,也不推荐更小的RZ,因为这样增加了无效的成本。
 
◆被动咬合:上面说了基于软性基材像铜、铝等,咬合件是碳钢和不锈钢等基材的主动咬合原理,下面在讲一下被动咬合,类似于主动咬合,被动咬合就是基材是钢材、铸铁等这类较硬的材料,咬合件和被咬合件硬度都较高,而且硬度差值小于30HB,这个时候,如果产生咬合,咬合力的主要因素受粗糙度和公差影响较大,一般情况下,我们误认为粗糙度RZ越小,表面越光滑,可能咬合的越紧,但其实不然,在被动咬合中,我们需要粗糙度RZ越大,就是孔表面越粗糙,咬合力更好一些,当然,RZ的上限也是接近30左右(相当于Ra6.3),过大的粗糙度可能相反会造成咬合部分的过于松散导致的泄漏;所以,我们建议此种情况下,密封内孔表面粗糙度接近Ra3.2-Ra6.3左右为宜,这样内表面粗糙些,便于2种硬度接近的技术接触挤压变形更容易“卡”住。
 
那可能有人会问?主动咬合和被动咬合对孔的加工公差要求是否一致呢?答案是,不一致,主动咬合我们一般要求0-+0.1mm为宜;但被动咬合,特别是抽拉式堵头密封,我们建议公差带上移,比如:+0.05-+0.15mm,为什么公差带上移呢?这是因为,抽拉式在拉断过程中,先是芯杆在拉力作用下开始运动,到达一定拉力值后,芯杆就断裂了,如果公差带上移,就是孔相对加工的大一点,这个时候,芯杆移动的位移较大,能更好的和套筒产生咬合,而不是,孔较小(满足公差要求)状态下,还没有完全撑开咬合就已经拉断了,由于材料都很硬,咬合紧密就很重要,再加上粗糙度较为粗糙,这两个因素叠加才能更好的咬合,总之,被动咬合对粗糙度和公差都有不一样的要求。
 
4.金属咬合密封原理的可靠性?
当然了,很多客户关心的是此类新型金属咬合密封原理的可靠性,压涨式堵头和抽拉式堵头的耐压对客户额定使用压力分别在450bar和500bar(粗糙度及直径须在公差范围内)。产品通常会被定义两种测试:1,静压2400bar以上,2,压力爆破(指产品冲出)4500bar以上(与额定使用压力超10倍之多)。

(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:Jack)

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