文献综述

1.缠绕工艺概述

1.1缠绕定义

缠绕式垫片在专用缠绕机上绕制而成。缠绕机按机床精度加工,由主机、进给系统气源及控制系统组成。采用特种电动机,无惯性,可瞬时停车;主轴转速4挡可调,可使不同直径的垫片以相近的线速度缠绕;调节手轮可改变压紧轮位置,以适应不同规格垫片的缠绕直径。

1.2缠绕机作用

新型缠绕机的特点是精度高,填料带自动进给,工艺参数可显示和控制,尺寸自动测量。因此,排除了手工操作的影响,垫片质量和生产效率明显提高。

1.3切带与成型

切带分金属切带和非金属填料切带两种。金属切带机主要由齿轮箱、滚刀及其支架和收卷装置组成。动力经一对齿轮传至与轴线平行且相互嵌入的两组滚刀上,每组滚刀由环形刀片、垫块及橡胶圈相间组装而成,两端以防松螺母紧固。下滚刀轴固定,上滚刀轴经矩形滑块与机架相连,保证上滚刀可调。送料口处设置导向机构以保证钢带平直进入切刀。收卷装置采用链轮传动,以电磁离合器调节来达到钢带的同步收卷。

2.缠绕式垫片的分级

2.1缠绕式垫片的选择

缠绕式垫片可依据其基本性能和适用工况分级

垫片基本性能可从两方面来描述,一是其力学性能,包括压缩回弹特性、蠕变和应力松弛特性等;二是其基本密封特性,它是与泄漏率相联系的,是衡量垫片综合性能的主要指标。

常用的金属带和非金属填料带的大致适用温度范围如表l、2所示。

表1常用金属带的最高使用温度

表2常用非金属填料带的适用温度范围

2.2缠绕式垫片分级设计制造原理和方法

缠绕式垫片分级设计制造分为两部分:一是垫片结构参数和制造工艺参数的优化,以保证产品具有最佳性能;二是建立联接系统的紧密性分析方法,依据该方法,将工作压力和工作温度作为设计条件,对产品进行设计,使之满足联接系统的最大允许泄漏率和强度要求。

2.3分级设计制造方法的应用

结构和工艺参数对缠绕式垫片的性能影响很大。因此,对于不同压力等级、不同使用工况条件,特别是高温高压或温度压力波动频繁的场合,可选择不同材料、不同结构、不同工艺参数的匹配,制造垫片,保证产品有足够的适应苛刻工况的能力,确保实际使用中密封联接系统的安全可靠性。

3.旧车床改制缠绕机

3.1改制工艺

用作改制的旧车床,只需主轴箱运转良好,大、中、小三个拖板能够移动即可。改制后的缠绕机大体由主轴传动、带材进给、压紧机构和控制系统四部分组成。

(1)主轴传动机构

主轴动力由原车床的主轴箱提供,将主轴箱顺时针调转90,使主轴垂直于车床导轨面,垂直度允差小于0.05mm。卸掉三爪卡盘,制作一与主轴紧固连接的芯头,芯头上即可安装绕制垫片用的单胎或双胎芯片,并以螺母紧固。因原车床主轴转速较快,需增加一台减速器,功率与机床电机相匹配,使主轴转速在2～30r/min内可调,以保证不同规格缠绕式垫片绕制时的线速度在0.12～0.18m/s范围内。

(2)带材进给机构

带材进给是指金属带和非金属带的添料系统,是由填料长带盘、成型金属带盘、导向轮、过渡轮和添带轮及其调节支板组成的轮系。

(3)压紧机构

压紧机构安装于中拖板上,其由底板、压紧轮、小拖板(垂直于中拖板安装)和气缸组件所组成。气缸的气源由一台小型空压机产生,经过滤减压阀至电磁换向阀进入气缸,推动连接于小拖板上的压紧轮,由此产生压紧力。

(4)控制系统

控制系统主要是控制垫片缠绕时钢带拉紧力和密封面宽度,由自行研制的缠绕式垫片控制仪来完成。

3.2改制后特点

由旧车床改制的缠绕机与新型缠绕机一样,功能较完善、精度好、自动化程度高,生产出的缠绕式垫片质量有保证,完全能满足工矿企业安全、无泄漏生产的需要。而且,改造所需的仪器和加工件投资少,成本低(仅几千元),故中小型石化、化机制造、中高压阀门等企业凭借自己的技术力量完全能自给自足,为本企业节资增效作出贡献。

4.自动化要求

4.1国内现状

国内的缠绕式垫片,不论在制造工艺和应用上,还是在检测手段和质量监督上,除少数生产厂外还较多处于生产无标准、工艺无规程、成品无检验、设备无控制的落后状态,以至使国内缠绕式垫片的性能差异很大,其使用效果也达不到国外同类产品的水平。

4.2计算机控制的新工艺

众所周知,缠绕式垫片在机械完整性、密封性、抗吹出性和可靠性方面的优势是其它各类垫片所不可比拟的。然而,由于传统的制造工艺不具有最优化的生产技术和足以控制关键的生产工序,因此缠绕式垫片的性能和可靠性方面的潜力没有得到充分地发挥。如今,缠绕式垫片的制造过程采用计算机控制,完全自动化的生产工艺,使缠绕式垫片的生产发生了根本性的变革。

（1）均匀的填料密度

缠绕后填料的密度对缠绕式垫片的机械性能和密封性能起着非常重要的作用。因此,在缠绕过程中采用计算机严格控制影响填料密度的各种因素,形成最佳的填料密度并沿垫片宽度方向始终保持恒定。均匀的填料密度保证了垫片安装在法兰上时得到均匀地压缩,消除了局部高或低的应力区,从而避免了密封必须的高预紧力。而通过试验获得最佳的填料密度,可以降低垫片的预紧力和提高紧密性。此外,不同压力级别的所有垫片保持一致的密度,保证了所有缠绕式垫片性能的稳定性,从而提高了密封的可靠性。

（2）精确的几何尺寸

缠绕工艺的计算机控制,保证了每一垫片内径和外径尺寸的精确性,使其与内环和外定位环之间可以最好地装配,并且缠绕带内部和外部的金属空圈数始终一样,以及内外径处良好的焊接质量,也保证了垫片结构的完整性、预紧和密封性能的可重复性。

此外,采用激光切割内、外环技术保证了内、外环尺寸的准确性和平整度,有助于内、外环与垫片本体之间的精确装配,从而使垫片压缩均匀一致,并且最大限度地减少了储存、运输和安装过程中外环掉出的可能性。

4.3适应不同工况的新结构

（1）低应力(LS)缠绕垫片

在法兰拧紧不足的情况下,法兰连接不能适应压力和温度的变化,其结果必然造成流体泄漏。因此,CaryBriggs和AutoineSerrant等提出了一种低应力密封的新概念低应力(LS)缠绕垫片。

（2）压缩可调型缠绕垫片

在螺栓法兰垫片连接系统中,螺栓是一个弹性紧固元件。因此,控制螺栓的紧固程序是关系到装配过程能否取得成功的关键。目前,在大多数情况下,都是根据使用条件,先算出紧固力,再换算成拧紧螺栓时加在扳手上的力矩进行紧固;或根据紧固力,由垫片的压缩特性求得压缩量进行紧固。然而,施加到扭矩扳手上的力矩和最终产生的夹紧力之间并没有简单的和确定的关系存在,有许多因素都对施加在扳手上的力矩和产生在其所紧固的螺栓上的初始伸长量或预紧载荷的关系有重大影响,以至螺栓的预紧载荷存在很大的分散性和不正确性。为此,开发出了一种新型垫片压缩可调型缠绕垫片。

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