浮動端面密封環(huán)壓射套的應(yīng)用

摘　要：敘述浮動端面密封環(huán)壓力鑄造的三種壓射套結(jié)構(gòu)、材料和表面處理工藝及其應(yīng)用范圍。
關(guān)鍵詞：壓力鑄造　壓射套　浮封環(huán)

浮動端面密封是一種用量大、用途廣(全國年需用量近百萬件)的機(jī)械密封，這種密封是由兩個金屬浮動端面密封環(huán)(簡稱浮封環(huán))和兩個“O”型橡膠密封圈安裝在中心軸上而構(gòu)成的。

由于這類密封的用途廣，用量大且要求使用壽命長，因此，對浮封環(huán)不論在質(zhì)量方面還是產(chǎn)量方面都有較高的要求。經(jīng)過長期的研究摸索認(rèn)為，采用壓力鑄造生產(chǎn)浮封環(huán)的毛坯比較經(jīng)濟(jì)合理。

由于浮封環(huán)是用高合金白口鑄鐵成型的。因此，對它的壓鑄，屬于黑色金屬的技術(shù)領(lǐng)域。壓鑄浮封環(huán)時，是將融熔的金屬液(1 300 ℃左右)，以高壓、高速壓入模型型腔中，然后在壓力下凝固結(jié)晶。因此，壓鑄浮封環(huán)的組織致密，生產(chǎn)率高，比較耐磨，但是有壓力和速度的高溫金屬液對模具的損害較大，而且首當(dāng)其沖的是壓鑄系統(tǒng)中的壓射套(見圖1)，它是工作條件最為苛刻的零件之一，所以它的損壞最快。本文研究壓射套的制造技術(shù)，目的是提高它的使用性能，降低壓鑄浮封環(huán)的成本，使這種工藝更為經(jīng)濟(jì)合理。

1.型腔 2.壓射套 3.澆注孔 4.活塞
圖1　壓鑄浮封環(huán)示意圖

1　壓射套的研制

圖1是壓鑄浮封環(huán)的示意圖，當(dāng)金屬液借助于澆注勺澆入壓射套的澆注孔時，活塞處于壓射套的最右端的位置，澆完金屬液后，活塞開始向左移動，并且把金屬液壓入浮封環(huán)的模型型腔之中。使之在壓力下凝固結(jié)晶，待冷卻一定時間后，即可開摸取件。

由于金屬液不斷地從澆口勺中倒入壓射套，高溫、重力不斷沖蝕壓射套中的澆注孔相對的部位(該處面積約有3 cm2)，使之很快就形成空洞，并發(fā)展成通孔，使金屬在壓射套中產(chǎn)生泄漏，殘留在空洞中的金屬液，冷卻凝固后，增加了壓射套內(nèi)孔表面粗糙度，給活塞在其中的移動產(chǎn)生很大的阻力。一個新的壓射套使用數(shù)十小時后就不能再用。這種現(xiàn)象不僅增加了壓射套的消耗，提高了壓鑄浮封環(huán)的成本，而且增加了更換壓射套的時間，影響壓鑄生產(chǎn)效率。

由上述可知，壓射套是壓鑄系統(tǒng)中的關(guān)鍵零件之一。國內(nèi)外的專家為了解決這一技術(shù)難題，做了許多研究，采取了相應(yīng)的措施。

1.1　組合壓射套

圖2是組合壓射套的示意圖，圖中的壓射套內(nèi)襯分成三段來制造，左端和右端用45#鋼制成，并且經(jīng)過熱處理；中段用陶瓷材料制作，然后將它們組合成一個壓射套，由于中段是用陶瓷材料制成的，因此，在澆注金屬液時，在其澆口孔的相對部位，可以承受從澆注孔中注入的高溫金屬液的沖擊，因而使用壽命長，對降低壓鑄件的成本十分有利；同時，這種結(jié)構(gòu)即使是壓射套的任何一段在使用過程中受到損壞，更換起來也很方便。

圖2　組合壓射套
1.中內(nèi)襯 2.左內(nèi)襯 3.型腔 4.右內(nèi)襯 5.活塞 6.壓射套

這種壓射套，常用于壓力不高的情況下，一般為5～10 MPa。

1.2　噴涂壓射套

所謂噴涂壓射套，是將一些耐高溫材料，例如：二氧化硅和粘結(jié)劑，噴涂到壓射套的內(nèi)孔表面，當(dāng)壓射套中的內(nèi)孔充滿液體金屬并且被活塞推入壓鑄模型型腔時，壓射套的內(nèi)孔表面的金屬與融熔的液體金屬被一層耐火SiO2隔開，從而保護(hù)壓射套的內(nèi)孔金屬表面不受金屬液的侵蝕，提高了它的使用壽命。

這種壓射套適用于壓射熔點較高，例如熔點在1 500 ℃的鋼質(zhì)鑄件的壓鑄。

1.3　離子氮化壓射套

為了提高壓鑄浮封環(huán)壓射套的使用壽命，我們曾經(jīng)將壓射套的內(nèi)孔表面進(jìn)行了滲金屬鋁處理，以提高其抗高溫的沖擊能力，然而滲鋁的壓射套，使用壽命雖有提高，但仍不能滿足壓鑄浮封環(huán)的要求。

圖3中的壓射套內(nèi)襯，是由3Cr2W8V材料制成的，且經(jīng)過離子氮化處理，在氮化之后，又進(jìn)行了熱處理，因此，硬度有所提高，但表面呈現(xiàn)非常好的抗磨性和柔性，對于抵抗高溫金屬液的沖擊，十分有利。

圖3　離子氮化壓射套
1.型腔 2.內(nèi)襯 3.活塞 4.壓射套

離子氮化后的壓射套，在1 300 ℃左右，壓鑄浮封環(huán)的過程中，可以工作2 000 h以上，基本上滿足壓鑄工藝的要求。

2　結(jié)　論

(1) 壓射套是黑色金屬壓鑄系統(tǒng)中的一個重要零件，它能否正常工作，是關(guān)系到黑色金屬壓鑄能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。一般來說，在低壓力下的壓鑄，宜采用組合壓射套；而高熔點金屬的壓鑄，則應(yīng)當(dāng)選用噴涂壓射套技術(shù)。
(2) 浮封環(huán)是由白口鑄鐵制成的，熔點為1 300 ℃左右，采用離子氮化壓射套，可以滿足生產(chǎn)需要。